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北斗卫星导航定位系统综述
【摘要】本文对北斗导航定位系统的组成、定位原理和工作流程进行简要的
综述,分析了该系统的三大功能和特有优势,通过与GPS系统的比较,得出了
该系统存在的问题和不足,同时分析了北斗二代的发展现状和短期规划,最后展
望了未来卫星导航系统的发展前景。
【关键词】北斗卫星导航定位系统(CNSS);北斗一号;北斗二号;Compass系统
0.引言
北斗卫星导航定位系统(BeiDou(Compass)NavigationSatelliteSystem)是
中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),是继美国的
全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航定位系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务,
突出特点是:卫星数目少,用户终端设备简单,其建设与发展则遵循开放性、自
主性、兼容性、渐进性4项原则。
我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静
止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开放服务和授权服务(二代系统)。开
放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务,定位精度为10m,授时精度
为50ns,测速精度0.2m/s。根据系统建设总体规划,2012年左右,系统将首先
具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力;2020年左右,
建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
1.北斗导航定位系统的组成
北斗导航定位系统包括空间部分、地面控制部分和用户接收部分。
空间系统部分:由两颗地球同步卫星、一颗在轨备份卫星组成,分别位于赤
道面800E、1400E和110.50E,前两颗卫星经度相差60度。
地面控制系统部分:包括1个配有电子高程图的地面中心定位控制站、计算
中心、测轨站、测高站、几十个分布于全国的参考标校站等。用于对卫星定位、
测轨、调整卫星运行轨道、调整卫星姿态、控制卫星的工作,测量和收集校正导
航定位参量,以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位。
用户接收部分:用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发出定位
请求,和GPS接收机不同的是,北斗系统的用户设备不含有定位解算处理设备。
用户设备可分为定位通信型(基本型)、通信型、授时型、指挥型用户机。
2.北斗导航定位系统的工作原理
北斗一号卫星导航定位系统的定位原理是基于三球交会原理进行定位,以
两颗卫星为的已知坐标为球心,两球心至用户的距离为半径,可画出两个球面,
用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。另一个球面是以地心为球心,画出以
用户所在位置点至地心的距离为半径的球面,三个球面的交会点即为用户的位
置。
设询问信号由地面中心站到卫星1,由卫星1到用户,再由用户返至卫星1
并且回到地面中心站的时间是,可以列出下式(1);询问信号由地面中心站到卫
星2,由卫星2到用户,再由用户返至卫星2并且回到地面中心站的时间是,可
以列出下式(2)。
由于地面中心站和两颗卫星的位置均是已知的,因此上式中的,都是已知的,
c是光速,而又可以由以下方程求出:
式中只有X、Y未知,至此就可以确定接收机的二维位置,定位精度15m。
3.北斗导航定位系统的工作流程
“北斗一号”卫星导航定位系统的具体定位解算工作过程:
3.1首先由中心控制系统向卫星1和卫星2同时发送询问信号,经卫星转发
器向服务区内的用户广播。
3.2用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向两颗卫星发送响应信号,
经卫星转发回中心控制系统。
3.3中心控制系统接收并解调用户发来的信号,然后根据用户的申请服务内
容进行相应的数据处理。对定位申请,中心控制系统测出两个时间延迟。
3.4按照北斗导航定位系统的工作原理,由3.3的两个延迟量可以算出用户
所在点的二维坐标,另外中心控制系统从数字化地形图查寻到用户高程值。从而
中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标,并将这个坐标经加密发送给
用户。
4.北斗导航定位系统的三大功能
北斗一号卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用户提供快速导航定位、
简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星导航定位系统。系统
的主要功能体现在三个方面:
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