“北斗”系统发展背景与过程及其军事应用分析 .pdfVIP

“北斗”系统发展背景与过程

人类是在一次偶然事件中发现可以利用卫星进行导航。1957年，苏联成功发射第一枚人造

卫星“斯普特尼克”1号(Sputnik-1)进入轨道后不久，美国两位科学家在追踪这枚苏联卫星时

无意中发现，他们收到的无线电信号有多普勒频移效应，即卫星在飞近地面时，接收机收到的

无线电频率逐渐增高，飞远时则逐渐降低。科学家对这种现象研究后产生灵感，卫星的轨道可

由地面站测得的多普勒频移曲线确定，若知道卫星的精确轨道，不就能确定地面接收机的位置

了吗?从此，一种先进的导航技术“卫星导航”悄然兴起。

当时美国科学家们即倡议利用卫星，为其“北极星”核动力弹道导单潜艇进行定位导航，

以修正惯性导航系统的时间累积误差。于是美国在1958年提出利用“多普勒频移效应”与“标

准时间差”定位原理的第一代卫星定位系统经纬仪(Transit)构想，1960年4月开始发射首枚卫

星，1964年提供军用服务，1967年更开放给民间使用，此后曾进行两次改进，1988年8月进行

最后一次发射，2000年系统报废。“经纬仪卫星导航定位系统”的成功，导致美国与苏联研发与

建构更大规模、高精度的卫星导航定位系统，即全球定位系统(GPS)与全球导航卫得系统(GLONA

SS)。

1983年，大陆开始筹划卫星导航定位系统，1986年初，大陆正式以双星快速定位通信系统

为名开始进行整个计划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。当时大陆专家研究报告提

出多种卫星导航定位系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用2枚或3枚位于地球同

步轨道的通信卫星进行导航定位的方案比较适合大陆。由于当时大陆航天科技实力，已具有制

造与发射同步轨道通信卫星的能力，也已建立卫星地面追踪网，有相当规模的卫星轨道数据处

理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与地面设施功能；另一方面也顾及到大陆经济力量有

限，因为此项发展需要24颗卫星类似美国GPS的卫星导航定位系统，需要大量经费，当时大陆

尚无此财力。

1986年底大陆研发单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只要3年时间，就可利用

已在轨道的2枚同步卫星进行整体演练，验证导航定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双

星导航定位的技术途径。就在大陆筹备双星定位系统期间，大陆专家发现1982年美国已有3名

科学家开始发展一个利用3枚同步轨道卫星，名为GEOSTAR的定位系统，还获得多项专利。但

是后来因为功能更佳的GPS全球定位系统发展迅速，使得研发中的GEOSTAR系统资金被撤走，

在1991年宣告失败。由于GEOSTAR最后也将使用3枚卫星定位改为双星定位，因此大陆仍宣称

使用双星定位的概念是其最早提出并实现的。

1989年9月5日凌晨5点，大陆科研人员以库尔勒、南宁等4个用户机进行第一次定位演

练，结果证明，利用双星定位可实现定位、定时、简短通信三大功能，而且比当时GPS的民用

码精度高好几倍。1994年1月，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗”卫星导航定位系统，

并列为大陆“九五计划”要项。双星快速定位系统演练验证试验的成功，为“北斗”系统奠定

了技术基础。接下来的6年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控制中心等应用系统

的总体设计方案，建构“北斗”系统的完整架构。

“北斗”系统运作原理与流程

“北斗”卫星导航定位系统是全天候、全日时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，所

以用户随时都可以接收到卫星广播的询问信号，服务范围以大陆地区为主。其定位原理系采用3

球交会测星原理进行定位，以2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径可画出2个球面另一

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3个球面的交会点

即为用户的位置。

“北斗”卫星导航定位系统是由太空的导航通信卫星、地面控制中心和客户端三部分组成：

太空部分有2枚地球同步轨道卫星，执行地面控制中心与客户端的双向无线电信号的中继任务；

地面控制中心包括民用网管中心，主要负责无线电信号的发送接收，及整个系统的监控管，其

中，民用网管中心负责系统内民用用户的标记、识别和运行管理；客户端是直接由用户使用的

设备，即用户机，主要用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。

地面控制小心包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心。主要用来测量和校正导

航定位参数，以便调整卫星的运行轨道、姿态，并编制星历，完成用户定位修正资料和对用户