北斗卫星系统范文

北斗卫星系统范文（精选11篇）

北斗卫星系统 第1篇

随着美国GPS系统应用领域的不断扩大, 很多国家也加紧开发研制独立自主的卫星导航系统, 进入全球卫星定位系统大发展时期, 多种卫星导航系统的运行, 势必打破单一卫星导航系统的垄断局面, 更好地为全球民用用户提供更精确、更安全的导航定位服务。

前苏联于1 9 9 3年开始发展“格洛纳斯” (GLONASS) 全球卫星定位系统;欧盟于1999年计划建设“伽利略” (GALILEO) 全球卫星定位系统;中国在1994年已经开始立项研究“北斗” (BDS) 全球卫星定位系统”;美国2014年恢复铱星系统, 2016年6月宣布支持全球卫星定位服务。

区域卫星导航定位系统服务特定区域满足生产、生活、军事等需求。例如, 中国北斗一代 (过渡期) ;日本准天顶导航系统QZSS;印度区域导航卫星系统IRNSS。

GPS星基增强系统是为了提高GPS系统的定位精度和可靠性。例如, 美国的广域扩充系统WAAS, 该系统配合地面站台以提供GPS校正讯号, 让我们得到更准确的定位;欧洲静止导航重叠服务系统EGNOS, 对GPS信号进行校准和信号强度的提高;日本卫星广域增强系统MSAS, 即多功能卫星系统。通过对GPS增强以满足用户需求;印度辅助型静地轨道增强导航GAGAN, 是基于GEO辅助的GPS增强导航系统。

100米是最初GPS系统的精度, 这是由于美国政府干扰GPS的讯号导致的限制, 15米是正常的GPS定位精度, 3~5米是正常的GPS校正下的精度, 0~3米是正常GPS增强的精度。

2 北斗系统简介

北斗系统的建设发展分为三个阶段, 第一阶段称为“北斗一代”从2000年至2007年共发射4颗卫星, 提供中国区域内的定位、授时、短信服务, 一代覆盖范围东经约70°~140°, 北纬5°~55°。这个阶段是实验阶段, 即用少量卫星在地球同步静止轨道来完成试验任务, 为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验, 研制一些地面应用基础设施设备等, 这个时期的定位方式为区域有源定位。

“北斗一代”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, 可向用户提供水平精度约100米的定位服务, 以及约2 0 n s~10 0 n s时间同步精度的时钟, 系统设计最大用户数约50万户/小时。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, 不能用于精确定位导航。

第二阶段称为“北斗二代 (一期) ”从2007年至2012年共发射16颗卫星, 提供亚太大部分地区的定位、授时服务, 这个阶段可逐步实现区域无源定位。“北斗二代”系统保留了短报文的功能, 其他的功能与美国的GPS系统相当。

第三阶段称为“北斗二代 (二期) ”从2012年至2020年左右, 北斗系统形成全球覆盖能力, 并完成全球的定位与服务工作, 这个阶段可逐步实现全球无源定位。我国逐步迈向北斗全球卫星系统的授时、定位时代。

3 北斗系统基本组成与各部分功能

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

3.1 空间段

北斗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。目前, 北斗一代系统的空间段卫星是由2颗地球同步卫星和1颗备份星组成, 用于建立地面中心站与用户终端之间的双向通信链路。两颗卫星中, 一颗叫主动星, 负责转发地面中心站的询问信号至共同覆盖区, 并转发响应信号至地面中心站;另一颗叫被动星, 它只负责转发响应信号至地面中心站。

空间卫星主要由天线分系统、转发器分系统、电源分系统、指令和遥测分系统、推进分系统、稳定分系统和太阳电池阵列组成, 具有导航定位信号生成与发送, 接收存储导航电文, 接受地面站指令并进行相关操作等功能。主要完成地面中心站、终端站点之间的无线电信号中继转发的功能, 以及星位、时钟信息广播等工作, 卫星在空间与终端站点构成一定的几何关系, 从而有较好的几何条件对终端站点进行位置解算, 完成信息传递和测距。

3.2 地面段

地面段由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统构成, 根据作用不同, 这些跟踪站又被划分为1个主控站、若干监控站和若干注入站, 在北斗一代系统中还设置有标校站, 它们负责对卫星进行控制并收集由卫星传回的信息, 并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据, 再将计算好的数据回传给卫星。

(1) 主控站是卫星系统的操作和监控中心, 用于系统运行管理与控制, 由地面控制中心、地面数据处理中心、网管中心三部分组成。地面控制中心具备天线系统、伺服系统, 射频系统 (包括发射系统和接收系统) , 主控站通过卫星和用户收发信机构成上、下行链路。数据处理中心接收地面控制中心的解调数据, 处理后送地面控制中心最后再送至各类用户站。主控站负责从各个监控站收集卫星数据, 计算出卫星轨道参数和时钟修正参数等, 并将其进行编码发送到各注入站再通过注入站注入卫星, 向卫星发布指令控制卫星, 当卫星出现故障时调度备用卫星。主控站通常可兼作监控站, 其主要功能有:定位、通信、授时信号的产生;快速捕获用户终端的响应信号, 鉴定用户返回确认信号;计算卫星位置及卫星姿态遥测、控制;用户终端位置计算;通信数据交换与分配;对数据编码, 形成PN码和出站帧;播发时间频率校准, 系统群延迟的校准。

(2) 监控站装备有高精度的接收机、精密铯钟和用户接收机等设备, 对能监控到的所有卫星进行连续地高精度跟踪接收卫星信号, 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。借助电离层和气象数据, 采用平滑的方法对跟踪测量所得的数据进行处理, 最后将计算结果传送到主控站。

监控站的两个主要任务:一是辅助主控站完成维持系统基本功能的任务, 包括求取定轨、卫星钟差等参数;二是实时监控整个系统的运行状况, 从而提高整个系统的精度、完好性、连续性、和可用性。

(3) 注入站用于向卫星发送信号, 对卫星进行控制管理, 主要功能是将主控站发送来的卫星星历和时钟修正参数等信息, 按规定的时间注入到卫星的存储器中, 注入站通常可与监控站并置。

(4) 标校站。北斗一代系统中还涉及到标校站, 这些站点一般设置在国家三角点、水准点、图根点等已知坐标和高程的位置, 间距离以200公里为宜, 负责卫星轨道位置监测, 系统覆盖区内的高度测量, 位置坐标的修正值测算, 这些测算数据都将发送给主控站, 用于系统的定位计算。

3.3 用户段

用户段主要是由北斗用户终端, 以及与其他卫星导航系统兼容的终端组成, 具体来讲就是各种类型的定位设备 (接收机) , 它们可分为有源、无源两类。接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分, 主要作用是从导航卫星接收信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。这些设备按照用途大致可分为导航型 (运动型) 、测地型 (固定型) 、授时型三种。

(1) 导航型设备用于车辆、船舶、飞机等运动载体的导航定位, 它可以实时给出载体的位置和速度, 一般采用C/A码伪距测量, 最常见的是定位导航仪, 由硬件、定位数据处理软件构成, 配合地图软件使用, 主要功能是能够按一定卫星截止角捕获待测卫星, 并跟踪这些卫星的运行取得相关数据, 解算出载体位置速度等信息。

(2) 测地型设备由主机、天线、支撑架等构成, 这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位, 定位精度高, 常用于精密大地测量、地球物理资源勘探、精密工程测量、变形监测、地壳运动监测等。

(3) 授时型设备主要利用卫星提供的高精度标准时间进行授时, 常用于天文台、无线电通信终端时间同步。

4 结束语

北斗系统是我国自主建设的卫星导航系统, 它的建立使我国跻身于全球导航系统前列, 打破了欧美在导航技术领域的垄断地位, 使中国用户不再单一依赖美国GPS导航系统。北斗系统的建立将会带动我国制造业、芯片、北斗终端设备、通信位置服务等一系列产业链。卫星导航以其高精度、低成本、全天时、全天候等特点, 广泛应用于经济社会建设的各个领域, 对于满足公众出行、加强位置信息动态监测、降低生产经营安全风险, 防灾减灾、提高运输效率, 都具有重要积极的作用, 它必将成为国家不可或缺的信息基础设施。

摘要：本文简介了卫星导航系统的历程, 以及北斗卫星导航系统的发展情况, 并对北斗产业进行了探讨。

关键词：北斗,定位,导航,卫星

参考文献

[1]中国卫星导航定位协会.卫星导航定位与北斗系统应用.北京:测绘出版社, 2015

[2]鲁郁.北斗/GPS双模软件接收机原理与实现技术.北京:电子工业出版社, 2016

[3]北斗系统简介.北斗网, 引用日期2014-12-7

[4]浅谈GPS定位系统构成及原理.中国电子网, 2012-09-17

北斗卫星系统 第2篇

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北斗卫星导航系统服务性能指标分析 第3篇

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统建成后将为全球用户提供卫星定位、导航和授时服务,并为我国及周边地区用户提供定位精度1 m的广域差分服务和120个汉字/次的短报文通信服务。北斗卫星导航系统的性能指标是描述其性能优劣的直接表述,它集合了卫星导航系统所有的性能参数,也是了解和衡量它的最直接窗口。完整的北斗卫星导航系统性能指标规范,也是向广大用户宣传北斗,推广北斗的最有力工具,对指导北斗系统建设也有重要的借鉴意义。本文在详细介绍北斗卫星导航系统性能指标的基础上,依据各个指标之间的相互关系,进一步构建其二级性能指标。

1 北斗卫星导航系统性能指标

北斗系统服务指标体系从系统提供给普通用户和授权用户的服务入手,构建指标体系,初步构建体系框架图如图1所示。

依据北斗卫星导航系统各个组成部分以及其相互关系,分解得到其二级性能指标,主要包括星座构型指标、空间信号指标、信号传输指标、信息处理指标和用户终端性能指标等。

卫星导航系统性能指标的常见标准有:覆盖性、精度、完好性、几何因子、可用性、连续等[1]。本文主要从覆盖性、几何精度因子、完好性、可用性几个方面描述北斗卫星导航系统的性能指标。

1.1 覆盖性

覆盖范围是指定位服务空间信号可以满足特定精度要求的地球表面区域[2]。覆盖范围分为单星覆盖范围和基准/可扩展星座覆盖范围。它与覆盖重数紧密相关,覆盖重数是指卫星都健康可用(无故障)的情况下,服务区内导航用户可以接收到的卫星数(在某一确定的卫星遮掩角下),卫星的空间分布(方位角)等;星座中有2颗卫星故障(最差组合)时,服务区内用户接收的卫星数。覆盖重数表示方法有:无故障时,一定卫星遮掩角下的平均可见星数,95%平均可见星数,最大可见星数,最少可见星数,可见星数直方图等;2颗故障时,平均可见星数,95%平均可见星数,最大可见星数,最少可见星数等。

1.2 几何精度因子

根据我国北斗二代卫星导航系统的特点,是由分布在不同轨道高度的异质卫星组成的混合星座导航系统,不同轨道卫星定轨误差不同,用户得到的观测量精度也不相同,若仍假设观测值具有相同的精度,直接利用几何精度因子(GDOP)进行分析就不能真实地反映定位精度,所以要引用加权几何精度因子(WGDOP)对我国二代卫星导航系统的定位精度进行分析[3]。

假设伪距观测模型可表示如下:

式中:W=diag(σ12σ22⋯σm2)为权矩阵;σi是第i(i=1,2,⋯,m)颗卫星的测距均方根误差。由式(1)求得加权最小二乘解为:

由此求出状态估计值的协方差为:

WDOP定义如下:

1.3 完好性

完好性是一个与系统可靠性密切相关的概念。北斗卫星导航系统的完好性,指的是导航系统所提供定位信息的可靠性,要求在系统不能用于导航的情况下为用户提供及时和有效的警报。

北斗卫星导航系统完好性通常用以下4个参数描述:

(1)保护限值。定位误差的最大幅值,当用户的定位误差超过这一限值时,系统向用户发出警报。

(2)告警时间。用户定位误差超过报警限值的时刻和系统向用户显示这一警报时刻的最大允许时间。

(3)最大虚警概率。系统无故障时所允许的最大告警概率。

(4)漏检概率。发生故障而没有检测到并向用户指示的故障概率。漏检概率有时也用最小可检测概率来等效表示。两者之间的关系是:漏检概率=1-最小可检测概率。

目前导航卫星完好性监测方法通常有3种[4],即接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)、地面完好性通道(Ground Integrity Channel,GIC)和卫星自主完好性监测(Satellite Autonomous Integrity Monitoring,SAIM)。

1.4 可用性

可用性是指用户利用北斗卫星导航系统进行导航定位的可用时间的百分比,即北斗卫星导航系统同时满足精度和完好性要求的可能性。可用性是北斗系统在某一指定覆盖区域内提供可以使用的导航服务能力的标志。不同用户所处的位置不同,不同的观测时间,可视导航卫星的几何结构和观测误差就不同,因而不同时空点的系统可用性就不同[5]。某一位置某一时间点的可用性称为瞬时可用性,同一位置不同时间的可用性称为单点可用性,某一服务区不同单点可用性称为服务区可用性。可用性还可以用多种方式描述,如单星可用性和星座可用性,精度可用性和完好性可用性等。单星的可用性可详细地分为以下三种:

(1)瞬时可用性(Instantaneous Availability):指卫星瞬间保持正常工作的概率。

(2)平均可用性(Mean Availability):指卫星在某段时间内保持正常工作的概率。

(3)稳态可用性(Steady Availability):指卫星长期使用时的可用性,它是用户比较关心的指标。

1.5 仿真分析

本文仿真的星座结构为5颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星[6]。仿真星座的卫星星下点轨迹如图2所示。

图3所示结果表明仿真星座构型下,北斗卫星导航系统在亚太地区的卫星平均可见数达到16颗,能很好地覆盖亚太地区。

仿真星座构型下的平均DOP值如图4~图6所示。

从图4~图6可以看出,仿真星座构型下北斗系统的平均DOP值都小于3,定位精度良好。特别是在亚太地区,定位精度更高。

2 结语

北斗卫星导航系统正处于全面建设时期,它的建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统,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”全球卫星导航系统建成后,中国军队也将拥有自己的全球卫星导航手段,车辆、单兵、舰船乃至高速移动的飞机和导弹都可以应用,我国的北斗卫星导航系统也会积极融入国际社会这个大舞台,推动国际交流与合作,让广大用户了解北斗、使用北斗、推广北斗。我们也将积极实现北斗卫星导航系统与世界其他卫星导航系统的兼容与互操作,为全球用户提供高性能、高可靠的定位、导航与授时服务。

参考文献

[1]翟桅,张国柱,雍少为.基本星座下北斗卫星导航系统服务性能分析[J].全球定位系统,2011,36(4):56-60.

[2]GPSNAVSTAR.SPS-performance-standard[S].United States:America Department of Defense,2008.

[3]连远锋,赵剡,吴发林.北斗二代卫星导航系统全球可用性分析[J].电子测量技术,2010,33(2):15-18.

[4]卢虎,廉杰.北斗用户机自主完好性监测研究[J].空军工程大学学报,2010,11(3):53-57.

[5]陈金平,周建华,赵薇薇.卫星导航系统性能要求的概念分析[J].测控技术,2005,35(1):30-32.

北斗卫星系统 第4篇

在之前的时间里，我国的北斗人在这里先后发射了54颗北斗卫星。这组网内的最后一颗卫星成功升空并步入轨道，标志着北斗系统全球组网的全面完成，意义极其重大。今后，北斗系统将广泛应用于手机导航服务、智慧城市建设、现代农业发展、灾害预警预报、实施抢险救灾等方面，为人民的生产生活各领域提供优质服务，是保障民生和安全的“千里眼”。

北斗是我们当之无愧的“国之重器”。北斗是中国北斗卫星导航系统的简称。北斗系统今天的高光时刻背后，是几代北斗人的不懈努力。我们用20多年时间，走完了国外在卫星导航系统方面40年的发展道路，创造了世界卫星导航发展史上的奇迹。回顾20多年的历程，我们一路艰辛。自上世纪80年代起，我国就开始着手探索发展卫星导航系统，经过一代代科学家的不懈努力，我国于底建成了北斗一号系统，向本国提供服务;于底建成了北斗二号系统，向亚太地区提供服务;今年全面建成了北斗三号系统，将向全球提供服务。这是我国自主建设、自行研制、独立运行的三代全球卫星导航系统，是当之无愧的国之重器，是我们中华民族的骄傲。

北斗将让我们真切感受“科技改变生活”。北斗导航系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能最高的巨型复杂航天系统，是与百姓生活关联度最紧密的公共服务系统。系统建成后，可以极大地方便我们的生产生活。它可以提供静态厘米级、动态分米级的高精度定位、0.2米/秒的测速服务，精准定位服务可达到10米级精度。它可以为国家提供准确的海洋监测数据，为海上作业提供精准的天气服务。它将使我们手中的手机应用更加广泛，变得更智能。它将为无人驾驶的农业机械提供导航服务，极大地提高效率解放人力，促进农业现代化进程。它将为森林防火、林业资源保护、应急救援提供精确的数据信息。它将使我们的车辆定位、导航、无人驾驶等更加精准，智慧交通将更加安全。它将使国际合作更加广泛，在能够为全球提供优质服务中，让我们在国际上的“朋友圈”持续扩大。

北斗已成为我国综合国力的“太空标签”。北斗卫星的成功发射，不仅是“中国速度”，更是一种“中国精度”，是国家的太空基础设施。目前，虽然外国的GPS系统综合性能暂时领先全球，但我们的北斗系统正在逐步赶超之中，并且在测速与授时精度方面，北斗三号已与GPS全球授时精度持平;在增强系统加持下精度可达1米，已远远优于GPS全球定位的精度水平。北斗系统的全面建成，必将为我国卫星导航产业新一轮发展提供强大推力，这意味着我国卫星导航服务的规模化、产业化、国际化水平正进一步提升。我们坚信在不久的将来，北斗系统必将实现超越，领先全球。

北斗卫星系统 第5篇

【摘 要】北斗卫星导航系统是我国独立研发，拥有自主知识产权的区域性全天候卫星导航系统。本文从系统结构、工作原理、应用方向等方面介绍该系统，并将该系统与国外其他卫星导航系统进行技术比较，并浅析了该系统在测绘中的应用。

【关键词】北斗卫星导航系统；GPS；GLONASS；测绘

自古以来由于人类生存生活的需要，人们一直在探索研究导航定位的方式方法。从传说中黄帝战蚩尤时用的指南车，到中国四大发明之一的司南；由1730年T.戈弗雷与John. Halley发明八分仪，至20世纪70年代美国研制新一代空间卫星定位GPS的产生，人类从未放弃过对导航定位系统的探求。近年来，继美国GPS与俄罗斯GLONASS之后， 我国也自行研发了第三个成熟的卫星导航系统——北斗卫星导航系统CNSS。

目前，北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。中国科技部2013年4月份表示，老挝和文莱将通过研究与合作协议初步采用该导航系统。3月底，泰国和中国签署了类似协议，泰国成为中国国产导航系统的首个海外顾客。

北斗卫星导航系统除在国防军事中的重要应用外，该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。本文就对该系统应用在测绘行业进行浅析。

1.北斗卫星导航系统综述

北斗卫星导航系统〔BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System〕是我国自主研发、独立运行的拥有自主知识产权的区域性有源三维卫星定位与通信系统，简称CNSS，该系统是一种集测量技术、定位技术、数字通讯和扩频技术为一体的全天候区域性卫星导航、定位、通信系统。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。

2.北斗卫星导航系统组成及原理

2.1系统组成

北斗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；地面端包括主控制站、注入站和监测站等若干地面站；用户端则由北斗用户端以及与美国GPS、俄罗斯GALILEO、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗—1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

2.2系统原理

北斗卫星导航系统的工作原理是：先由地面端的中心控制系统同时向卫星I号和卫星II号发射询问信号，经过卫星转发器对服务区内的所有用户进行信号广播。终端用户在响应其中一颗卫星的询问信号的同时向两颗卫星发送回应信号，信号经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接受并解调终端用户发来的信号，然后对用户申请内容进行数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟数据。通过对数据处理，中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

3.北斗卫星导航系统与国外卫星导航系统比较

与国外卫星导航系统比较。俄罗斯的GLONASS系统由于前苏联解体时期造成研发维护经费不足，目前无论是实用性和前景都不理想；而欧洲的GALILEO目前仍然处于试验研发阶段，也并非是成熟的导航系统。因此这里只将普及率最高的美国在20世纪70年代的GPS与北斗卫星导航系统做一比较：

（1）覆盖范围：目前北斗卫星导航系统是覆盖中国本土及周边的区域导航系统。覆盖范围约为东京70°～140°，北纬5°～55°。而GPS的信号是覆盖全球的。

（2）卫星数量和轨道特性：北斗卫星导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。GPS导航卫星轨道为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。

（3）定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航系统。通过地面中心控制系统解算，供给用户三维定位数据。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的三维定位数据。

（4）定位精度：目前北斗卫星导航系统三维定位精度约为几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度目前约20ns。

（5）用户容量： 北斗导航系统由于是主动双向测距的询问——应答式系统， 终端用户设备与地球同步卫星之间不但需要接收地面中心控制系统的询问信号， 还要求终端用户设备向同步卫星发射应答信号，所以系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和终端用户的响应频率。因此北斗导航系统的终端用户设备容量是有限的。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便可进行测距定位，所以GPS的用户设备容量是无限的。综上所述，北斗卫星导航系统同时具备通讯和定位功能；覆盖中国及周边国家和地区，全天候服务，无通信盲区；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

4.北斗卫星导航系统在测绘中的应用

北斗卫星导航系统（COMPASS）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、测速和授时服务，定位精度为10m，授时精度为50ns，测速精度0.2m/s。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。由于自主研发、拥有独立知识产权，北斗导航系统用于工程测量中，不但会受到他国人为技术性干扰，更为测量成果的保密性和安全性提供保障。

目前已经有基于北斗卫星的伪卫星定位系统及其测量方法，系统通过伪卫星主站与北斗卫星高精确时间同步，从而修正伪卫星从站的钟差，用户机不仅可以在中国北斗系统中实现主动定位，而且可以接收伪卫星信号构成多星定位。

北斗卫星导航系统将广泛用于中小比例尺测绘，静、动态测量数据采集，非高精度工程放样，水文地质测绘，矿山变形观测，灾后全天候测绘等几乎涵盖所有范畴的测绘工程。

5.北斗卫星导航系统在测绘中的实例分析

以本人负责陵水县国营岭门农场1：1000比例尺地形测量项目为例，针对测区内具体情况，采用RTK升级三星系统新仪器进行测量。

岭门农场测区属于丘陵地区，测区内植被以槟榔和橡胶为主，部分为丢荒作物园地。因为作业时间为是5月份，植被枝叶茂密，隐蔽度大，使用RTK作业受影响太大。

项目采用海南平面坐标系，国家85高程基准。作业过程中，测区内的林地因为RTK周边信号弱、采集数据慢、接收精度低，故利用三星系统新技术直接施测，直接获取海南平面坐标系和85高程成果。测区采用这种方法，在一些低洼地、橡胶园地、山谷等信号较弱地带，新三星系统对比RTK旧系统，信号强度明显强于旧系统，基本都能收到固定解，接受精度都能达到测量要求标准。按此方法对90%测区面积进行了观测，其他10%由于信号强度确实达不到测绘要求，结合了全站仪进行观测。

6.结束语

一种基于北斗的卫星通信系统 第6篇

关键词：北斗卫星,网络结构,空中接口

1 系统总体架构

(1) 在分析“北斗”卫星现有冗余资源的基础上, 利用“北斗”卫星的转发器作为空间段;

(2) 地面段包括综合信关站、地面运控站、信标站等;

(3) 应用段包括三类用户终端 (便携式、车载式、固定式) , 实现用户终端之间、用户终端与地面通信网络之间的互联互通。

1.1 系统特点

(1) 利用我国北斗卫星冗余资源支持的空间段;

(2) 具有系统接续控制和交换能力、并与地面公用网接口的信关站;

(3) 具有创新型高技术应用的移动终端;

(4) 具有移动通信系统空中接口规范、完整的信令体系和安全保密体制。

1.2 系统组成

系统由空间段、地面段和应用段组成, 见下图:

空间段:利用北斗卫星所搭载的转发器实现用户与用户、用户与信关站间信号的转发。

应用段:即用户终端, 将可识别的信息 (语音、数据、短消息) 处理成可在空间传输的、符合系统要求的无线信号, 并向卫星发射;同时, 将卫星发射 (转发) 来的符合系统要求的空间无线信号接收处理成可识别的信息 (语音、数据、短消息) 。

用户终端有三种形式:

(1) 固定式用户终端:在固定地点使用;

(2) 便携式用户终端:可搬移, 机动性好;

(3) 车载式用户终端:可在运动中使用, 实现动中通。

地面段:由信标站、地面运控系统和综合信关站组成。综合信关站是试验系统与地面通信网之间的汇接交换中心, 负责与PSTN (Public Switched Telephone Network公共交换电话网) 之间的接口, 完成认证与授权、资源管理、协议转换、呼叫控制、计费处理以及移动终端之间、移动终端与PSTN之间的互联互通。

2 系统空中接口

2.1 系统网络结构

从网络结构上, 系统可划分为终端和综合信关站两大部分。终端包含用户识别模块, 综合信关站由收发系统、业务控制系统、卫星信号监测管理、移动交换中心等网络部件组成, 系统网络体系结构见图2。

用户话音和数据通过业务信道在终端和信关站之间传输, 当系统内部终端之间相互通信时, 由信关站转发信号, 传输路径经历了2跳卫星链路。当卫星终端与网外用户通信时, 信号经历1跳卫星链路由信关站的移动交换中心GMSC (Gateway Mobile Switching Center网关移动交换中心) 与PSTN、PLMN (Public Land Mobile Networks公共陆上移动网络) 和SMC (Sort Message Center) 建立连接。同步轨道卫星通信系统单跳延迟大约270毫秒。

2.2 卫星移动终端SMT (Satellite Mobile Terminal)

SMT是基于“北斗”的卫星移动通信试验系统的用户终端, 用户使用SMT接入试验网得到所需的通信服务。

为区别试验网内不同的用户, 使用用户识别模块UIM (User Identity Module) 予以识别。每个移动终端都有各自的卫星设备识别号SMEI (Satellite Mobile Equipment Identity) 。每个移动用户都有自己的卫星移动用户识别号SMSI (Satellite Mobile Subscriber Identity) , 分别存储在UIM上和SHLR (Satellite Home Location Register) 上。

2.3 综合信关站SGS (Synthesize Gateway Station)

综合信关站由收发系统、业务控制系统、卫星资源监测与管理、移动交换中心等网络部件组成。

2.3.1 收发系统GTS (Gateway Transceiver System)

它受控于GSC, 包含射频子系统和信道处理子系统。射频子系统完成卫星射频信号和中频或基带信号之间的转换功能, 信道处理子系统完成信道调制/解调、帧处理、交织/解交织、编码/译码和信道映射等功能。它完成GSC与无线信道之间的转换, 实现SMT和GTS之间通过卫星传输及相关控制功能。

2.3.2 业务控制系统GSC (Gateway Service Control)

GSC是地面信关站的控制部分, 它处于GTS和移动业务交换中心GMSC之间。一个GSC可以连接和控制几个GTS, 在试验系统中只有一个GTS。它的主要功能是无线信道的管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除, 移动台切换管理, 话务量统计等。

2.3.3 卫星资源监测与管理SRMM (Satellite Resource Monitor&Management)

卫星资源监控与管理完成对卫星资源的监控与协调管理工作, 包括了:卫星频谱与信号监测、卫星工作状况监测与系统管理、运行状况与工作模式管理、信关站与地面运控网进行信息交互与处理、天线与射频状态监视。

2.3.4 移动交换中心GMSC (Gateway Mobile Service Switching Center)

移动业务交换中心由软交换SS (Soft Switch) 、AAA (Authentication Authorization Accounting) 服务器、操作维护中心OMC (Operation&Maintenance Center) 、卫星接入网关SAG (Satellite Access Gateway) 、地面接入网关TAG (Terrestrial Access Gateway) 等实体组成。

①软交换SS (Soft Switcher)

完成移动呼叫接续、控制、无线资源和移动性管理等功能, 是卫星移动通信试验网的核心, 同时也是与地面固网和实验网的接口设备。

②AAA服务器

认证:用户在使用网络系统中的资源时对用户身份的确认。

授权:网络系统授权用户以特定的方式使用其资源。

计费:网络系统收集、记录用户对网络资源的使用, 以便向用户收取资源使用费用, 或者用于审计等目的。

AAA服务器含卫星归属位置寄存器SHLR (Satellite Home Location Register) 与地面移动网的HLR类似, SHLR是用来存储本地用户位置信息的数据库, 每个卫星移动用户必须在某一个SHLR登记, 不同之处是试验网将卫星移动设备标识寄存器集成到SHLR之中。登记的主要内容有:用户号码、移动设备号码、位置信息、业务信息等。试验系统暂不考虑卫星访问位置寄存器SVLR (Satellite Visitor Location Register) , 但设计时应该留有扩充的空间。

③地面接入网关TAG

地面接入网关实现与地面PSTN, PLMN和短消息中心的接口, 信令转换, 业务合成、分解、存储和传输的实体。地面接入网关实现试验系统与地面其它网络的多种业务转换和互通。

④卫星接入网关SAG

卫星接入网关是业务控制分系统GSC和移动交换中心GMSC的接口实体。

⑤操作管理中心OMC

OMC是网络拥有者对全网进行监测和操作的功能实体。

2.4 系统接口定义

2.4.1 UIM-SMT接口

卫星移动终端SMT到用户识别模块UIM接口, SMT在注册、实现双向鉴权、加密、信息存储时要与UIM交互信息和数据。

2.4.2 S-Um接口

S-Um接口又称SMT-GS卫星空中接口, 是卫星移动试验网的主要接口之一。对卫星移动通信而言, 大部分信令都是和SMT相关, S-Um接口传递的信息包括了无线资源管理、移动性管理和接续管理等。S-Um接口与卫星移动通信试验系统采用的体制密切关联, 相互决定。

2.4.3 Am接口

Am接口是信关站内部GTS和GSC之间的内部接口。

2.4.4 A接口

A接口是卫星地面信关站和GMSC之间的接口, 该接口携带关于信关站的管理、呼叫处理和移动性管理等信息。采用SIP和RTP协议分别传输信令和业务数据, 通过TCP/IP承载传输。

2.4.5 R接口

R接口为GMSC与AAA之间的接口, GMSC通过该接口向AAA服务器和SHLR查询被叫卫星移动用户的选路信息, 以便确定呼叫路由, 呼叫时对用户进行鉴权, 并在呼叫结束时向AAA发送计费信息。试验系统的SHLR与信关站放在一起。

2.4.6 P接口

为综合信关站的地面接入网关与地面网络的接口, 传递业务及控制信息。

2.5 系统通信体制

为了适应卫星资源, 试验系统采用CDMA通信体制。前向信道 (卫星到终端) 和反向信道 (终端到卫星) 各占用不大于8MHz频谱带宽。见图3。

前向和反向信道采用扩频方式, 将2.4kbps的数据经成帧、编码、交织、加密处理后, 由扩频序列将频谱展宽。

前向信道由以下信道组成:

PICH (Pilot Channel) :前向导频信道, 为参考信道, 终端由它获取相干解调及同步信息;

SCH (Synchronization Channel) :同步信道, 发送定时参数, 系统参数;

PCH (Paging Channel) :寻呼信道, 用于寻呼用户, 发送短消息和系统消息;

BCH (Broadcast Channel) :广播信道, 为终端提供广播业务;

DSCH (Forward Dedicated Signal Channel) :前向专用信令信道, 传送专用信令, 在通信过程中传输交换信令;

TCH (Traffic Channel) :业务信道, 承载语音和短消息业务, 试验系统使用1~30条。

反向信道由以下信道组成:

RACH (Random Access Channel) :反向随机接入信道, 用于终端发起呼叫、被叫和注册时传输信令;

RTCH (Reversed Traffic Channel) :反向业务信道, 承载语音和短消息业务;

RDSCH: (Reversed Dedicated Signal Channel) :反向专用信令信道, 用于通信过程中交换信令。

前向信道采用正交的Walsh码区分用户和控制信道, 码片速率4.9152Mcps, 调制方式为QPSK, 信道编码为1/3卷积编码。

反向信道采用随机码区分用户, 码片速率4.9152Mcps, 调制方式为HPSK, 信道编码为1/3卷积编码。

3 系统工作原理

系统的工作原理见图4。

用户终端对语音、数据、短消息进行信息处理、基带处理、射频处理形成频率为L的射频信号后, 由天馈单元发向卫星。

卫星接收到用户所发的信号后, 进行放大、变频、滤波等处理, 经C波段天线发向信关站。

在综合信关站中, 由专用C波段天线接收卫星发来的入站信号, 经低噪放、下变频处理成中频信号 (70MHz) , 经中频分路后送往两个16路解调器, 解调后数据接入本地局域网, 通过信令处理与软交换完成与对方用户的连接, 建立通信信道。

信息经信关按协议处理后送往交换机, 交换机将数据送往两个16路调制器, 调制器完成对数据的信息处理、基带处理、扩频调制后, 形成中频为70MHz的已调合路信号 (2个中频, 各含16路) , 送往中频合路器, 合路后经上变频处理成S波段信号, 经高功率放大 (HPA) 后, 由S波段天线发向卫星。卫星收到信关站所发的信号后, 进行放大、变频, 处理成频率为L1/L2的射频信号发向用户。用户端接收到卫星所发来的微弱信号后, 经低噪放 (LNA) 、变频处理成频率为70MHz的中频信号, 经解调、信道处理、信息还原后得到对方所发的语音、数据、短消息等信息格式。

终端接入流程举例, 见图5。

4 结束语

基于“北斗”的卫星移动通信试验系统研究开发是利用现有卫星的冗余资源开发的卫星移动通信系统。“北斗”是我国唯一在轨运行的拥有完全自主知识产权的L波段卫星系统, 该试验系统利用其有限的宝贵资源需要进行研究和试验, 为将来发展卫星通信领域相关技术奠定了一定的理论和实践基础。

参考文献

[1]李锐.对卫星通信及卫星信道的论述[J].中国新技术新产品, 2009 (13) .

[2]谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考[J].宇航学报, 2008 (02) .

[3]张婷, 张健, 董晶晶.北斗终端的现状及发展趋势浅谈[J].数字通信世界, 2011 (06) .

[4]陈向东.北斗民用前景分析[J].卫星与网络, 2011 (05) .

北斗卫星系统 第7篇

申请公布日:2016.10.26

申请人:东莞职业技术学院

地址:523808广东省东莞市松山湖科技产业园区大学路3号

发明人:陈俞强;郭剑岚;李超

Int.Cl.:G08G1/127 (2006.01) I;G01S19/14 (2010.01) I;G01S19/33 (2010.01) I

北斗卫星系统 第8篇

发展北斗导航系统是我国的国家战略, 北斗导航从1994年立项以来, 经过10多年的建设, 已经初具规模, 第一代具备有源定位短信服务的北斗导航系统已经广泛应用于在船舶运输、海上作业、渔业生产、森林防火和环境监测等行业中, 具有连续无源定位导航能力的北斗二代也已进入试用阶段, 2012年底将形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。北斗导航系统不仅是拉动国民经济的新的经济增长点, 而且也将是物流管理水平升级的大好时机, 结合利用北斗第一代和第二代导航系统的特点进行公路物流过程中的信息收集、处理, 实现对公路物流过程的跟踪、导航、控制和车辆防盗管理, 提高公路物流企业的信息管理水平和业务管理水平, 以适应现代社会对物流快速发展的需要。

公路物流信息系统框架

在本系统中, 采用车载北斗导航仪根据北斗二代定位导航原理对车辆进行定位跟踪, 在北斗导航仪上利用北斗一代的短信功能传输定位跟踪信息, 并将在物流企业监控中心或异地监控终端的北斗导航仪接收的跟踪信息采用信息地理信息技术 (GIS) 把发送定位信息的车辆显示在可视化的屏幕上。系统主要分为三个部分:

车载终端:配备能完成北斗一代有源短信接发和北斗二代无源连续定位导航功能的车载北斗卫星导航仪和防盗设备的终端机, 负责接收和回报车辆的北斗定位信息、上传警情信息和紧急求助信息以及实现与监控中心的短信交流。该终端可以安装在货运车、客运车、出租车、长途大巴、私家车以及特种车辆等, 主要承担车辆定位导航、车辆防盗、车辆控制的短信收发等功能。

监控中心系统:监控中心系统是本系统的主要构成单元, 监控中心是整个系统的“神经中枢”, 它利用北斗主控导航仪和物流信息管理软件集中实现车辆定位、运输监控、货运调度、接/处警和其他信息服务, 工作人员在监控中心利用物流信息管理软件对整个运输业务和系统的软硬件进行协调管理。

PSTN/因特网接入:利用通用北斗导航仪可将车载定位跟踪和控制信息通过PSTN接入公共交换电话网, 并导入因特网中, 物流企业或车主、货主可通过因特网监控车辆行踪和运行状况, 公安部门也可通过PSTN和因特网对车辆进行接/处警处理。

公路物流信息系统功能

车辆防盗:越界报警:设防状态下, 车辆移动超过设定范围, 将会触发告警, 告警信息通过防盗器和北斗导航卫星自动发送到监控中心。断油断电:监控中心或车主利用导航仪短信和防盗器切断车辆油路和电路, 使得盗车行为无法得逞。

车辆安全报警:车辆在行驶途中遭遇警情, 车主按报警开关 (手动或脚踏) , 即通过报警器 (可与防盗器合二为一) 向监控中心发出报警信息和定位信息, 同时控制摄像头对车辆进行实时拍照 (拍照张数、拍照间隔可以设置) 。平台报警:车辆超速自动报警, 声光提示, 并将超速信息发至监控中心。

车辆定位跟踪:定时刷新:车载导航仪按照监控中心的指令以一定的时间间隔向监控中心发送北斗卫星定位信息 (包括经度、纬度、速度、方向) 及车辆状态信息。车辆跟踪:跟踪车辆运行线路, 存储目标车辆的定位信息, 并能回放轨迹并打印。自动对报警等重点车辆进行跟踪, 并声光提示。网上查车:可进行定位、监控、历史轨迹查询、标示地点等多种操作, 提供各种最新的电子地图。

车辆短信通讯:报警短信:在紧急情况下直接用导航仪短信报警。数字录音:在监听的同时进行数字录音存储, 并可根据需要分析重放。短信调度:广播公共信息及进行短信调度。

车辆智能调度:监控中心可通过导航仪向司机发出运输短信指令, 实现车辆的远程调度。司机可将车辆行驶计划、货源情况发至监控中心, 以利于调度安排车辆。

车辆信息查询:静态数据查询:监控中心对车辆的分类静态资料 (包括车辆档案、车主档案、历史信息等) 进行查询。动态数据查询:监控中心对车辆的分类动态资料 (包括车辆实时照片信息、实时定位信息、当前运行轨迹、状态信息和报警情况等) 进行查询。数据统计:进行超速统计、里程统计、速度统计曲线图、报警次数统计等, 产生相应报表。

信息系统主菜单

公路物流信息系统由物流市场信息管理、运输企业业务管理、运输车辆跟踪管理和系统管理四大子系统组成。

物流市场信息管理子系统:公路物流市场是供公路货运参与各方进行信息交易的场所, 因此公开、公平、公正地进行信息交易是物流市场追求的主要目标, 所以, 公路物流市场信息管理子系统应完成如下任务:入场企业管理:对货运代理商进行登记、资格审定、安排铺面。货运信息撮合:货运代理可将车源、货源信息输入市场计算机系统中, 服务器按照方位相同、价格优先、时间优先等原则进行自动匹配撮合。仓储配送管理:利用市场的仓储和车辆资源为货运代理商提供配送服务, 方便入场商家开展货运业务。市场物业管理:对市场出租给入场商家的房屋、铺面进行必要的维护管理。市场服务管理:为入场商家和货运司机提供商务、旅馆、餐饮、车辆维修等服务。市场结算管理:为入场商家和司机进行铺面租金、旅馆住宿、停车费用等账务结算。

运输企业业务管理子系统:运输企业管理既可用于运输公司也可用于货运中介, 需完成以下运输业务任务:车辆信息维护:建立车辆档案, 记录车辆运营状况和维修状况。驾驶员信息维护:建立司机信息档案, 记录司机的工作和身体状况。运输业务登记:对用车需求进行登记。运输计划安排:根据用车需求和车辆状况进行运输安排。运单输出:打印运输单据, 交给司机, 司机凭单运货。运单回场确认:司机完成货运任务经收货单位签字后, 回场进行收货确认。查询与报表:查询、输出运输业务各种统计报表。

运输车辆跟踪管理子系统:运输企业和车主都需要对行进在路途中的车辆进行跟踪管理, 及时了解车辆运输状况, 进行相关监控和发生意外事件的处理, 所以需要完成如下功能:电子地图更新:为了正确地定位和导航, 有必要定期对车载导航仪和监控中心导航仪进行电子地图的更新。北斗卫星车辆定位:接收车载导航仪的定位信息, 了解外出车辆的位置状况。短信收发:通过北斗卫星短信收发功能与外出车辆进行实时沟通, 了解车辆运行状况。车辆报警接收:对车辆导航仪发出的自动和手动报警信号及时向公安系统报告。车辆行进路线回放:在电子地图上回放车辆行进路线, 进行车辆跟踪。

系统管理子系统:系统管理是信息系统管理人员对系统维护管理的工具, 包括:用户登录及权限管理:对要求使用系统的人员进行用户注册管理, 并授予相应的操作权限。系统热备份:进行系统在线备份, 保证系统可靠运行。系统周期备份:进行系统的日备份和月备份, 备份内容可选择数据备份和全系统备份, 为系统恢复做准备。系统恢复:当系统出现故障, 需要重装系统时, 进行软件和数据的恢复。系统日志检查:通过检查系统日志, 找出系统潜在的软硬件故障和用户非法使用系统的情况, 以便采取必要的对策。

北斗卫星系统 第9篇

我国自20世纪正式开始使用全球定位系统至今已成为GPS应用大国,鉴于我国现代化建设和国防战备的需要,发展拥有独立自主权的卫星导航定位系统已成为必然。在中国发展卫星导航定位系统之前,世界上卫星导航定位领域已然呈现出一定的局面,它们是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧盟的GALILUO卫星导航定位系统。以上各系统的发展过程、技术水平和功能特点不尽相同,相对来说,GPS发展较早,技术比较成熟,占据主导地位。而与GPS比较起来,其他卫星定位导航系统也各有优势。GALILUO卫星定位系统虽然目前还是停留在纸面上,但是如果真正能够达到它能实现的状态,定位精度将达到1 m,这在绘图方面与美国GPS相比有着绝对优势;而对于GLONASS卫星导航系统而言,其抗干扰能力很强,在这方面与GPS相比具有一定优势。

中国的BDsat卫星导航系统分为2代:第1代是北斗一号(代号BD-1)卫星导航系统,服务范围为亚洲区域,目前,该系统已经完成布局并开始运营,在测绘、电信、水利、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用;第2代是北斗二号(代号BD-2或COMPASS)卫星导航系统,服务范围为全球区域,计划由35颗星组成,目前正在建设,计划在2010年开始组网并投入应用。BDsat卫星导航系统可在服务区域内任何时间和任何地点,为用户确定其所在的地理经纬度信息,并提供双向短报文通信和精密授时服务。

1 BD-1卫星导航系统

BD-1导航系统是我国科研机构在1983年正式提出的,借鉴了1982年美国3位科学家提出的名为GEOSTAR的“双星快速定位系统”。系统由空中卫星系统(2颗地球静止卫星、1颗在轨备份卫星)、地面控制系统(中心控制系统、标校系统)和各类用户终端等部分组成。经过10余年发展,先后成功发射了多颗BD-1导航卫星,建立起了BD-1导航系统。按照中国卫星导航系统的发展策略,BD-1其实为中国全球卫星导航系统的前期试验系统。

BD-1卫星是全三轴稳定地球同步轨道卫星,其双星定位组网的卫星分别定点在80°E、140°E、110.5°E(备用)赤道上空。覆盖范围是北纬5°～55°,东经70°～140°之间的亚洲心脏地区,其形状为上大下小,最宽处在北纬35°左右。

1.1 基本工作原理

BD-1导航系统的定位基于3球交会原理,即以2颗卫星的已知坐标为圆心,各以测定的本星至用户机距离为半径,形成2个球面,用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上;中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面;求解圆弧线与地球表面交点,并已知目标在赤道平面北侧,即可获得用户的三维位置,其原理如图1所示。

其基本工作过程是:首先由中心控制系统向卫星S1和卫星S2同时发送询问信号,经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向2颗卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。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2个时间延迟:即从中心控制系统发出询问信号,经某一颗卫星转发到达用户,用户发出定位响应信号,经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟;和从中心控制发出询问信号,经上述同一卫星到达用户,用户发出响应信号,经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和2颗卫星的位置均是已知的,因此由上面2个延迟量可以算出用户到第1颗卫星的距离,以及用户到2颗卫星距离之和,从而知道用户处于一个以第1颗卫星为球心的一个球面,和以2颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值,又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标,这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

1.2 主要特点

BD-1卫星导航系统提供2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、测速和授时服务,定位精度最高可达20 m(标校区内),授时精度最高可达20 ns,测速精度为0.2 m/s。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。

BD-1系统主要有3大功能:

① 快速定位,为服务区域内的用户提供全天候的实时定位服务,定位精度与GPS民用定位精度相当;

② 精密授时,精度可达GPS的水平;

③ 短报文通信,一次可持续传送1 680 bit(约120个汉字)或480个BCD码的信息。

BD-1不仅能使用户知道自己的所在位置,还可以告诉别人自己的位置在什么地方,特别适用于需要导航与移动数据通信场所,如交通运输、调度指挥、搜索营救和地理信息实时查询等;

BD-1采用双星定位技术,需要地面中心站的合作才能完成用户的空间定位。而经过地面站的转发,容易遭侦察曝光,且地面站一旦遭攻击,整个卫星系统将陷入瘫,这是其运行效率和系统安全方面存在的不足之处。

2 BD-2卫星导航系统

对于我国BD-1卫星导航定位系统而言,其最大优势就是具有多功能、用户终端设备简单价廉等特点,能实现一定区域的导航定位和通讯等多用途。但是该系统只能主动式定位,且需中心控制系统提供用户高程数据,不能满足高动态和保密的军事用户要求,用户数量受限,这些缺点使得其与GPS系统差距较大。因此,必须在发展BD-1的基础上,借鉴国外GPS、GLONASS的成功经验,有必要开发我国的二代卫星导航系统。目前二代卫星导航系统工程已经启动,一代工程与二代工程是有机结合和联系的,一代系统只是试验性的,二代系统才是真正目的。

BD-2分2步实施:先区域系统和后全球系统。

计划在2010年左右,建成能向全球扩展的BD-2区域卫星导航系统,在我国及周边地区、海域实现连续实时三维定位测速、高精度授时和部分地区的用户位置报告及双向报文通信。BD-2区域卫星导航系统空间段由5颗地球静止轨道(GEO)卫星、7颗非静止轨道卫星(3颗倾斜同步轨道(IGSO)卫星和4颗中圆轨道(MEO)卫星)组成,能保证用户在其服务区内任何时间均能收到4颗以上卫星的信号。

在未来的几年,BD-2系统将逐步增加卫星数量,对其进行完善,最终完成空间部分5颗静止轨道卫星和30颗的非静止轨道卫星的系统布局,卫星数量超过GPS系统,成为真正的全球卫星导航系统。预计到2015年前后,我国的BDsat将初步建成并进入可用阶段,此后将会可同时跟踪12颗卫星。整个系统建成后,开放服务模式将免费为用户提供定位、测速和授时服务,定位精度为1～10 m,测速精度为0.2 m/s,而授权服务模式则可以为用户提供更安全的定位、测速和授时服务。

世界上3大卫星导航定位系统及中国BDsat的主要性能如表1所示。

3 某远洋船导航定位设备

目前,GPS系统是世界上应用最为广泛的全球卫星导航定位系统,远洋船舶上大都使用该系统实现定位和导航的功能。例如,某远洋船在导航定位和时间授时比对方案中均采用GPS卫星导航定位系统。

3.1 航海GPS

该船航海气象系统目前应用的导航定位设备有美国GARMIN公司的GPSMAP232C、日本JRC公司的GPS112等卫星导航定位设备,它们的定位精度均为15 m。其信息用户为船舶电子海图、卫星通信船载地球站和卫星电视接收站等设备。

3.2 科研GPS

该船科研考察系统导航定位所用的某型号GPS接收机,其定位精度为15 m,实时差分定位精度为5 m,其信息用户为惯导;给时统提供的时间精度为500 ns。

4 BDsat在远洋船舶上应用探讨

BDsat有着一些GPS不可比拟的优势:① 它不需要其他系统支持就具备定位与通讯功能;② 适合于集团大范围监控管理、资料获取以及用户资料传输;③ 融合了卫星增强系统后应用更加广泛;④ 由于这个系统我国拥有自主产权,使用起来更加安全、可靠、稳定,保密性强。目前国内一些大型企业和交通运输等产业已逐步装备我国自主研发的BDsat。

首先就远洋船舶自身安全性来讲,拥有自主产权的导航定位系统是非常必要的;其次就海上科学考察系统可靠性来讲,有必要开拓新的途径作为系统的备份,同时增加新的扩展功能,以进一步提高远洋船舶完成任务的能力。随着BDsat的不断发展完善,其在远洋船舶上实现定位导航、精密授时正逐步成为现实,同时其还可以实现GPS所不具备的其他应用业务。

4.1 定位导航

在运用船舶用户接收设备监测船舶航行的过程中,通过BDsat提供的实时高精度船位,结合接收机的航迹显示、防撞报警和航迹偏差告警等功能,正确引导船舶按计划航线航行。一旦船舶偏离计划航线,及时修正航向返回计划航线,以保证船舶的航行安全。

复杂条件下的航行泛指在沿岸、狭水道、能见度不良、冰区和极区等复杂的地理条件及复杂的气象条件下的航行。为了确保船舶在复杂条件下航行的安全,可以充分利用BDsat地面控制中心掌握用户位置等有关导航信息的特点,再结合地面控制中心的数字化海图,由地面控制中心将船舶位置与船舶航行海区附近碍航物的方位距离,及时通过通信信道传输给用户,以便用户随时掌握船舶与碍航物之间的方位距离,及时采取避让措施,绕开暗礁、险滩等危险区,从而正确引导船舶在复杂条件下的航行。

4.2 精密授时

目前,设在中国计量科学研究院的国家授时中心使用的是被称为“激光冷却-铯原子喷泉频率基准”的铯钟,我国的授时基准UTC(NIM)都是由它提供并不断同国际基准校正的,而BDsat的时间基准也是由此而来。BDsat支持单向定时方式(即广播方式),BDsat授时用户量是不受限制的,完全可以满足远洋船舶用户的需求。此外BDsat系统的安全性、广播信号及信号的可用度和可靠性指标也完全能够达到远洋船舶用户要求的最高水平。因此,远洋船舶通过BDsat可获得接近GPS精度的定时信号,完全可以为时统对时或其他设备提供精准定时。

4.3 报文通信

BDsat的快速短信通信功能与其快速定位功能基本相似,也采用主从请求响应模式,用户首先使用用户机发起通信请求(含通信电文内容),地而控制中心在完成必要的鉴权后对通信报文进行转发处理。系统响应时间非常快,通常用户机以点对点方式完成电文通信仅需要1 s左右的时间。此外,BDsat提供的通信功能是双向的,用户机既可以发送短信也可以接收短信。双向短信通信功能非常适合远洋船舶用户对短数据业务的应用。在双向短报文通讯方面,按每秒发射1次通信信息,每次发送120汉字的发射频度计算,可获得的信息速率为1.92 kbps。该信息传输速率相对于其他通信信道来说虽然比较低,但却是非常实用的。

BDsat所具有的短报文通讯功能是GPS所不具备的,这在远洋船舶上有着非常实际的用途,不但可以作为应急救生通信的有益补充,还可以作为科研任务通信的应急备份手段之一。

5 结束语

尽管目前运行中的BD-1导航试验系统还存在着一定的局限性,如覆盖区域、定位精度和安全保密等方面都还有待完善,但有理由相信,在发展BD-1的基础上,借鉴国外GPS和GLONASS的成功经验,在不久的将来,具备先进性、适用性、军民两用、抗干扰性和抗继毁性等特征的、适合我国的国情的BD-2将会展现在大家面前,更加完善的我国卫星导航系统也必将建立,其将在船舶运输和公路交通等众多行业以及军队和公安等特殊单位发挥越来越重要的作用。针对远洋船舶工作需求和体制特性,目前有必要对国产的卫星导航定位系统进行技术跟踪和研究,一旦该系统发展完善后,即可采用这一安全可靠的国产卫星导航定位系统,确保海上科研任务的圆满完成和船舶航行的绝对安全。

参考文献

[1]吴广华,张兴谷.卫星导航[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]干国强,邱致和.导航与定位[M].北京:国防工业出版社,2000.

起步：北斗卫星导肮商用 第10篇

1 应用准备

两三年前，我们会发现国家在政策和产业上已经有了相当准备，国内有了多家北斗芯片模块的提供商可提供北斗芯片模块及北斗/GPS模块，同时中国北斗卫星系统办公室（北斗办）对北斗芯片、模块组织了多轮的评测，确保芯片、模块可以支持大规模的商用；同时，北斗办还在珠三角启动了北斗应用示范工程、对北斗车载导航进行了验证、测试，定义了一些标准接口。国家发改委、科技部、工信部都出台了相关产业及技术支持政策，对北斗应用给予资金支持。可以说在技术上、产品上及政策上都做了一定的准备。

在车载导航领域，深圳市路畅科技股份有限公司等一批企业也是较早研发基于北斗/GPS双模车载导航的企业，在技术和产品上，对北斗在车载导航的应用进行了充分的验证和测试，证明北斗/GPS双模定位芯片模块是满足车载导航的要求的，可以商用。但要形成大规模商用，还存在一些问题要解决，比如通过什么竞争力让车载导航开发商、移动设备开发商愿意选择用北斗，终端用户愿意选择用北斗？

2 北斗的特点

从各方面的信息中综合得出，北斗相对于GPS而言，其主要优势是三点：（1）具备短报文通信能力；（2）在中国及周边地区而言，区域覆盖及信号增强，可以认为是GPS增强；（3）自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。还有一点可以归结于（2），就是通过地基增强设施把精度提供到亚米级。由于对民用普通应用而言，短报文应用是不配备的；非特殊情况，第（3）点也体现不出来。因此重点吸引力在第（2）点，从目前了解到的情况（5月15日第四届中国卫星导航学术年会上，杨元喜院士大会报告中有精确的测试分析结论）是：相对于GPS，纯北斗的信号及定位精度只是相当、甚至略差；而北斗、GPS双模定位比单纯的GPS或单纯的北斗要好，从我们路畅科技实际测试也发现双模效果是不错的，在测试一款集成GPS和北斗的SoC时发现，冷启动时间缩短了不少，30多秒可完成。同时，据悉，中国首个北斗卫星导航地面增强网——北斗地基增强系统湖北示范项目建成试运行，示范项目采用的北斗三频实时精密定位技术和定位性能处于全球领先水平。经测试，采用北斗三频实时精密定位，其平面和高程精度分别达到2厘米和5厘米；采用北斗单频差分导航技术，实时定位精度达1.5米。从中可以看出，北斗/GPS双模和地基增强是在技术上应对GPS竞争的关键，比如应用增强系统信号定位，可以在车载导航应用中实现到车道（马路上不同车道）识别及依据车道的导航。

3 北斗在车载行业商用现状

从上述描述可以看出，如果对北斗进行地面增强，那么可以在性能上比GPS好，有应用上的优点。但是，仅依据信号增强这一技术点，是绝对不足以推动在车载导航产业中全面用北斗、或北斗/GPS双模导航来代替GPS的。从目前的情况来看，国产的北斗、或北斗/GPS双模的芯片模块价格相对于GPS而言，其成本过高，且对于手机等移动设备来说，工艺水平和国外比有差距、功耗大，耗电。因此模块的适用性才是影响北斗在车载导航产业民用化的关键问题。下面以北斗在车载导航的应用来说明北斗应用的状况。

（1）GPS经过了近20年的民用进程，整个体系已经相当成熟。由于智能手机、便携导航及车载导航的广泛应用，当前GPS芯片价格大幅降低，价格都在几美元以内，甚至一两美元；而我们国内生产的北斗或北斗/GPS双模的定位模块价格都在150元以上，比国外GPS芯片贵了100多元人民币。这主要还是芯片模块的应用量的问题，只要量上去了，北斗芯片模块的价格也会下降。

（2）当前，车载导航对GPS芯片和模块的应用其实不是核心关注点。因为近几年，集成化的SoC已经成为了车载导航系统的主流。GPS定位功能已被作为很多功能中的一个功能集成到SoC上。车载导航终端研发制造商，更加关注整个SoC的功能、性能和整体架构。目前国内的北斗芯片模块厂商还只停留在关注导航定位功能这单一点上，并没有真正关注车载行业除了导航定位外的其它核心应用需求。所幸，近来已经有北斗芯片模块生产厂商认识到这点，推出了集成北斗芯片支持多媒体处理的SoC。但国外的车载导航SoC厂商也已经做到了不加任何成本集成了北斗导航的功能，这才是国内北斗芯片厂商要面对的真正挑战。

（3）政策是引导，市场看竞争。国家为了鼓励北斗的民用，包括国家发改委、科技部和工信部都相继出台了专项资金的支持政策，给予研发和使用国产北斗芯片的厂家以一定的资金资助。交通部也要求一些列管车辆，如两客一危和大货需要安装带北斗的导航监控系统才能上路，并在9省市进行了示范应用工程。这都是车载北斗产业的利好政策及推动力。但是，无论是政府的资金支持也好，政策支持也好，主要都是引导作用，不能代替市场。真正要把产业做好还需做出有竞争力的产品，不仅仅是北斗概念。

（4）在乘用车市场，北斗应用所占市场份额较小。深圳市路畅科技股份公司（简称路畅科技）是车载行业内最早开展北斗车载导航产品应用研发的企业，先后和五家国内北斗模块和芯片厂家有合作，用他们的芯片模块来设计车载导航系统，测试相关定位精度和性能。从实际路测的情况来看，在定位精度和性能上，北斗/GPS双模导航产品使用完全正常，和GPS没有什么差异。还有一些车载导航的方案厂商、生产厂商也开发了类似产品和做了类似测试验证，结论也基本一致。但是，大家会发现，除了在商用车领域为了满足交通部的规定和要求，出现较大量的北斗车载导航终端产品外，在乘用车市场，北斗车载导航的量和GPS导航相比，占比微不足道。原因上面已经阐述。因此路畅科技及其他“中国北斗车载应用产业联盟”的车载导航终端研发生产企业充分认识到，单纯地把GPS模块芯片换成北斗模块和芯片，不会带来北斗在车载行业的大规模应用，也无法推动产业的发展。

4 抓住北斗机遇，集成创新升级车载导航

车载导航产业界的领先公司，包括路畅科技都充分认识到，北斗是机遇，是产业机遇，但北斗本身不是产品。我们需要抓住机遇开发产品，而产品必须是符合市场需求且具备创新性和竞争力的。而在车载导航产业领域，集成化是创新的最佳途径，也是满足市场需求的不二选择。面向实际应用，通过整合创新，形成新的差异化功能是北斗车载产业发展的有效途径。

2013年4月26日，由汽车工业协会主办的“中国汽车信息服务产业转型升级大会”在北京中国职工之家盛大举行。作为汽车工业协会信息服务系统委员会发起单位及常务副理事长单位，路畅和其他成员单位一起发起转型升级宣言，就抓住北斗应用产业化机遇，推动我国汽车信息服务产业全面向北斗化、语音化、网络化转型升级发展。车载导航仪已经不再是单纯的导航，我们已经把它称之为车载导航信息系统终端，它是车里面的信息处理和融合中枢，对汽车信息化起到至关重要的作用。所以它的功能也会越来越丰富，应用价值也会越来越大。

近期路畅科技推出的车载北斗产品就不是单独地强调北斗概念，而是通过开发一些差异化特色且实用的功能来形成综合创新价值，向用户传递一个主要信息就是：只有北斗车载导航有这么强大、有特色的功能。在央视新闻频道，曾报道了路畅科技具备语音识别声控和网络功能的车载北斗导航产品（见图1）。

该产品实现了语音识别声控操作车载应用，如声控播放某歌名歌曲、给通信录用户打电话、调收音机到某频率，唤起应用等；同时该系统配备了通话和网络功能，可直接呼叫后台服务中心获得各类信息及位置服务，如一键导航、远程咨询支持、行车秘书服务等；同时系统还提供了新闻路况播报、监控防盗、行车轨迹监控等功能，且可和Web及手机协同分享信息。这样一款具备丰富功能和差异特色的北斗/GPS车载导航是符合市场需求的，是有特色的，是有竞争力的，是用户喜欢的产品。同时，这可让用户认识到北斗车载导航信息系统是很好的系统，能起到很好的市场效果和推动作用。

因此，只有集成创新，综合特色才是推动北斗车载产业化的关键。除了终端研发生产厂商通过整合和创新应用功能外，芯片模块厂商通过集成创新是很关键的，开发集成系统处理器、北斗/GPS双模基带处理、多媒体处理、2G/3G/WiFi通信（选择一种），视频输入处理、快速倒车后视等功能的SoC芯片才是面向车载行业应用的关键竞争力，通过集成让开发更方便，成本也更低而功能更强大。

5 应用推动，拉动产业链条

国外一些GPS厂商利用成熟的芯片及算法技术优势，在北斗开放ICD授权后，很快就生产出了性能好、几乎不增加成本的GPS/北斗双模导航芯片或包含了ARM系统的SoC。对市场来说，这是很有价值的。从面向消费者和市场需求的角度来看，这样的国外芯片一定是有市场的，车载导航厂商一定会使用。这对中国本土的北斗芯片产业的影响很大，中国的芯片设计水平，SoC的功能集成创新水平和国外还有差距。从市场角度来看，市场上应用国外的北斗/GPS双模芯片、模块或SoC，这是对上游芯片厂商的挑战，也是市场的对中国北斗芯片厂商提出的需求。

因此，不能把北斗芯片模块产业等同于北斗产业，不能简单地认为应用国外芯片就不是北斗产业。要想真正在市场上把北斗民用产业做好，应该十分重视应用需求，从满足需求出发，先推动市场对北斗的认同，从应用出发，通过应用拉动上游产业的优化和发展。因此，即使在消费领域一开始用的是国外厂商的北斗芯片，也是正常的，也是对推动北斗应用、推动市场化有利的。再通过市场应用需求给国产芯片模块厂商提出更切合市场的要求，提升他们的产品和技术竞争力，最终逐步替换掉国外厂商的芯片。

北斗卫星系统 第11篇

北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的卫星定位与通信系统, 是国际上除美国的全球定位系统 (GPS) 、俄罗斯的GLONASS之后第三个独立、完整的卫星导航系统。

北斗卫星导航试验系统不仅能够提供定位服务, 其独特的RDSS定位方式还提供了GPS所不具备的服务功能——短报文通信, 这一功能使北斗系统成为可以独立构成覆盖区域内的监测, 监控、调度指挥系统。而GPS则必须借助另外的通信系统来完成这些功能。这在通信不畅的地区, 尤其是边远地区、海洋地区, 比GPS更具有优势。基于北斗卫星导航定位的人防应急指挥系统能适应人防特殊性的需求, 充分服务于人民防空作战、人防演练和应急救援等实践活动。

二、系统框架结构

2.1框架结构

人防卫星导航定位系统由国家、军区、省、市人防指挥中心以及各种北斗导航定位终端组成。各中心基于北斗卫星实现相互之间的通信和调度, 如下图所示。

2.2系统组成

人防卫星导航定位系统由省人防办北斗卫星指挥平台、各市人防办北斗卫星指挥平台、区县人防办北斗卫星应用终端和各级车载型用户机、手持型用户机、时统系统设备、基础地理信息平台、定位导航数据库、电子地图、人防北斗应急指挥软件等组成。

2.3应用模式

人防专业队伍指挥管理是人防卫星导航定位的典型应用场景, 人防专业队伍指挥管理的业务流程主要包括判断态势、定下决心、制定方案和组织实施几个环节。卫星导航定位系统的应用主要集中在组织实施环节, 对于省/市人防指挥机构主要包括统一作战时间、下达任务、监控行动和调整方案等过程, 对于人防专业队伍主要是统一作战时间、接收任务、实施行动和反馈情况等过程。统一作战时间基于北斗卫星导航系统提供的军用标准时间进行, 各级指挥机构用北斗用户机提供的时频信息统一各级指挥信息系统的时间, 并且按照上级指挥机关下达的指令统一设置作战时间。

三、关键技术及解决途径

3.1位置报告更新率的提高

位置报告更新率是指在一个指挥监控系统中, 指挥机关对下属单位位置数据获取的时间间隔, 也可以说是单位时间内获得的位置数据的个数。一般来说, 位置报告更新率越高, 指挥机关对下属单位位置的了解实时性就越好, 对实际位置了解的准确程度也越高。在基于北斗卫星导航系统RDSS服务的指挥监控系统中, 有两个因素制约着位置报告更新率的提高。

1) 由于RDSS方式通信带宽的限制, 对每一个用户的服务频度也有限制, 如工作于RDSS方式的普通级别北斗用户机的服务频度为60秒一次。这样对采用RDSS监控方式的指挥机来说至少60秒才能获得一次下属单位的位置。如果出现当次定位不成功则上级获得下属单位位置的时间比60秒还要长。

2) 对一个用户来说, 每一次请求RDSS服务只能选择一种服务方式, 要么是定位服务, 要么是通信服务。当用户机请求通信服务时, 则不能够定位。此时采用RDSS监控方式的上级指挥机也就无法获取下属单位的位置。只有当下级用户机请求定位服务时才有可能获得下级单位的位置。

3.2提高位置报告更新率的技术途径

1) 改变仅依靠RDSS方式的监控模式

采用RDSS方式的监控模式有其优点, 就是实现方式简单, 又不额外占用北斗导航卫星RDSS信道的带宽。北斗卫星导航区域系统建成以后, 不仅可以提供RDSS服务。还可以提供RNSS服务, 因此就为提高位置报告更新率创造了条件。对于一般单位, 仍然可以采用RDSS监控方式。而对于重点监控对象单位, 这个单位的用户机可以改变工作模式, RNSS方式定位+RDSS方式报告位置的工作模式, 利用RNSS定位方式, 可以每秒定位一次, 而每一次RDSS服务都是报文通信服务, 进行位置报告。这样基本上可以保证上级指挥机关每60秒获得一次下属单位的新位置。

2) 利用其它通信手段

人防指挥系统中装备有多种通信设备, 如卫星通信, 短波、超短波无线通信、网络通信、移动通信等, 这些通信手段的带宽远远大于北斗卫星导航系统RDSS服务的带宽。因此可以考虑利用这些通信手段来提高位置报告更新率。解决途径有2点: (1) 在人防信息化系统的通信系统设计中与考虑与人防北斗卫星导航定位的连接问题; (2) 设计一套人防北斗卫星导航定位系统位置及其他数据 (报告、命令等) 利用人防通信系统进行传输的通信协议, 实现快速、准确地数据传输。

参考文献

[1]赵琳, 丁继成, 马雪飞.卫星导航原理及应用[M].西北工业大学出版社, 2011.