北斗卫星导航系统简介

2015.02.02 , 浏览次数: 34623

主要介绍了北斗卫星导航系统的发展历程、系统组成、工作体制、卫星的导航信号、服务区域、导航参数,便于全面了解北斗卫星导航系统。

(一)发展历程

北斗卫星导航系统,国际注册名称COMPASS,是四大全球卫星导航系统之一。

北斗的建设者以高度的政治责任感、历史使命感、时代紧迫感,结合中国国情军情实际,创造性地提出利用两颗地球同步静止轨道卫星和地面数字高程模型,构建双星定位系统,首先解决有源技术体制下的卫星定位急需,这是中国卫星导航建设“三步走”战略的第一步。1985年至1994年,是中国自主卫星导航系统的演示论证期,完成了原理论证和演示验证。

1994年至2002年,是北斗卫星导航实验系统研制建设期,2003年12月,系统正式开通运行,中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家,开始了北斗指路的时代。

2004年,北斗区域卫星导航系统正式立项,到2012 年,已完成了全部16颗卫星的发射,建成了覆盖亚太区域、形成区域无源服务能力的北斗区域卫星导航系统。

计划到2020 年,建成由3 颗静止轨道和27颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。

图 1北斗卫星导航系统发展

北斗实际发展过程中,采取了向下兼容的方式,即不会停掉一代,重启炉灶发展下一代。而是在上一代的基础上不断补充卫星数,增加其功能,提高其整体水平。

 

(二)系统组成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分构成:

空间段:
北斗导航卫星持续发射载有导航电文的无线电波,提供给地球上的各种接收机来应用。
北斗导航卫星具体发射时间、发射类型见下图。

图 2 北斗卫星发射情况

地面段:
为追踪及控制北斗导航卫星的运转,在地面设置了主控站、注入站和监控站,主要工作是收集数据,计算导航信息,监视系统状态,调度卫星,修正与维护每颗卫星的各项参数数据等。

用户段:
包括北斗系统用户终端以及与其它卫星导航系统兼容的终端。可以追踪北斗导航卫星,并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间。接收机可分为袖珍式、背负式、车载、船载、机载等等。


 
图 3 北斗系统用户段

(三)工作体制

北斗卫星导航系统2002年正式提供了RDSS业务,2011年底宣布提供RNSS业务,两种体制的集成可以相互嵌入,互为增强,即可为用户提供连续定位、测速能力,又可以进行位置报告与短报文通信。

卫星无线电测定业务(Radio Determination Satellite Service,缩写RDSS),用户至卫星的距离测量和位置计算由地面主控站通过用户机的应答来完成,在完成定位的同时,即能报告位置,也能进行通信。


 图 4 北斗系统三球交会原理

卫星无线电导航业务(Radio Navigation Satellite System,缩写RNSS),由用户接收卫星无线电导航信号,自主完成至少4颗卫星的距离测量,进行用户位置、速度及航行参数计算。

(四)卫星的导航信号

1、载波

有3个载波B1、B2、B3,其频率为:

B1------1561.098 MHZ

B2-------1207.140 MHZ

B3-------1268.520 MHZ

2、伪距测距码

普通测距码:C码

精密测距码:P码

3、数据码

D码

(五)服务区域

目前,北斗系统的服务区域为东经55°~180°,南纬55°~北纬55°之间的大部分区域;重点区域为东经70°~145°,北纬5°~55°的大部分区域。

信号覆盖西至波斯湾霍尔木兹海峡,东至美国中途岛西部,北至俄罗斯腾达,南至澳大利亚、新西兰南部海域。

 
图 5 北斗系统服务区域

(六)导航参数

1、坐标系

北斗卫星导航系统使用的是2000年中国大地坐标系,简称CGCS2000,其参数见下图:

 
图 6 北斗系统参数

2、时间系统

北斗卫星导航系统采用的是北斗时BDT。

BDT的历元是2006年1月1日UTC。

3、空间系统

北斗系统的空间基准是2000中国大地坐标系,即CGCS2000。CGCS2000通过国家GPS大地网的2500多点的坐标和速度(历元2000.0)实现,其实现精度:坐标cm级;速度精度:mm/yr级。

4、功能指标

北斗卫星导航系统可以为全球用户提供开放、稳定、可靠的定位定向、实时导航、精密测速、精确授时、位置报告、短信服务六大功能,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度20纳秒。