北斗衛星導航系統簡介

2019.06.26 , 瀏覽次數: 303449

主要介紹了北斗衛星導航系統的發展歷程、系統組成、工作體制、衛星的導航信號、服務區域、導航參數,便于全面了解北斗衛星導航系統。

(一)發展歷程

北斗衛星導航系統,國際注冊名稱COMPASS,是四大全球衛星導航系統之一。

北斗的建設者以高度的政治責任感、歷史使命感、時代緊迫感,結合中國國情軍情實際,創造性地提出利用兩顆地球同步靜止軌道衛星和地面數字高程模型,構建雙星定位系統,首先解決有源技術體制下的衛星定位急需,這是中國衛星導航建設“三步走”戰略的第一步。1985年至1994年,是中國自主衛星導航系統的演示論證期,完成了原理論證和演示驗證。

1994年至2002年,是北斗衛星導航實驗系統研制建設期,2003年12月,系統正式開通運行,中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家,開始了北斗指路的時代。

2004年,北斗區域衛星導航系統正式立項,到2012 年,已完成了全部16顆衛星的發射,建成了覆蓋亞太區域、形成區域無源服務能力的北斗區域衛星導航系統。

計劃到2020 年,建成由3 顆靜止軌道和27顆非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統。

圖 1北斗衛星導航系統發展

北斗實際發展過程中,采取了向下兼容的方式,即不會停掉一代,重啟爐灶發展下一代。而是在上一代的基礎上不斷補充衛星數,增加其功能,提高其整體水平。

 

(二)系統組成

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分構成:

空間段:
北斗導航衛星持續發射載有導航電文的無線電波,提供給地球上的各種接收機來應用。
北斗導航衛星具體發射時間、發射類型見下圖。

圖 2 北斗衛星發射情況

地面段:
為追蹤及控制北斗導航衛星的運轉,在地面設置了主控站、注入站和監控站,主要工作是收集數據,計算導航信息,監視系統狀態,調度衛星,修正與維護每顆衛星的各項參數數據等。

用戶段:
包括北斗系統用戶終端以及與其它衛星導航系統兼容的終端??梢宰粉櫛倍穼Ш叫l星,并實時地計算出接收機所在位置的坐標、移動速度及時間。接收機可分為袖珍式、背負式、車載、船載、機載等等。


 
圖 3 北斗系統用戶段

(三)工作體制

北斗衛星導航系統2002年正式提供了RDSS業務,2011年底宣布提供RNSS業務,兩種體制的集成可以相互嵌入,互為增強,即可為用戶提供連續定位、測速能力,又可以進行位置報告與短報文通信。

衛星無線電測定業務(Radio Determination Satellite Service,縮寫RDSS),用戶至衛星的距離測量和位置計算由地面主控站通過用戶機的應答來完成,在完成定位的同時,即能報告位置,也能進行通信。


 圖 4 北斗系統三球交會原理

衛星無線電導航業務(Radio Navigation Satellite System,縮寫RNSS),由用戶接收衛星無線電導航信號,自主完成至少4顆衛星的距離測量,進行用戶位置、速度及航行參數計算。

(四)衛星的導航信號

1、載波

有3個載波B1、B2、B3,其頻率為:

B1------1561.098 MHZ

B2-------1207.140 MHZ

B3-------1268.520 MHZ

2、偽距測距碼

普通測距碼:C碼

精密測距碼:P碼

3、數據碼

D碼

(五)服務區域

目前,北斗系統的服務區域為東經55°~180°,南緯55°~北緯55°之間的大部分區域;重點區域為東經70°~145°,北緯5°~55°的大部分區域。

信號覆蓋西至波斯灣霍爾木茲海峽,東至美國中途島西部,北至俄羅斯騰達,南至澳大利亞、新西蘭南部海域。

 
圖 5 北斗系統服務區域

(六)導航參數

1、坐標系

北斗衛星導航系統使用的是2000年中國大地坐標系,簡稱CGCS2000,其參數見下圖:

 
圖 6 北斗系統參數

2、時間系統

北斗衛星導航系統采用的是北斗時BDT。

BDT的歷元是2006年1月1日UTC。

3、空間系統

北斗系統的空間基準是2000中國大地坐標系,即CGCS2000。CGCS2000通過國家GPS大地網的2500多點的坐標和速度(歷元2000.0)實現,其實現精度:坐標cm級;速度精度:mm/yr級。

4、功能指標

北斗衛星導航系統可以為全球用戶提供開放、穩定、可靠的定位定向、實時導航、精密測速、精確授時、位置報告、短信服務六大功能,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度20納秒。

 

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