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北斗导航

发布时间:2017-09-20  |  发文作者:360百科  |  点击数:[]

北斗导航定位卫星免费编辑添加义项名

所属类别 :
卫星

中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,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10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0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。2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。2014年11月23日,国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。2017年1月10日,中国北斗系统预计于2018年率先覆盖“一带一路”国家,2020年覆盖全球。

基本信息

  • 中文名称

    北斗导航卫星

  • 外文名称

    Beidou navigation satellite

  • 研制国家

    中国

  • 英文缩写

    BDS

  • 性质

    地球卫星定位与通信系统

折叠编辑本段卫星简介

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。[3]

折叠编辑本段发展历程

折叠早期研究

1970年代,中国开始研究卫星导航系统的技术和方案,但之后这项名为“灯塔”的研究计划被取消。[2]

1983年,中国航天专家陈芳允提出使用两颗静止轨道卫星实现区域性的导航功能,1989年,中国使用通信卫星进行试验,验证了其可行性,之后的北斗卫星导航试验系统即基于此方案。

折叠试验系统

1994年,中国正式开始北斗卫星导航试验系统(北斗一号)的研制,并在2000年发射了两颗静止轨道卫星,区域性的导航功能得以实现。2003年又发射了一颗备份卫星,完成了北斗卫星导航试验系统的组建。

折叠中国加入欧盟伽利略计划

2003年09月,中国打算加入欧盟伽利略定位系统计划,并在接下来的几年中投入了2.3亿欧元的资金。由此,人们相信中国的北斗系统只会用于自己的武装力量。中国与欧盟在2004年10月09日正式签署伽利略计划技术合作协议。2008年01月,香港南华早报在“中国不当“伽利略”计划小伙伴”的报道中指出:中国不满其在伽利略计划中的配角地位,并将推出北斗二代与伽利略定位系统在亚洲市场竞争。

折叠正式系统

2004年,中国启动了具有全球导航能力的北斗卫星导航系统的建设(北斗二号),并在2007年发射一颗中地球轨道卫星,进行了大量试验。2009年起,后续卫星持续发射,并在2011年开始对中国和周边地区提供测试服务,2012年完成了对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务。

中国为北斗卫星导航系统制定了“三步走”发展规划,从1994年开始发展的试验系统(第一代系统)为第一步,2004年开始发展的正式系统(第二代系统)又分为两个阶段,即第二步与第三步。至2012年,此战略的前两步已经完成。根据计划,北斗卫星导航系统将在2020年完成,届时将实现全球的卫星导航功能。[9]

北斗卫星导航系统三步走发展规划

时间节点 2004 2012 2020
实现目标 区域有源定位 区域无源定位 全球无源定位

折叠东盟各国加入合作

中国科学技术部部长万钢在2013年1月19日中国科技工作会议上透露,2013年将积极实施“中国东盟科技伙伴计划”,启动“中国-东盟联合实验室”、“中国-东盟技术转移中心”建设,在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。

折叠全球组网

2015年7月25日中国成功发射两颗北斗导航卫星,使北斗导航系统的卫星总数增加到19枚。这对北斗“双胞胎”弟兄,将为北斗全球组网承担“拓荒”使命。

据北斗导航卫星系统总设计师谢军介绍,作为北斗系统全球组网的主要卫星,新发射的北斗双星将为中国建成全球导航卫星系统开展全面验证,为后续的全球组网卫星奠定基础。[8]

2017年1月10日,中国北斗系统在国民经济和国防建设各领域应用逐步深入,核心技术取得突破,整体应用已进入产业化、规模化、大众化、国际化的新阶段,预计将于2018年率先覆盖“一带一路”国家,2020年覆盖全球。[11]

折叠欧亚精准对时

2017年,中国计量科学研究院首次利用自主研制的“北斗时间频率传递装置”,在超过8200公里的欧亚链路和约1000公里的欧洲内部链路,实现了时间和频率传递。时间频率传递可以理解为比对两端的时间,实验证明,利用北斗系统传递时间频率,其稳定度、准确度与GPS(全球定位系统)相当[12]

折叠编辑本段建设原则

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统的建设与发展,以应用推广和产业发展为根本目标,不仅要建成系统,更要用好系统,强调质量、安全、应用、效益,遵循以下建设原则:

1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放,为全球用户提供高质量的免费服务,积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作,促进各卫星导航系统间的兼容与互操作,推动卫星导航技术与产业的发展。

2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。

3、兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会(ICG)和国际电联(ITU)框架下,使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作,使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。

4、渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展,不断完善服务质量,并实现各阶段的无缝衔接。

折叠编辑本段制作原理

折叠空间定位原理

在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置,且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下,即可以确定D的空间位置,原理如下:因为A点位置和AD间距离已知,可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面,按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球,即D点一定在这三个圆球的交汇点上,即三球交汇定位。北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理。

折叠有源与无源定位

当卫星导航系统使用有源时间测距来定位时,用户终端通过导航卫星向地面控制中心发出一个申请定位的信号,之后地面控制中心发出测距信号,根据信号传输的时间得到用户与两颗卫星的距离。除了这些信息外,地面控制中心还有一个数据库,为地球表面各点至地球球心的距离,当认定用户也在此不均匀球面的表面时,三球交汇定位的条件已经全部满足,控制中心可以计算出用户的位置,并将信息发送到用户的终端。北斗的试验系统完全基于此技术,而之后的北斗卫星导航系统除了使用新的技术外,也保留了这项技术。

当卫星导航系统使用无源时间测距技术时,用户接收至少4颗导航卫星发出的信号,根据时间信息可获得距离信息,根据三球交汇的原理,用户终端自行可以自行计算其空间位置。此即为GPS所使用的技术,北斗卫星导航系统也使用了此技术来实现全球的卫星定位。

折叠精度

参照三球交汇定位的原理,根据3颗卫星到用户终端的距离信息,根据三维的距离公式,就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息,即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位,但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差,而电磁波以光速传播,微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真,实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t,如此方程中就有4个未知数,即客户端的三位坐标(X,Y,Z),以及时钟差距t,故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式,最后才能求得答案,即用户端所在的三维位置,根据此三维位置可以进一步换算为经纬度海拔高度

若空中有足够的卫星,用户终端可以接收多于4颗卫星的信息时,可以将卫星每组4颗分为多个组,列出多组方程,后通过一定的算法挑选误差最小的那组结果,能够提高精度。

电磁波以30万千米/秒的光速传播,在测量卫星距离时,若卫星钟有一纳秒(十亿分之一秒)时间误差,会产生三十厘米距离误差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟,也会累积较大误差,因此地面工作站会监视卫星时钟,并将结果与地面上更大规模的更精确的原子钟比较,得到误差的修正信息,最终用户通过接收机可以得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大约有数纳秒的累积误差,产生大约一米的距离误差。

为提高定位精度,还可使用差分技术。在地面上建立基准站,将其已知的精确坐标与通过导航系统给出的坐标相比较,可以得出修正数,对外发布,用户终端依靠此修正数,可以将自己的导航系统计算结果进行再次的修正,从而提高精度。例如,全球定位系统使用差分全球定位系统后,定位精度可达到5米左右。

折叠编辑本段采用技术

折叠卫星平台

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星在北斗卫星导航系统中,能使用无源时间测距技术为全球提供无线电卫星导航服务(RNSS),也同时也保留了试验系统中的有源时间测距技术,即提供无线电卫星测定服务(RDSS),但仅在亚太地区实现。从卫星所起到的功能来区分,可以分成下列两类:

非静止轨道卫星:北斗卫星导航系统中地球轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星使用东方红三号通信卫星平台并略有改进,其有效载荷都为RNSS载荷。

静止轨道卫星:这类卫星使用改进型东方红三号平台,其五颗卫星的定点位置为东经58.75°到160°之间,每颗均有3种有效载荷,即用作有源定位的RDSS载荷、用作无源定位的RNSS载荷、用于客户端间短报文服务的通信载荷。由于此类卫星仅定点在亚太地区上空,故需要用到RDSS载荷的有源定位服务以及用到通讯载荷的短报文服务只能在亚太提供。

北斗卫星导航系统同时使用静止轨道与非静止轨道卫星,对于亚太范围内的区域导航来说,无需借助中地球轨道卫星,只依靠北斗的地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星即可保证服务性能。而数量庞大的中地球轨道卫星,主要服务于全球卫星导航系统。此外,如果倾斜地球同步轨道卫星发生故障,则中地球轨道卫星可以调整轨道予以接替,即作为备份星。

截至2012年发射的北斗系统的卫星设计寿命都是8年,而后续又有数量众多的中地球轨道卫星需要发射,这些卫星将采用专门的中地球轨道卫星平台,寿命将延长至12年或更多,还会往小型化发展。

折叠卫星制造与发射

因为需要一定数量的卫星才能提供质量可靠的导航服务,从卫星的寿命方面考虑,若发射间隔过久,则后续卫星发射时,可能早期的卫星已近退役,所以北斗的卫星需要在短时间发射,中国在3年的时间内共发射了14颗北斗卫星,这是中国首次使用“一次设计,组批生产”的方式对卫星快速批量生产。到2020年时,在2010年前后发射的卫星已经退役,因此在2012到2020年的8年时间里,中国需要为准备覆盖全球的北斗卫星导航系统再生产出30多颗卫星。

中国在1981年就成功执行过“一箭多星”,不过此技术一般用于发射一颗大卫星附带几颗小卫星,将卫星送入不同的轨道。2012年使用“一箭双星”发射北斗卫星,是中国首次用一枚火箭发射两颗相同的大质量卫星,火箭将两颗卫星送入了同一个轨道面上,其即卫星的运行轨迹相同,其差别在于轨位。

折叠时间系统

北斗卫星导航系统的系统时间叫做北斗时,属于原子时,溯源到中国的协调世界时,与协调世界时的误差在100纳秒内,起算时间是协调世界时2006年1月1日0时0分0秒。

北斗试验系统的卫星原子钟是由瑞士进口,北斗二号的星载原子钟逐渐开始使用中国航天科工二院203所提供的国产原子钟。北斗的卫星系统总设计师杨慧在2012年表示,北斗已经开始全部使用国产原子钟,其性能与进口产品相当。

折叠信号传输

2007年,在北斗-M1卫星发射后,被检2007年,在北斗-M1卫星发射后,被检北斗卫星导航系统使用码分多址技术,与全球定位系统和伽利略定位系统一致,而不同于格洛纳斯系统的频分多址技术。两者相比,码分多址有更高的频谱利用率,在由L波段的频谱资源非常有限的情况下,选择码分多址是更妥当的方式。此外,码分多址的抗干扰性能,以及与其他卫星导航系统的兼容性能更佳。

北斗卫星导航系统的官方宣布,在L波段S波段发送导航信号,在L波段的B1、B2、B3频点上发送服务信号,包括开放的信号和需要授权的信号。

B1频点:1559.052MHz-1591.788MHz

B2频点:1166.220MHz-1217.370MHz

B3频点:1250.618MHz-1286.423MHz

国际电信联盟分配了E1(1590MHz)、E2(1561MHz)、E6(1269MHz)和E5B(1207MHz)四个波段给北斗卫星导航系统,这与伽利略定位系统使用或计划使用的波段存在重合。然而,根据国际电信联盟的频段先占先得政策,若北斗系统先行使用,即拥有使用相应频段的优先权。2007年,中国发射了北斗-M1,之后在相应波段上被检测到信号:1561.098MHz±2.046MHz, 1589.742MHz, 1207.14MHz±12MHz, 1268.52MHz±12MHz,以上波段与伽利略定位系统计划使用的波段重合,与全球卫星定位系统的L波段也有小部分重合。

北斗-M1是一个实验性的卫星,用于发射信号的测试和验证,并能以先占的原则确定对相应频率的使用权。北斗-M1卫星在E2、E5B、E6频段进行信号传输,传输的信号分成2类,分别被称作“I”和“Q”。“I”的信号具有较短的编码,可能会被用来作开放服务(民用), 而“Q”部分的编码更长,且有更强的抗干扰性,可能会被用作需要授权的服务(军用)。

在北斗-M1发射后,法国、美国等工程师即展开了对信号的研究,研究者包括在中国引起热议的高杏欣,她和团队分析出了北斗-M1卫星的民用码信道编码方式并予以公开,但其研究内容与军用码的安全问题无关,事实上全球卫星定位系统和伽利略定位系统的民用码也早已被破解。

折叠编辑本段试验系统

北斗卫星导航试验系统又称为北斗一号,是中国的第一代卫星导航系统,即有源区域卫星定位系统,1994年正式立项,2000年发射2颗卫星后即能够工作,2003年又发射了一颗备份卫星,试验系统完成组建,该系统服务范围为东经70°-140°,北纬5°-55°。

折叠系统组成

北斗卫星导航试验系统于2003年完全建成北斗卫星导航试验系统于2003年完全建成系统分为三个部分,分别为空间段、地面段、用户段:

空间段:由3颗地球静止轨道卫星组成,两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空,另有一颗位于东经110.5°的备份卫星,可在某工作卫星失效时予以接替。

地面段:由中心控制系统和标校系统组成。中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等。标校系统可提供距离观测量和校正参数。

用户段:用户的终端。

折叠性能

北斗卫星导航试验系统于2000年能够使用后,其定位精度100米,使用地面参照站校准后为20米,与当时的全球卫星定位系统民用码相当。系统用户能实现自身的定位,也能向外界报告自身位置和发送消息,授时精度20纳秒,定位响应时间为1秒。[5]

由于是采用少量卫星实现的有源定位,该系统成本较低,但是系统在定位精度、用户容量、定位的频率次数、隐蔽性等方面均受到限制。另外该系统无测速功能,不能用于精确制导武器

折叠编辑本段正式系统

北斗卫星导航系统在2012年的服务范围北斗卫星导航系统在2012年的服务范围正式的北斗卫星导航系统也被称为北斗二号,是中国的第二代卫星导航系统,英文简称BDS,曾用名COMPASS,“北斗卫星导航系统”一词一般用来特指第二代系统。此卫星导航系统的发展目标是对全球提供无源定位,与全球定位系统相似。在计划中,整个系统将由35颗卫星组成,其中5颗是静止轨道卫星,以与使用静止轨道卫星的北斗卫星导航试验系统兼容。其总设计师为孙家栋

北斗从其试验系统开始就有其军事目的,其正式系统也是一个军民两用的系统。项目的主要参与者为中国人民解放军总参谋部、总装备部、国家国防科技工业局、中国科学院中国航天科技集团公司中国电子科技集团公司、国防科技大学。截至2012年,中国为试验系统和覆盖亚太的正式系统共花费了数百亿人民币,为了实现覆盖全球的目标,还将投入四五百亿以上。

折叠亚太服务

北斗卫星导航系统的建设于2004年启动,2011年开始对中国和周边提供测试服务,2012年12月27日起正式提供卫星导航服务,服务范围涵盖亚太大部分地区,南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度为一般服务范围。该导航系统提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。

开放服务是在服务区免费提供定位、测速、授时服务,定位精度为10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒,在服务区的较边缘地区精度稍差。授权服务则是向授权用户提供更安全与更高精度的定位、测速、授时、通信服务以及系统完好性信息,这类用户为中国军队和政府等。由于该正式系统继承了试验系统的一些功能,能在亚太地区提供无源定位技术所不能完成的服务,如短报文通信。

折叠全球服务

北斗卫星导航系统计划在2020年完成对全球的覆盖,为全球用户提供定位、导航、授时服务,中国将发射大量的中地球轨道卫星,同时因为现有系统的卫星寿命也会到期,也将会在2020年前完成替换。中国将在2014年发射一颗试验星,以验证全球系统建设中的关键技术。

折叠编辑本段系统构成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成。

折叠空间段

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,中国计划2012年左右,“北斗”系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设,已成功发射16颗北斗导航卫星。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。

北斗卫星发射列表 
发射时间 火箭 卫星编号 卫星类型 发射地点

2000年10月31日

北斗-1A

北斗1号

西昌

2000年12月21日

北斗-1B

2003年5月25日

北斗-1C

2007年2月3日

北斗-1D

2007年4月14日04时11分

长征三号甲

第一颗北斗导航卫星(M1)

北斗2号

2009年4月15日

长征三号丙

第二颗北斗导航卫星(G2)

2010年1月17日

第三颗北斗导航卫星(G1)

2010年6月2日

第四颗北斗导航卫星(G3)

2010年8月1日05时30分

长征三号甲

第五颗北斗导航卫星(I1)

2010年11月1日00时26分

长征三号丙

第六颗北斗导航卫星(G4)

2010年12月18日04时20分

长征三号甲

第七颗北斗导航卫星(I2)

2011年4月10日04时47分

第八颗北斗导航卫星(I3)

2011年7月27日05时44分

第九颗北斗导航卫星(I4)

2011年12月2日05时07分

第十颗北斗导航卫星(I5)

2012年2月25日0时12分

长征三号丙

第十一颗北斗导航卫星

2012年4月30日4时50分

长征三号乙

第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星(“一箭双星”)

2012年9月19日3时10分

长征三号乙

第十四、十五颗北斗导航系统组网卫星“一箭双星” )

2012年10月25日23时33分

长征三号丙

第十六颗北斗导航卫星

2015年3月30日21时52分 长征三号丙 第十七颗北斗导航卫星
2015年7月25日20时29分 长征三号乙 第十八、十九颗北斗导航系统组网卫星(“一箭双星”)
2015年9月30日7时13分 长征三号乙 第二十颗北斗导航卫星
2016年2月1日15时29分 长征三号丙 第五颗新一代北斗导航卫星(第二十一颗北斗导航卫星)

2016年3月30日4时11分

长征三号甲[10]
第二十二颗北斗导航卫星
2016年6月12日23时30分 长征三号丙
第二十三颗北斗导航卫星
展开

卫星组成

发射日期

发射火箭

卫星

轨道类别

运行状况

备注

2000.10.31

CZ-3A Y5

北斗-1A

废弃卫星轨道

停止工作

北斗一号

2000.12.21

CZ-3A Y6

北斗-1B

废弃卫星轨道

停止工作

2003.5.25

CZ-3A Y7

北斗-1C

地球静止轨道 85.3°E

正常

2007.2.3

CZ-3A Y12

北斗-1D

废弃卫星轨道

失效

2007.4.14

CZ-3A Y13

北斗-M1

中地球轨道~21500km

正常,测试星

北斗二号

2009.4.15

CZ-3C Y3

北斗-G2

35594 x 36036 km 漂移

失效

2010.1.17

CZ-3C Y2

北斗-G1

地球静止轨道 140°E

正常

2010.6.2

CZ-3C Y4

北斗-G3

地球静止轨道 84°E

正常

2010.8.1

CZ-3A Y16

北斗-I1

倾斜地球同步轨道倾角55°

正常

2010.11.1

CZ-3C Y5

北斗-G4

地球静止轨道 160°E

正常

2010.12.18

CZ-3A Y18

北斗-I2

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.4.10

CZ-3A Y19

北斗-I3

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.7.27

CZ-3A Y17

北斗-I4

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.12.2

CZ-3A Y23

北斗-I5

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2012.2.25

CZ-3C Y6

北斗-G5

地球静止轨道 58.5°E

正常

2012.4.30

CZ-3B Y14

北斗-M3

中地球轨道~21500km

正常

2012.4.30

CZ-3B Y14

北斗-M4

中地球轨道~21332km

正常

2012.9.19

CZ-3B Y15

北斗-M5

中地球轨道~21332km

正常

2012.9.19

CZ-3B Y15

北斗-M6

中地球轨道~21332km

正常

2012.10.25

CZ-3C Y

北斗-G6

地球静止轨道 110.5°E

正常
2015.3.30 CZ-3C 北斗-I6
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2015.7.25 CZ-3B 北斗-M7
中地球轨道~21332km
正常
2015.9.30 CZ-3B 北斗-I7
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2016.2.21 CZ-3C 北斗-M8
中地球轨道~21332km
正常
2016.3.30 CZ-3A 北斗-I8
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2016.6.12 CZ-3C 北斗-G7
地球静止轨道 58.5°E
正常
展开

星座构成

北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时,已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)。

序号

卫星

发射日期

火箭

运行轨道

使用状况

状态

1

北斗-M1

2007年04月14日

长征三号甲

中地球轨道,高度21559公里,倾角56.8°

试验星未使用

M1

2

北斗-G2

2009年04月15日

长征三号丙

有误差的地球静止轨道,高度36027公里,倾角2.2°

失控未使用

G2

3

北斗-G1

2010年01月17日

长征三号丙

地球静止轨道140.0°E,高度35807公里,倾角1.6°

使用中

G1

4

北斗-G3

2010年06月02日

长征三号丙

地球静止轨道110.6°E,高度35809公里,倾角1.3°

使用中

G3

5

北斗-IGSO1

2010年08月01日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35916公里,倾角54.6°

使用中

IGSO1

6

北斗-G4

2010年11月01日

长征三号丙

地球静止轨道160.0°E,高度35815公里,倾角0.6°

使用中

G4

7

北斗-IGSO2

2010年12月18日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35883公里, 倾角54.8°

使用中

IGSO2

8

北斗-IGSO3

2011年04月10日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35911公里, 倾角55.9°

使用中

IGSO3

9

北斗-IGSO4

2011年07月27日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35879公里, 倾角54.9°

使用中

IGSO4

10

北斗-IGSO5

2011年12月02日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35880公里, 倾角54.9°

使用中

IGSO5

11

北斗-G5

2012年02月25日

长征三号丙

地球静止轨道58.7°E,高度35801公里,倾角1.4°

使用中

G5

12

北斗-M3

2012年04月30日

长征三号乙

中地球轨道,高度21607公里,倾角55.3°

使用中

M3

13

北斗-M4

2012年04月30日

长征三号乙

中地球轨道,高度21617公里,倾角55.2°

使用中

M4

14

北斗-M5

2012年09月19日

长征三号乙

中地球轨道 ,高度21597公里,倾角55.0°

使用中

M5

15

北斗-M6

2012年09月19日

长征三号乙

中地球轨道,高度21576公里,倾角55.1°

使用中

M6

16

北斗-G6

2012年10月25日

长征三号丙

地球静止轨道80.2°E,高度35803公里,倾角1.7°

使用中

G6

17 北斗-I6
2015年3月30日 长征三号丙
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中 IGSO6
18 北斗-M7
2015年7月25日
长征三号乙
中地球轨道~21332km
使用中
MEO7
19 北斗-I7
2015年9月30日
长征三号乙
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中
IGSO7
20 北斗-M8
2016年2月1日
长征三号丙
中地球轨道~21332km
使用中
MEO8
21 北斗-I8
2016年3月30日
长征三号甲
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中
IGSO8
22 北斗-G7
2016年6月12日
长征三号丙
地球静止轨道 58.5°E
测试中 GEO7
展开

折叠地面段

北斗-M5卫星(2012-050A)的地北斗-M5卫星(2012-050A)的地系统的地面段由主控站、注入站、监测站组成。

主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接收数据并进行处理,生成卫星导航电文和差分完好性信息,而后交由注入站执行信息的发送。

注入站用于向卫星发送信号,对卫星进行控制管理,在接受主控站的调度后,将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。

监测站用于接收卫星的信号,并发送给主控站,可实现对卫星的监测,以确定卫星轨道,并为时间同步提供观测资料。

折叠用户段

用户段即用户的终端,即可以是专用于北斗卫星导航系统的信号接收机,也可以是同时兼容其他卫星导航系统的接收机。接收机需要捕获并跟踪卫星的信号,根据数据按一定的方式进行定位计算,最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息

折叠编辑本段系统功能

折叠四大功能

短报文通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。

可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。

精密授时:北斗系统具有精密授时功能,可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。

定位精度:水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率:2491.75MHz。

系统容纳的最大用户数:540000户/小时。

折叠军用功能

“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似,如:运动目标的定位导航;为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位;人员搜救、水上排雷的定位需求等。

这项功能用在军事上,意味着可主动进行各级部队的定位,也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统,除了可供自身定位导航外,高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置,并传递相关命令,对任务的执行有相当大的助益。换言之,大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。

折叠民用功能

个人位置服务

当你进入不熟悉的地方时,你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。

气象应用

北斗导航卫星气象应用的开展,可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测,也可以提高空间天气预警业务水平,提升中国气象防灾减灾的能力。

除此之外,北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

道路交通管理

卫星导航将有利于减缓交通阻塞,提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机,车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。

铁路智能交通

卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如,在铁路运输领域,通过安装卫星导航终端设备,可极大缩短列车行驶间隔时间,降低运输成本,有效提高运输效率。未来,北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务,促进铁路交通的现代化,实现传统调度向智能交通管理的转型。

海运和水运

海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一,也是卫星导航最早应用的领域之一。在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备,使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下,为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时,北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

航空运输

当飞机在机场跑道着陆时,最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势,可实时确定飞机的瞬时位置,有效减小飞机之间的安全距离,甚至在大雾天气情况下,可以实现自动盲降,极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合,将为航空运输提供更多的安全保障。

应急救援

卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时,救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外,还具备短报文通信功能,通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况,有效缩短救援搜寻时间,提高抢险救灾时效,大大减少人民生命财产损失。

指导放牧

2014年10月,北斗系统开始在青海省牧区试点建设北斗卫星放牧信息化指导系统,主要依靠牧区放牧智能指导系统管理平台、牧民专用北斗智能终端和牧场数据采集自动站,实现数据信息传输,并通过北斗地面站及北斗星群中转、中继处理,实现草场牧草、牛羊的动态监控。2015年夏季,试点牧区的牧民就能使用专用北斗智能终端设备来指导放牧。

折叠编辑本段产业配套

折叠北斗芯片

2012年12月27日,国家正式宣布北斗卫星导航系统试运行启动,标志着中国自主卫星导航产业发展进入崭新的发展阶段。其中,卫星导航专用ASIC硬件结合国产应用处理器的方案,成为北斗卫星导航芯片一项重大突破。该处理器由中国本土IC设计公司研发,具有完全自主知识产权并已实现规模应用,一举打破了电子终端产品行业普遍采用国外处理器局面。

卫星导航终端中采用的导航基带射频芯片,是技术含量及附加值最高的环节,直接影响到整个产业的发展。在导航基带中,一般通过导航专用ASIC硬件电路结合应用处理器的方案来实现。此前的应用处理器多选用国外公司ARM处理器芯片核,需向国外支付IP核使用许可费用的同时,技术还受制于人,无法彻底解决产业安全及保密安全问题。

而通过设立重大专项应用推广与产业化项目等方式,北斗多模导航基带及射频芯片国产化现已实现,中国人自己的应用处理器也在北斗多模导航芯片中得到规模应用。

BD/GPS多模基带芯片解决方案中,卫星导航专用ASIC硬件结合国产应用处理器打造出了一颗真正意义的“中国芯”。该应用处理器为国内完全自主开发的CPU/DSP核,包括指令集、编译器等软件工具链以及所有关键技术,均拥有100%的中国自主知识产权。其拥有国际领先水平的多线程处理器架构,可共享很多硬件资源,并在提供相当多核处理器处理能力的同时,节省芯片成本。

而基于该国产处理器卫星导航芯片方案的模块,是全球体积最小的BD/GPS双模模块,具有定位精度高、启动时间快及功耗低等特点。

与单纯的北斗芯片厂商相比,手机芯片厂商对终端定位有着更深刻的理解,包括:基站辅助卫星定位技术、多种定位方案的融合、定位芯片与应用处理器或基带处理器的集成等。积极扶持国内手机芯片厂商进入北斗芯片研发领域,并积极研发综合定位解决方案,壮大完善北斗产业链。鼓励国内手机芯片厂商开展与北斗芯片厂商的多样化合作,共同推进手机终端北斗定位技术的应用。

折叠检测认证

2012年8月3日,解放军总参谋部与国家认证认可监督管理委员会在北京举行战略合作协议签约仪式。中国将用3年时间建立起一个“法规配套、标准统一、布局合理、军民结合”的“北斗”导航检测认证体系,以期全面提升“北斗”导航定位产品的核心竞争力,确保“北斗”导航系统运行安全。

“北斗”导航定位系统已经有11颗卫星在轨运行,拥有12万军民用户。到2020年前,“北斗”导航定位系统卫星数量将达到30颗以上,导航定位范围也将由区域拓展到全球,其设计性能将与美国第三代GPS导航定位系统相当。

随着“北斗”导航定位系统的建设发展,“北斗”导航应用即将迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇,也提出了新的要求。按照军地双方签署的协议,中国将在2015年前完成“北斗”导航产品标准、民用服务资质等法规体系建设,形成权威、统一的标准体系。同时在北京建设1个国家级检测中心,在全国按区域建设7个区域级授权检测中心,加快推动“北斗”导航检测认证进入国家认证认可体系,相关检测标准进入国家标准系列。

建立起“北斗”导航检测认证体系,既是“北斗”系统坚持军民融合式发展的具体举措,也对创建“北斗”品牌,加速推进“北斗”产品的产业化、标准化起到重要作用。

折叠编辑本段覆盖范围

北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°~140°,北纬5°~55°。北斗一号卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。[4]

折叠编辑本段应用领域

北斗卫星导航系统提供定位、导航、授时服务,分为开放服务和授权服务两种方式。

折叠开放服务

任何拥有终端设备的用户可免费获得此服务,其精度为:

定位精度平面10米、高程10米

测速精度0.2米/秒

授时精度单向50纳秒,开放服务不提供双向高精度授时

折叠授权服务

除了面向全球的免费开放服务外,还有需要获得授权方可使用的服务,授权又分成不同等级,区分军用和民用:

高精度:北斗卫星导航系统可以提供比开放服务更佳的精确度,需要获得授权,其具体性能指标未知。

广域差分:在亚太地区借助与类似于广域增强系统的广域差分技术(广域增强),根据授权用户的不同等级,提供更高的定位精度,最高为1米。

信息收发:授权用户可以北斗卫星导航系统还为提供信息的收发,即短报文服务,这项服务仅限于亚太地区。军用版容量为120个汉字,民用版49个汉字。

折叠应用状况

截至2012年底,中国有约4万艘渔船安装了北斗卫星导航系统的终端,终端向手机发送短信为3角人民币,高峰时每月发送70万条。同时,中国有10万辆车已安装北斗的导航设备。

制约北斗导航民用的最大瓶颈是芯片价格,相对于GPS系统,北斗终端设备的芯片成本较高,若能够广泛生产和使用则可降低价格。[1]

折叠编辑本段市场应用

折叠国际应用

2013年5月22日至23日,国务院总理李克强访问巴基斯坦期间,中巴双方签署有关北斗系统在巴使用的合作协议。日前,巴基斯坦媒体报道,中国北京北斗星通导航技术股份有限公司将斥资数千万美元,在巴基斯坦建立地面站网,强化北斗系统的定位精确度。

其次,全国政协副主席、中国科学技术部部长万钢日前透露,2013年将中国在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。而根据中国卫星导航定位协会最新预测数据,到2015年,中国卫星导航与位置服务产业产值将超过2250亿元,至2020年则将超过4000亿元。

2014年7月26日,来自泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝、朝鲜、巴基斯坦等八个国家的19名学员代表赴武汉中国光谷北斗基地,参观学习中国最新的北斗技术。他们是由中国科技部国家遥感中心主办的“2014北斗技术与应用国际培训班”的学员,均为各国卫星导航、遥感、地理信息系统、空间探测相关专业或从事相关管理工作的高级人员。活动为东盟及亚洲地区国家提供了以北斗卫星导航系统为主的空间信息技术培训,使中国北斗科技加快进入东盟及亚洲国家。

折叠国内示范

2014年11月,国家发展改革委批复2014年北斗卫星导航产业区域重大应用示范发展专项,成都市、绵阳市等入选国家首批北斗卫星导航产业区域重大应用示范城市。

折叠编辑本段标准制定

北斗卫星定位系统工作示意图北斗卫星定位系统工作示意图北斗接收机国际通用数据标准的制修订是北斗全球应用和产业发展的基础性工作之一,与卫星导航接收机密切相关的RTCM差分系列标准、RINEX接收机交换数据格式、NMEA接收机导航定位数据接口等通用数据标准几乎是世界上所有卫星导航接收机都必须遵守的通用标准。然而,全球有多个全球卫星导航系统(GNSS)接收设备技术标准制定组织,参与其中的中国企业和机构却寥寥无几。例如,成立于1947年的国际海事无线电技术委员会(RTCM)目前有130多个成员,却只有2家中国企业成员。成立于1957年的美国国家海洋电子协会(NMEA),535个成员中只有1家中国企业成员。对于正式提供服务近两年的北斗系统而言,参与国际标准的建设任重而道远。

全国北斗卫星导航标准化技术委员会于2014年成立,15项北斗应用基础标准正在制定中,部分关键标准计划在今年底对外发布。届时,北斗系统将完成北斗产业链中标准规范关键环节的布局,北斗应用也将进入标准化、规范化以及通用化的快车道。

在国际方面,在中国民航局、交通部海事局、工信部科技司等部门指导下,依托中国航天标准化研究所、北京航空航天大学、交通部水运科学研究院、工信部电信研究院、武汉导航与位置服务工业技术研究院等科研院所,先后启动了北斗系统进入国际民航、海事、移动通信、接收机通用数据标准等国际标准工作。经过各方协作和配合,北斗国际标准工作捷报频传。国际民航组织(ICAO)同意北斗系统逐步进入ICAO标准框架;国际海事组织(IMO)批准发布了《船载北斗接收机设备性能标准》,实现了北斗国际标准的‘零’突破,完成了北斗系统作为全球无线电导航系统(WWRNS)重要组成部分的技术认可工作,有望在今年底成为第三个被IMO认可的WWRNS;第三代移动通信标准化伙伴项目(3GPP)支持北斗定位业务的技术标准已获得通过。北斗已经开启了走向国际民航、国际海事、国际移动通信等高端应用领域的破冰之旅。

2014年9月8日至9日,国际海事无线电技术委员会第104专业委员会(RTCM SC-104)全体会议在美国佛罗里达州坦帕市会议中心召开,来自Trimble、Novatel、Geo++、USCG(美国海岸警卫队)等全球20多个GNSS高精度知名企业(机构)和重要用户单位的30多位专家代表与会。武汉导航与位置服务工业技术研究院和上海司南卫星导航技术有限公司组团参加,圆满完成各项既定任务。

RTCM SC-104主要负责差分全球卫星导航系统(DGNSS)系列推荐标准的制修订,以及参与接收机自主交换格式(RINEX)、接收机导航定位数据输出接口协议(NMEA-0183)等国际通用数据标准的制修订工作。该委员会由全球从事卫星导航设备生产、技术研发、系统服务的知名企业机构成员组成,下设GLONASS 、Galileo、RINEX、NMEA、BDS等工作组。武汉导航院为BDS工作组主席单位,北斗专项应用推广与产业化专家组专家韩绍伟博士任BDS工作组主席。

会上,武汉导航院韩绍伟博士代表BDS工作组,向委员会全体会议汇报了对BDS NH码的处理方法,澄清了对NH码实现过程中因符号规则理解差异造成的差分解算失效、接收机无法兼容等问题,给出了解决方案并获得委员会一致通过。该问题的解决打消了国际社会对BDS高精度可靠应用的疑虑,对促进北斗高精度全球应用具有重要作用。另外,韩绍伟博士代表BDS工作组就BDS导航电文数据组识别符的研究进展向委员会全体会议进行了汇报,对其组成、产生、判别方法等进行了探讨,该识别符是BDS实现可靠实时差分应用的重要因素,也是北斗进入RTCM差分标准的关键参数。BDS工作组将就该问题继续与有关各方深入合作,寻求最终解决方案。

最后,BDS工作组提议2015年5月11-12日在中国西安召开RTCM SC104全体会议,并邀请专家参加2015年5月13-15日在中国西安召开的第六届中国卫星导航学术年会(CSNC2015),该提议获得委员会成员的通过。这是中国首次获得RTCM SC104全体会议主办权,标志着以中国企业为主体推动北斗加入 RTCM 、RINEX、NMEA等国际通用数据标准工作得到国际认可,显示了国际社会对北斗高精度全球应用的期待和信心,必将有助于加速北斗进入系列国际通用数据标准工作。

折叠编辑本段国际认可

中国北斗卫星已获联合国正式认可 可媲美GPS[6]

在2014年11月17日至21日的会议上,联合国负责制定国际海运标准的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”后,中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星导航系统。专门研究中国太空项目和信息战争的加州大学专家凯文·波尔彼得表示,北斗系统能在其覆盖范围内提供足够精确的定位信息。[7]

折叠编辑本段社会评价

中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。这是该系统向其目标迈出的重要一步:被全世界接受,可媲美美国全球定位系统(GPS)。

在2014年11月17日至21日的会议上,联合国负责制定国际海运标准的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”后,中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星导航系统。专门研究中国太空项目和信息战争的加州大学专家凯文·波尔彼得表示,这是“承认北斗系统能在其覆盖范围内提供足够精确的定位信息”。

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国防军工
北斗导航
2017-09-20 | 360百科 | []

北斗导航定位卫星免费编辑添加义项名

所属类别 :
卫星

中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,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10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0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。2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。2014年11月23日,国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。2017年1月10日,中国北斗系统预计于2018年率先覆盖“一带一路”国家,2020年覆盖全球。

基本信息

  • 中文名称

    北斗导航卫星

  • 外文名称

    Beidou navigation satellite

  • 研制国家

    中国

  • 英文缩写

    BDS

  • 性质

    地球卫星定位与通信系统

折叠编辑本段卫星简介

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。[3]

折叠编辑本段发展历程

折叠早期研究

1970年代,中国开始研究卫星导航系统的技术和方案,但之后这项名为“灯塔”的研究计划被取消。[2]

1983年,中国航天专家陈芳允提出使用两颗静止轨道卫星实现区域性的导航功能,1989年,中国使用通信卫星进行试验,验证了其可行性,之后的北斗卫星导航试验系统即基于此方案。

折叠试验系统

1994年,中国正式开始北斗卫星导航试验系统(北斗一号)的研制,并在2000年发射了两颗静止轨道卫星,区域性的导航功能得以实现。2003年又发射了一颗备份卫星,完成了北斗卫星导航试验系统的组建。

折叠中国加入欧盟伽利略计划

2003年09月,中国打算加入欧盟伽利略定位系统计划,并在接下来的几年中投入了2.3亿欧元的资金。由此,人们相信中国的北斗系统只会用于自己的武装力量。中国与欧盟在2004年10月09日正式签署伽利略计划技术合作协议。2008年01月,香港南华早报在“中国不当“伽利略”计划小伙伴”的报道中指出:中国不满其在伽利略计划中的配角地位,并将推出北斗二代与伽利略定位系统在亚洲市场竞争。

折叠正式系统

2004年,中国启动了具有全球导航能力的北斗卫星导航系统的建设(北斗二号),并在2007年发射一颗中地球轨道卫星,进行了大量试验。2009年起,后续卫星持续发射,并在2011年开始对中国和周边地区提供测试服务,2012年完成了对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务。

中国为北斗卫星导航系统制定了“三步走”发展规划,从1994年开始发展的试验系统(第一代系统)为第一步,2004年开始发展的正式系统(第二代系统)又分为两个阶段,即第二步与第三步。至2012年,此战略的前两步已经完成。根据计划,北斗卫星导航系统将在2020年完成,届时将实现全球的卫星导航功能。[9]

北斗卫星导航系统三步走发展规划

时间节点 2004 2012 2020
实现目标 区域有源定位 区域无源定位 全球无源定位

折叠东盟各国加入合作

中国科学技术部部长万钢在2013年1月19日中国科技工作会议上透露,2013年将积极实施“中国东盟科技伙伴计划”,启动“中国-东盟联合实验室”、“中国-东盟技术转移中心”建设,在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。

折叠全球组网

2015年7月25日中国成功发射两颗北斗导航卫星,使北斗导航系统的卫星总数增加到19枚。这对北斗“双胞胎”弟兄,将为北斗全球组网承担“拓荒”使命。

据北斗导航卫星系统总设计师谢军介绍,作为北斗系统全球组网的主要卫星,新发射的北斗双星将为中国建成全球导航卫星系统开展全面验证,为后续的全球组网卫星奠定基础。[8]

2017年1月10日,中国北斗系统在国民经济和国防建设各领域应用逐步深入,核心技术取得突破,整体应用已进入产业化、规模化、大众化、国际化的新阶段,预计将于2018年率先覆盖“一带一路”国家,2020年覆盖全球。[11]

折叠欧亚精准对时

2017年,中国计量科学研究院首次利用自主研制的“北斗时间频率传递装置”,在超过8200公里的欧亚链路和约1000公里的欧洲内部链路,实现了时间和频率传递。时间频率传递可以理解为比对两端的时间,实验证明,利用北斗系统传递时间频率,其稳定度、准确度与GPS(全球定位系统)相当[12]

折叠编辑本段建设原则

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统的建设与发展,以应用推广和产业发展为根本目标,不仅要建成系统,更要用好系统,强调质量、安全、应用、效益,遵循以下建设原则:

1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放,为全球用户提供高质量的免费服务,积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作,促进各卫星导航系统间的兼容与互操作,推动卫星导航技术与产业的发展。

2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。

3、兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会(ICG)和国际电联(ITU)框架下,使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作,使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。

4、渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展,不断完善服务质量,并实现各阶段的无缝衔接。

折叠编辑本段制作原理

折叠空间定位原理

在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置,且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下,即可以确定D的空间位置,原理如下:因为A点位置和AD间距离已知,可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面,按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球,即D点一定在这三个圆球的交汇点上,即三球交汇定位。北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理。

折叠有源与无源定位

当卫星导航系统使用有源时间测距来定位时,用户终端通过导航卫星向地面控制中心发出一个申请定位的信号,之后地面控制中心发出测距信号,根据信号传输的时间得到用户与两颗卫星的距离。除了这些信息外,地面控制中心还有一个数据库,为地球表面各点至地球球心的距离,当认定用户也在此不均匀球面的表面时,三球交汇定位的条件已经全部满足,控制中心可以计算出用户的位置,并将信息发送到用户的终端。北斗的试验系统完全基于此技术,而之后的北斗卫星导航系统除了使用新的技术外,也保留了这项技术。

当卫星导航系统使用无源时间测距技术时,用户接收至少4颗导航卫星发出的信号,根据时间信息可获得距离信息,根据三球交汇的原理,用户终端自行可以自行计算其空间位置。此即为GPS所使用的技术,北斗卫星导航系统也使用了此技术来实现全球的卫星定位。

折叠精度

参照三球交汇定位的原理,根据3颗卫星到用户终端的距离信息,根据三维的距离公式,就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息,即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位,但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差,而电磁波以光速传播,微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真,实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t,如此方程中就有4个未知数,即客户端的三位坐标(X,Y,Z),以及时钟差距t,故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式,最后才能求得答案,即用户端所在的三维位置,根据此三维位置可以进一步换算为经纬度海拔高度

若空中有足够的卫星,用户终端可以接收多于4颗卫星的信息时,可以将卫星每组4颗分为多个组,列出多组方程,后通过一定的算法挑选误差最小的那组结果,能够提高精度。

电磁波以30万千米/秒的光速传播,在测量卫星距离时,若卫星钟有一纳秒(十亿分之一秒)时间误差,会产生三十厘米距离误差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟,也会累积较大误差,因此地面工作站会监视卫星时钟,并将结果与地面上更大规模的更精确的原子钟比较,得到误差的修正信息,最终用户通过接收机可以得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大约有数纳秒的累积误差,产生大约一米的距离误差。

为提高定位精度,还可使用差分技术。在地面上建立基准站,将其已知的精确坐标与通过导航系统给出的坐标相比较,可以得出修正数,对外发布,用户终端依靠此修正数,可以将自己的导航系统计算结果进行再次的修正,从而提高精度。例如,全球定位系统使用差分全球定位系统后,定位精度可达到5米左右。

折叠编辑本段采用技术

折叠卫星平台

北斗导航定位卫星北斗导航定位卫星在北斗卫星导航系统中,能使用无源时间测距技术为全球提供无线电卫星导航服务(RNSS),也同时也保留了试验系统中的有源时间测距技术,即提供无线电卫星测定服务(RDSS),但仅在亚太地区实现。从卫星所起到的功能来区分,可以分成下列两类:

非静止轨道卫星:北斗卫星导航系统中地球轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星使用东方红三号通信卫星平台并略有改进,其有效载荷都为RNSS载荷。

静止轨道卫星:这类卫星使用改进型东方红三号平台,其五颗卫星的定点位置为东经58.75°到160°之间,每颗均有3种有效载荷,即用作有源定位的RDSS载荷、用作无源定位的RNSS载荷、用于客户端间短报文服务的通信载荷。由于此类卫星仅定点在亚太地区上空,故需要用到RDSS载荷的有源定位服务以及用到通讯载荷的短报文服务只能在亚太提供。

北斗卫星导航系统同时使用静止轨道与非静止轨道卫星,对于亚太范围内的区域导航来说,无需借助中地球轨道卫星,只依靠北斗的地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星即可保证服务性能。而数量庞大的中地球轨道卫星,主要服务于全球卫星导航系统。此外,如果倾斜地球同步轨道卫星发生故障,则中地球轨道卫星可以调整轨道予以接替,即作为备份星。

截至2012年发射的北斗系统的卫星设计寿命都是8年,而后续又有数量众多的中地球轨道卫星需要发射,这些卫星将采用专门的中地球轨道卫星平台,寿命将延长至12年或更多,还会往小型化发展。

折叠卫星制造与发射

因为需要一定数量的卫星才能提供质量可靠的导航服务,从卫星的寿命方面考虑,若发射间隔过久,则后续卫星发射时,可能早期的卫星已近退役,所以北斗的卫星需要在短时间发射,中国在3年的时间内共发射了14颗北斗卫星,这是中国首次使用“一次设计,组批生产”的方式对卫星快速批量生产。到2020年时,在2010年前后发射的卫星已经退役,因此在2012到2020年的8年时间里,中国需要为准备覆盖全球的北斗卫星导航系统再生产出30多颗卫星。

中国在1981年就成功执行过“一箭多星”,不过此技术一般用于发射一颗大卫星附带几颗小卫星,将卫星送入不同的轨道。2012年使用“一箭双星”发射北斗卫星,是中国首次用一枚火箭发射两颗相同的大质量卫星,火箭将两颗卫星送入了同一个轨道面上,其即卫星的运行轨迹相同,其差别在于轨位。

折叠时间系统

北斗卫星导航系统的系统时间叫做北斗时,属于原子时,溯源到中国的协调世界时,与协调世界时的误差在100纳秒内,起算时间是协调世界时2006年1月1日0时0分0秒。

北斗试验系统的卫星原子钟是由瑞士进口,北斗二号的星载原子钟逐渐开始使用中国航天科工二院203所提供的国产原子钟。北斗的卫星系统总设计师杨慧在2012年表示,北斗已经开始全部使用国产原子钟,其性能与进口产品相当。

折叠信号传输

2007年,在北斗-M1卫星发射后,被检2007年,在北斗-M1卫星发射后,被检北斗卫星导航系统使用码分多址技术,与全球定位系统和伽利略定位系统一致,而不同于格洛纳斯系统的频分多址技术。两者相比,码分多址有更高的频谱利用率,在由L波段的频谱资源非常有限的情况下,选择码分多址是更妥当的方式。此外,码分多址的抗干扰性能,以及与其他卫星导航系统的兼容性能更佳。

北斗卫星导航系统的官方宣布,在L波段S波段发送导航信号,在L波段的B1、B2、B3频点上发送服务信号,包括开放的信号和需要授权的信号。

B1频点:1559.052MHz-1591.788MHz

B2频点:1166.220MHz-1217.370MHz

B3频点:1250.618MHz-1286.423MHz

国际电信联盟分配了E1(1590MHz)、E2(1561MHz)、E6(1269MHz)和E5B(1207MHz)四个波段给北斗卫星导航系统,这与伽利略定位系统使用或计划使用的波段存在重合。然而,根据国际电信联盟的频段先占先得政策,若北斗系统先行使用,即拥有使用相应频段的优先权。2007年,中国发射了北斗-M1,之后在相应波段上被检测到信号:1561.098MHz±2.046MHz, 1589.742MHz, 1207.14MHz±12MHz, 1268.52MHz±12MHz,以上波段与伽利略定位系统计划使用的波段重合,与全球卫星定位系统的L波段也有小部分重合。

北斗-M1是一个实验性的卫星,用于发射信号的测试和验证,并能以先占的原则确定对相应频率的使用权。北斗-M1卫星在E2、E5B、E6频段进行信号传输,传输的信号分成2类,分别被称作“I”和“Q”。“I”的信号具有较短的编码,可能会被用来作开放服务(民用), 而“Q”部分的编码更长,且有更强的抗干扰性,可能会被用作需要授权的服务(军用)。

在北斗-M1发射后,法国、美国等工程师即展开了对信号的研究,研究者包括在中国引起热议的高杏欣,她和团队分析出了北斗-M1卫星的民用码信道编码方式并予以公开,但其研究内容与军用码的安全问题无关,事实上全球卫星定位系统和伽利略定位系统的民用码也早已被破解。

折叠编辑本段试验系统

北斗卫星导航试验系统又称为北斗一号,是中国的第一代卫星导航系统,即有源区域卫星定位系统,1994年正式立项,2000年发射2颗卫星后即能够工作,2003年又发射了一颗备份卫星,试验系统完成组建,该系统服务范围为东经70°-140°,北纬5°-55°。

折叠系统组成

北斗卫星导航试验系统于2003年完全建成北斗卫星导航试验系统于2003年完全建成系统分为三个部分,分别为空间段、地面段、用户段:

空间段:由3颗地球静止轨道卫星组成,两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空,另有一颗位于东经110.5°的备份卫星,可在某工作卫星失效时予以接替。

地面段:由中心控制系统和标校系统组成。中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等。标校系统可提供距离观测量和校正参数。

用户段:用户的终端。

折叠性能

北斗卫星导航试验系统于2000年能够使用后,其定位精度100米,使用地面参照站校准后为20米,与当时的全球卫星定位系统民用码相当。系统用户能实现自身的定位,也能向外界报告自身位置和发送消息,授时精度20纳秒,定位响应时间为1秒。[5]

由于是采用少量卫星实现的有源定位,该系统成本较低,但是系统在定位精度、用户容量、定位的频率次数、隐蔽性等方面均受到限制。另外该系统无测速功能,不能用于精确制导武器

折叠编辑本段正式系统

北斗卫星导航系统在2012年的服务范围北斗卫星导航系统在2012年的服务范围正式的北斗卫星导航系统也被称为北斗二号,是中国的第二代卫星导航系统,英文简称BDS,曾用名COMPASS,“北斗卫星导航系统”一词一般用来特指第二代系统。此卫星导航系统的发展目标是对全球提供无源定位,与全球定位系统相似。在计划中,整个系统将由35颗卫星组成,其中5颗是静止轨道卫星,以与使用静止轨道卫星的北斗卫星导航试验系统兼容。其总设计师为孙家栋

北斗从其试验系统开始就有其军事目的,其正式系统也是一个军民两用的系统。项目的主要参与者为中国人民解放军总参谋部、总装备部、国家国防科技工业局、中国科学院中国航天科技集团公司中国电子科技集团公司、国防科技大学。截至2012年,中国为试验系统和覆盖亚太的正式系统共花费了数百亿人民币,为了实现覆盖全球的目标,还将投入四五百亿以上。

折叠亚太服务

北斗卫星导航系统的建设于2004年启动,2011年开始对中国和周边提供测试服务,2012年12月27日起正式提供卫星导航服务,服务范围涵盖亚太大部分地区,南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度为一般服务范围。该导航系统提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。

开放服务是在服务区免费提供定位、测速、授时服务,定位精度为10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒,在服务区的较边缘地区精度稍差。授权服务则是向授权用户提供更安全与更高精度的定位、测速、授时、通信服务以及系统完好性信息,这类用户为中国军队和政府等。由于该正式系统继承了试验系统的一些功能,能在亚太地区提供无源定位技术所不能完成的服务,如短报文通信。

折叠全球服务

北斗卫星导航系统计划在2020年完成对全球的覆盖,为全球用户提供定位、导航、授时服务,中国将发射大量的中地球轨道卫星,同时因为现有系统的卫星寿命也会到期,也将会在2020年前完成替换。中国将在2014年发射一颗试验星,以验证全球系统建设中的关键技术。

折叠编辑本段系统构成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成。

折叠空间段

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,中国计划2012年左右,“北斗”系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设,已成功发射16颗北斗导航卫星。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。

北斗卫星发射列表 
发射时间 火箭 卫星编号 卫星类型 发射地点

2000年10月31日

北斗-1A

北斗1号

西昌

2000年12月21日

北斗-1B

2003年5月25日

北斗-1C

2007年2月3日

北斗-1D

2007年4月14日04时11分

长征三号甲

第一颗北斗导航卫星(M1)

北斗2号

2009年4月15日

长征三号丙

第二颗北斗导航卫星(G2)

2010年1月17日

第三颗北斗导航卫星(G1)

2010年6月2日

第四颗北斗导航卫星(G3)

2010年8月1日05时30分

长征三号甲

第五颗北斗导航卫星(I1)

2010年11月1日00时26分

长征三号丙

第六颗北斗导航卫星(G4)

2010年12月18日04时20分

长征三号甲

第七颗北斗导航卫星(I2)

2011年4月10日04时47分

第八颗北斗导航卫星(I3)

2011年7月27日05时44分

第九颗北斗导航卫星(I4)

2011年12月2日05时07分

第十颗北斗导航卫星(I5)

2012年2月25日0时12分

长征三号丙

第十一颗北斗导航卫星

2012年4月30日4时50分

长征三号乙

第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星(“一箭双星”)

2012年9月19日3时10分

长征三号乙

第十四、十五颗北斗导航系统组网卫星“一箭双星” )

2012年10月25日23时33分

长征三号丙

第十六颗北斗导航卫星

2015年3月30日21时52分 长征三号丙 第十七颗北斗导航卫星
2015年7月25日20时29分 长征三号乙 第十八、十九颗北斗导航系统组网卫星(“一箭双星”)
2015年9月30日7时13分 长征三号乙 第二十颗北斗导航卫星
2016年2月1日15时29分 长征三号丙 第五颗新一代北斗导航卫星(第二十一颗北斗导航卫星)

2016年3月30日4时11分

长征三号甲[10]
第二十二颗北斗导航卫星
2016年6月12日23时30分 长征三号丙
第二十三颗北斗导航卫星
展开

卫星组成

发射日期

发射火箭

卫星

轨道类别

运行状况

备注

2000.10.31

CZ-3A Y5

北斗-1A

废弃卫星轨道

停止工作

北斗一号

2000.12.21

CZ-3A Y6

北斗-1B

废弃卫星轨道

停止工作

2003.5.25

CZ-3A Y7

北斗-1C

地球静止轨道 85.3°E

正常

2007.2.3

CZ-3A Y12

北斗-1D

废弃卫星轨道

失效

2007.4.14

CZ-3A Y13

北斗-M1

中地球轨道~21500km

正常,测试星

北斗二号

2009.4.15

CZ-3C Y3

北斗-G2

35594 x 36036 km 漂移

失效

2010.1.17

CZ-3C Y2

北斗-G1

地球静止轨道 140°E

正常

2010.6.2

CZ-3C Y4

北斗-G3

地球静止轨道 84°E

正常

2010.8.1

CZ-3A Y16

北斗-I1

倾斜地球同步轨道倾角55°

正常

2010.11.1

CZ-3C Y5

北斗-G4

地球静止轨道 160°E

正常

2010.12.18

CZ-3A Y18

北斗-I2

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.4.10

CZ-3A Y19

北斗-I3

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.7.27

CZ-3A Y17

北斗-I4

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2011.12.2

CZ-3A Y23

北斗-I5

倾斜地球同步轨道 倾角55°

正常

2012.2.25

CZ-3C Y6

北斗-G5

地球静止轨道 58.5°E

正常

2012.4.30

CZ-3B Y14

北斗-M3

中地球轨道~21500km

正常

2012.4.30

CZ-3B Y14

北斗-M4

中地球轨道~21332km

正常

2012.9.19

CZ-3B Y15

北斗-M5

中地球轨道~21332km

正常

2012.9.19

CZ-3B Y15

北斗-M6

中地球轨道~21332km

正常

2012.10.25

CZ-3C Y

北斗-G6

地球静止轨道 110.5°E

正常
2015.3.30 CZ-3C 北斗-I6
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2015.7.25 CZ-3B 北斗-M7
中地球轨道~21332km
正常
2015.9.30 CZ-3B 北斗-I7
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2016.2.21 CZ-3C 北斗-M8
中地球轨道~21332km
正常
2016.3.30 CZ-3A 北斗-I8
倾斜地球同步轨道 倾角55°
正常
2016.6.12 CZ-3C 北斗-G7
地球静止轨道 58.5°E
正常
展开

星座构成

北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时,已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)。

序号

卫星

发射日期

火箭

运行轨道

使用状况

状态

1

北斗-M1

2007年04月14日

长征三号甲

中地球轨道,高度21559公里,倾角56.8°

试验星未使用

M1

2

北斗-G2

2009年04月15日

长征三号丙

有误差的地球静止轨道,高度36027公里,倾角2.2°

失控未使用

G2

3

北斗-G1

2010年01月17日

长征三号丙

地球静止轨道140.0°E,高度35807公里,倾角1.6°

使用中

G1

4

北斗-G3

2010年06月02日

长征三号丙

地球静止轨道110.6°E,高度35809公里,倾角1.3°

使用中

G3

5

北斗-IGSO1

2010年08月01日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35916公里,倾角54.6°

使用中

IGSO1

6

北斗-G4

2010年11月01日

长征三号丙

地球静止轨道160.0°E,高度35815公里,倾角0.6°

使用中

G4

7

北斗-IGSO2

2010年12月18日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35883公里, 倾角54.8°

使用中

IGSO2

8

北斗-IGSO3

2011年04月10日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35911公里, 倾角55.9°

使用中

IGSO3

9

北斗-IGSO4

2011年07月27日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35879公里, 倾角54.9°

使用中

IGSO4

10

北斗-IGSO5

2011年12月02日

长征三号甲

倾斜地球同步轨道,高度35880公里, 倾角54.9°

使用中

IGSO5

11

北斗-G5

2012年02月25日

长征三号丙

地球静止轨道58.7°E,高度35801公里,倾角1.4°

使用中

G5

12

北斗-M3

2012年04月30日

长征三号乙

中地球轨道,高度21607公里,倾角55.3°

使用中

M3

13

北斗-M4

2012年04月30日

长征三号乙

中地球轨道,高度21617公里,倾角55.2°

使用中

M4

14

北斗-M5

2012年09月19日

长征三号乙

中地球轨道 ,高度21597公里,倾角55.0°

使用中

M5

15

北斗-M6

2012年09月19日

长征三号乙

中地球轨道,高度21576公里,倾角55.1°

使用中

M6

16

北斗-G6

2012年10月25日

长征三号丙

地球静止轨道80.2°E,高度35803公里,倾角1.7°

使用中

G6

17 北斗-I6
2015年3月30日 长征三号丙
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中 IGSO6
18 北斗-M7
2015年7月25日
长征三号乙
中地球轨道~21332km
使用中
MEO7
19 北斗-I7
2015年9月30日
长征三号乙
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中
IGSO7
20 北斗-M8
2016年2月1日
长征三号丙
中地球轨道~21332km
使用中
MEO8
21 北斗-I8
2016年3月30日
长征三号甲
倾斜地球同步轨道 倾角55°
使用中
IGSO8
22 北斗-G7
2016年6月12日
长征三号丙
地球静止轨道 58.5°E
测试中 GEO7
展开

折叠地面段

北斗-M5卫星(2012-050A)的地北斗-M5卫星(2012-050A)的地系统的地面段由主控站、注入站、监测站组成。

主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接收数据并进行处理,生成卫星导航电文和差分完好性信息,而后交由注入站执行信息的发送。

注入站用于向卫星发送信号,对卫星进行控制管理,在接受主控站的调度后,将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。

监测站用于接收卫星的信号,并发送给主控站,可实现对卫星的监测,以确定卫星轨道,并为时间同步提供观测资料。

折叠用户段

用户段即用户的终端,即可以是专用于北斗卫星导航系统的信号接收机,也可以是同时兼容其他卫星导航系统的接收机。接收机需要捕获并跟踪卫星的信号,根据数据按一定的方式进行定位计算,最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息

折叠编辑本段系统功能

折叠四大功能

短报文通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。

可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。

精密授时:北斗系统具有精密授时功能,可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。

定位精度:水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率:2491.75MHz。

系统容纳的最大用户数:540000户/小时。

折叠军用功能

“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似,如:运动目标的定位导航;为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位;人员搜救、水上排雷的定位需求等。

这项功能用在军事上,意味着可主动进行各级部队的定位,也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统,除了可供自身定位导航外,高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置,并传递相关命令,对任务的执行有相当大的助益。换言之,大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。

折叠民用功能

个人位置服务

当你进入不熟悉的地方时,你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。

气象应用

北斗导航卫星气象应用的开展,可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测,也可以提高空间天气预警业务水平,提升中国气象防灾减灾的能力。

除此之外,北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

道路交通管理

卫星导航将有利于减缓交通阻塞,提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机,车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。

铁路智能交通

卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如,在铁路运输领域,通过安装卫星导航终端设备,可极大缩短列车行驶间隔时间,降低运输成本,有效提高运输效率。未来,北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务,促进铁路交通的现代化,实现传统调度向智能交通管理的转型。

海运和水运

海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一,也是卫星导航最早应用的领域之一。在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备,使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下,为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时,北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

航空运输

当飞机在机场跑道着陆时,最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势,可实时确定飞机的瞬时位置,有效减小飞机之间的安全距离,甚至在大雾天气情况下,可以实现自动盲降,极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合,将为航空运输提供更多的安全保障。

应急救援

卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时,救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外,还具备短报文通信功能,通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况,有效缩短救援搜寻时间,提高抢险救灾时效,大大减少人民生命财产损失。

指导放牧

2014年10月,北斗系统开始在青海省牧区试点建设北斗卫星放牧信息化指导系统,主要依靠牧区放牧智能指导系统管理平台、牧民专用北斗智能终端和牧场数据采集自动站,实现数据信息传输,并通过北斗地面站及北斗星群中转、中继处理,实现草场牧草、牛羊的动态监控。2015年夏季,试点牧区的牧民就能使用专用北斗智能终端设备来指导放牧。

折叠编辑本段产业配套

折叠北斗芯片

2012年12月27日,国家正式宣布北斗卫星导航系统试运行启动,标志着中国自主卫星导航产业发展进入崭新的发展阶段。其中,卫星导航专用ASIC硬件结合国产应用处理器的方案,成为北斗卫星导航芯片一项重大突破。该处理器由中国本土IC设计公司研发,具有完全自主知识产权并已实现规模应用,一举打破了电子终端产品行业普遍采用国外处理器局面。

卫星导航终端中采用的导航基带射频芯片,是技术含量及附加值最高的环节,直接影响到整个产业的发展。在导航基带中,一般通过导航专用ASIC硬件电路结合应用处理器的方案来实现。此前的应用处理器多选用国外公司ARM处理器芯片核,需向国外支付IP核使用许可费用的同时,技术还受制于人,无法彻底解决产业安全及保密安全问题。

而通过设立重大专项应用推广与产业化项目等方式,北斗多模导航基带及射频芯片国产化现已实现,中国人自己的应用处理器也在北斗多模导航芯片中得到规模应用。

BD/GPS多模基带芯片解决方案中,卫星导航专用ASIC硬件结合国产应用处理器打造出了一颗真正意义的“中国芯”。该应用处理器为国内完全自主开发的CPU/DSP核,包括指令集、编译器等软件工具链以及所有关键技术,均拥有100%的中国自主知识产权。其拥有国际领先水平的多线程处理器架构,可共享很多硬件资源,并在提供相当多核处理器处理能力的同时,节省芯片成本。

而基于该国产处理器卫星导航芯片方案的模块,是全球体积最小的BD/GPS双模模块,具有定位精度高、启动时间快及功耗低等特点。

与单纯的北斗芯片厂商相比,手机芯片厂商对终端定位有着更深刻的理解,包括:基站辅助卫星定位技术、多种定位方案的融合、定位芯片与应用处理器或基带处理器的集成等。积极扶持国内手机芯片厂商进入北斗芯片研发领域,并积极研发综合定位解决方案,壮大完善北斗产业链。鼓励国内手机芯片厂商开展与北斗芯片厂商的多样化合作,共同推进手机终端北斗定位技术的应用。

折叠检测认证

2012年8月3日,解放军总参谋部与国家认证认可监督管理委员会在北京举行战略合作协议签约仪式。中国将用3年时间建立起一个“法规配套、标准统一、布局合理、军民结合”的“北斗”导航检测认证体系,以期全面提升“北斗”导航定位产品的核心竞争力,确保“北斗”导航系统运行安全。

“北斗”导航定位系统已经有11颗卫星在轨运行,拥有12万军民用户。到2020年前,“北斗”导航定位系统卫星数量将达到30颗以上,导航定位范围也将由区域拓展到全球,其设计性能将与美国第三代GPS导航定位系统相当。

随着“北斗”导航定位系统的建设发展,“北斗”导航应用即将迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇,也提出了新的要求。按照军地双方签署的协议,中国将在2015年前完成“北斗”导航产品标准、民用服务资质等法规体系建设,形成权威、统一的标准体系。同时在北京建设1个国家级检测中心,在全国按区域建设7个区域级授权检测中心,加快推动“北斗”导航检测认证进入国家认证认可体系,相关检测标准进入国家标准系列。

建立起“北斗”导航检测认证体系,既是“北斗”系统坚持军民融合式发展的具体举措,也对创建“北斗”品牌,加速推进“北斗”产品的产业化、标准化起到重要作用。

折叠编辑本段覆盖范围

北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°~140°,北纬5°~55°。北斗一号卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。[4]

折叠编辑本段应用领域

北斗卫星导航系统提供定位、导航、授时服务,分为开放服务和授权服务两种方式。

折叠开放服务

任何拥有终端设备的用户可免费获得此服务,其精度为:

定位精度平面10米、高程10米

测速精度0.2米/秒

授时精度单向50纳秒,开放服务不提供双向高精度授时

折叠授权服务

除了面向全球的免费开放服务外,还有需要获得授权方可使用的服务,授权又分成不同等级,区分军用和民用:

高精度:北斗卫星导航系统可以提供比开放服务更佳的精确度,需要获得授权,其具体性能指标未知。

广域差分:在亚太地区借助与类似于广域增强系统的广域差分技术(广域增强),根据授权用户的不同等级,提供更高的定位精度,最高为1米。

信息收发:授权用户可以北斗卫星导航系统还为提供信息的收发,即短报文服务,这项服务仅限于亚太地区。军用版容量为120个汉字,民用版49个汉字。

折叠应用状况

截至2012年底,中国有约4万艘渔船安装了北斗卫星导航系统的终端,终端向手机发送短信为3角人民币,高峰时每月发送70万条。同时,中国有10万辆车已安装北斗的导航设备。

制约北斗导航民用的最大瓶颈是芯片价格,相对于GPS系统,北斗终端设备的芯片成本较高,若能够广泛生产和使用则可降低价格。[1]

折叠编辑本段市场应用

折叠国际应用

2013年5月22日至23日,国务院总理李克强访问巴基斯坦期间,中巴双方签署有关北斗系统在巴使用的合作协议。日前,巴基斯坦媒体报道,中国北京北斗星通导航技术股份有限公司将斥资数千万美元,在巴基斯坦建立地面站网,强化北斗系统的定位精确度。

其次,全国政协副主席、中国科学技术部部长万钢日前透露,2013年将中国在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。而根据中国卫星导航定位协会最新预测数据,到2015年,中国卫星导航与位置服务产业产值将超过2250亿元,至2020年则将超过4000亿元。

2014年7月26日,来自泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝、朝鲜、巴基斯坦等八个国家的19名学员代表赴武汉中国光谷北斗基地,参观学习中国最新的北斗技术。他们是由中国科技部国家遥感中心主办的“2014北斗技术与应用国际培训班”的学员,均为各国卫星导航、遥感、地理信息系统、空间探测相关专业或从事相关管理工作的高级人员。活动为东盟及亚洲地区国家提供了以北斗卫星导航系统为主的空间信息技术培训,使中国北斗科技加快进入东盟及亚洲国家。

折叠国内示范

2014年11月,国家发展改革委批复2014年北斗卫星导航产业区域重大应用示范发展专项,成都市、绵阳市等入选国家首批北斗卫星导航产业区域重大应用示范城市。

折叠编辑本段标准制定

北斗卫星定位系统工作示意图北斗卫星定位系统工作示意图北斗接收机国际通用数据标准的制修订是北斗全球应用和产业发展的基础性工作之一,与卫星导航接收机密切相关的RTCM差分系列标准、RINEX接收机交换数据格式、NMEA接收机导航定位数据接口等通用数据标准几乎是世界上所有卫星导航接收机都必须遵守的通用标准。然而,全球有多个全球卫星导航系统(GNSS)接收设备技术标准制定组织,参与其中的中国企业和机构却寥寥无几。例如,成立于1947年的国际海事无线电技术委员会(RTCM)目前有130多个成员,却只有2家中国企业成员。成立于1957年的美国国家海洋电子协会(NMEA),535个成员中只有1家中国企业成员。对于正式提供服务近两年的北斗系统而言,参与国际标准的建设任重而道远。

全国北斗卫星导航标准化技术委员会于2014年成立,15项北斗应用基础标准正在制定中,部分关键标准计划在今年底对外发布。届时,北斗系统将完成北斗产业链中标准规范关键环节的布局,北斗应用也将进入标准化、规范化以及通用化的快车道。

在国际方面,在中国民航局、交通部海事局、工信部科技司等部门指导下,依托中国航天标准化研究所、北京航空航天大学、交通部水运科学研究院、工信部电信研究院、武汉导航与位置服务工业技术研究院等科研院所,先后启动了北斗系统进入国际民航、海事、移动通信、接收机通用数据标准等国际标准工作。经过各方协作和配合,北斗国际标准工作捷报频传。国际民航组织(ICAO)同意北斗系统逐步进入ICAO标准框架;国际海事组织(IMO)批准发布了《船载北斗接收机设备性能标准》,实现了北斗国际标准的‘零’突破,完成了北斗系统作为全球无线电导航系统(WWRNS)重要组成部分的技术认可工作,有望在今年底成为第三个被IMO认可的WWRNS;第三代移动通信标准化伙伴项目(3GPP)支持北斗定位业务的技术标准已获得通过。北斗已经开启了走向国际民航、国际海事、国际移动通信等高端应用领域的破冰之旅。

2014年9月8日至9日,国际海事无线电技术委员会第104专业委员会(RTCM SC-104)全体会议在美国佛罗里达州坦帕市会议中心召开,来自Trimble、Novatel、Geo++、USCG(美国海岸警卫队)等全球20多个GNSS高精度知名企业(机构)和重要用户单位的30多位专家代表与会。武汉导航与位置服务工业技术研究院和上海司南卫星导航技术有限公司组团参加,圆满完成各项既定任务。

RTCM SC-104主要负责差分全球卫星导航系统(DGNSS)系列推荐标准的制修订,以及参与接收机自主交换格式(RINEX)、接收机导航定位数据输出接口协议(NMEA-0183)等国际通用数据标准的制修订工作。该委员会由全球从事卫星导航设备生产、技术研发、系统服务的知名企业机构成员组成,下设GLONASS 、Galileo、RINEX、NMEA、BDS等工作组。武汉导航院为BDS工作组主席单位,北斗专项应用推广与产业化专家组专家韩绍伟博士任BDS工作组主席。

会上,武汉导航院韩绍伟博士代表BDS工作组,向委员会全体会议汇报了对BDS NH码的处理方法,澄清了对NH码实现过程中因符号规则理解差异造成的差分解算失效、接收机无法兼容等问题,给出了解决方案并获得委员会一致通过。该问题的解决打消了国际社会对BDS高精度可靠应用的疑虑,对促进北斗高精度全球应用具有重要作用。另外,韩绍伟博士代表BDS工作组就BDS导航电文数据组识别符的研究进展向委员会全体会议进行了汇报,对其组成、产生、判别方法等进行了探讨,该识别符是BDS实现可靠实时差分应用的重要因素,也是北斗进入RTCM差分标准的关键参数。BDS工作组将就该问题继续与有关各方深入合作,寻求最终解决方案。

最后,BDS工作组提议2015年5月11-12日在中国西安召开RTCM SC104全体会议,并邀请专家参加2015年5月13-15日在中国西安召开的第六届中国卫星导航学术年会(CSNC2015),该提议获得委员会成员的通过。这是中国首次获得RTCM SC104全体会议主办权,标志着以中国企业为主体推动北斗加入 RTCM 、RINEX、NMEA等国际通用数据标准工作得到国际认可,显示了国际社会对北斗高精度全球应用的期待和信心,必将有助于加速北斗进入系列国际通用数据标准工作。

折叠编辑本段国际认可

中国北斗卫星已获联合国正式认可 可媲美GPS[6]

在2014年11月17日至21日的会议上,联合国负责制定国际海运标准的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”后,中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星导航系统。专门研究中国太空项目和信息战争的加州大学专家凯文·波尔彼得表示,北斗系统能在其覆盖范围内提供足够精确的定位信息。[7]

折叠编辑本段社会评价

中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。这是该系统向其目标迈出的重要一步:被全世界接受,可媲美美国全球定位系统(GPS)。

在2014年11月17日至21日的会议上,联合国负责制定国际海运标准的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”后,中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星导航系统。专门研究中国太空项目和信息战争的加州大学专家凯文·波尔彼得表示,这是“承认北斗系统能在其覆盖范围内提供足够精确的定位信息”。

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