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北斗二号卫星导航系统介绍及应用

南京工业大学工业工程

北斗二号卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS,是继

美全球定位系统(GPS和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空

间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精

度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、

定位和授时能力,定位精度10m,授时精度优于100ns。2012年12月27日,北斗二

号系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供

无源定位、导航、授时服务。

北斗二号卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5

颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等

若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧

盟GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

北斗二号卫星导航系统是在北斗一号的基础上建设的卫星导航系统,但其并不

是北斗一号的简单延伸,完整构成的北斗二号卫星导航系统是一个类似于GPS和

GLONASS的全球导航系统。

一.研发背景

1.重要的战略意义

战略意义一:建设北斗卫星导航系统,是提高我国国际地位的重要载体战略意

义二:是促进和推动经济社会发展的强大动力。战略意义三:是推动我国信息化建

设的重要保证。战略意义四:是应对重大自然灾害的生命保障。战略意义五:是增

强武器效能,维护国家安全的根本命脉v战略意义七:是我国履行航天国家国际责任

的需要。战略意义八:对提升中国航天的能力,推动航天强国建设意义重大。

2.北斗一号卫星导航系统及其不足

北斗一号卫星导航系统是我国第一代区域卫星导航系统,也是继GPS和

GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。作为我国自主建设的卫星导航系

统,其政治,经济,军事意义不言而喻。同美国的GPS相比。有其独特之处,如其具

有短信通讯功能就是GPS所不具备的,但总体来看,北斗一号存在明显不足:

1.定位原理:北斗一号是主动式双向测距二维导航,地面中心控制系统解算,供用

户三维定位数据;GPS是被动式伪码单向测距三维导航,由用户设备独立解算自己

三维定位数据。

2.用户容量:北斗一号由于是主动双向测距的询问应答系统,其用户设备容量有

限;GPS是单向测距系统,用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距

定位,因此GPS的用户设备容量是无限的

3.生存能力:和所有导航定位卫星一同一样,北斗一号基于中心控制系统和卫星

的工作,但是北斗一号对中心控制系统的依赖性明显要大的多,因为定位解算在那里

而不是由用户设备完成

4.实时性:北斗一号用户的定位申请要送回中心控制系统,中心控制系统解算出

用户的

三维位置数据之后再发回用户,因此对于高速运行

体就加大了定位的误差

二.北斗二号卫星导航系统由于以上北斗一号的种种不足,北斗二号应运

而生,北斗二号卫星导航系统的第一步建设目标是

区域导航系统,同北斗一号相比,定位原理的不同

是两个系统的最根本的区别,北斗二号不再采用主

动式双向测距的定位方式,而是改为与GPS相同的单向测距三维导航,由主动式

双向测距定位本身的技术缺陷引起的诸多问题即迎刃而解。

1.北斗二号卫星导航系统导航过程:

用户设备部分北斗二号信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截

止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号

后,就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等

数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,

计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

定位原理:北斗二号卫星导航系统定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间

位置作

为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图所

示,假设t

时刻在地面待测点上安置接收机,可以测定卫星信号到达接收机的时间△t,再

加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式。

2.北斗二号卫星导航系统和GPS定位系统的对比(定位精度数