北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理及應(yīng)用.docx

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理及其應(yīng)用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國(guó)建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。該系統(tǒng)由四顆（兩顆工作衛(wèi)星、2顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號(hào)）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。北斗定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十四小時(shí)的即時(shí)定位服務(wù)，授時(shí)精度可達(dá)數(shù)十納秒(ns)的同步精度，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時(shí)精度約100ns。美國(guó)的GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25-100m提高到12m，授時(shí)精度日前約20ns。北斗一號(hào)導(dǎo)航定位衛(wèi)星由中國(guó)空間技術(shù)研究院研究制造。四顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間分別為：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日，2007年4月14日，第三、四顆是備用衛(wèi)星。2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，它將在交通、場(chǎng)館安全的定位監(jiān)控方面，和已有的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)一起，發(fā)揮“雙保險(xiǎn)”作用。北斗一號(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱為BD，在ITU（國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)）登記的無線電頻段為L(zhǎng)波段（發(fā)射）和S波段（接收）。 北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文為Compass（即指南針），在ITU登記的無線電頻段為L(zhǎng)波段。北斗一號(hào)系統(tǒng)的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授時(shí)。北斗二代系統(tǒng)的功能與GPS相同，即定位與授時(shí)。其工作原理如下：“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶?！氨倍芬惶?hào)”的覆蓋范圍是北緯5一55，東經(jīng)70一140之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35左右。其定位精度為水平精度100米(1)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時(shí)540000戶。雙星定位不同于“多星”定位，“一代北斗只用雙星定位，比GPS等投資小、建成快，”范本堯說這是我國(guó)國(guó)情決定的，也對(duì)一代“北斗”的技術(shù)路線提出了特殊的要求，“所以我們的定位系統(tǒng)具有自己的特點(diǎn)。”二代“北斗”可稱“中國(guó)的GPS”。“我國(guó)發(fā)展二代北斗不會(huì)采取一步到位的方式，也不會(huì)停掉一代，另外發(fā)展二代，”范本堯說，“我們會(huì)在一代的基礎(chǔ)上不斷補(bǔ)充衛(wèi)星數(shù)，增加其功能，提高其整體水平?！边@位將繼續(xù)承擔(dān)二代“北斗”設(shè)計(jì)工作的科學(xué)家說：“二代北斗可以稱為中國(guó)的GPS，不過它仍然會(huì)比GPS多一個(gè)通訊為發(fā)展我國(guó)二代“北斗”的關(guān)鍵技術(shù)提供了準(zhǔn)備。范本堯舉例說，此次定位的“北斗”一號(hào)備份衛(wèi)星上新裝載了用于衛(wèi)星定位的激光反射器，能夠參照其他星，把自身位置精確定格在幾個(gè)厘米的尺度以內(nèi)。這顆衛(wèi)星已定位成功，表明這種技術(shù)是有效而可靠的。這樣，當(dāng)我們不斷發(fā)射新的衛(wèi)星構(gòu)建二代“北斗”體系時(shí)，眾多衛(wèi)星就會(huì)找準(zhǔn)自己的位置，構(gòu)成符合標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。此外，“北斗”一號(hào)的3顆星壽命都是8年，專家正不斷研究，預(yù)計(jì)下一次發(fā)射的衛(wèi)星壽命就能達(dá)到10年左右了；而目前GPS衛(wèi)星的壽命都是12年左右，GLONASS衛(wèi)星的壽命則是3到5年。北斗衛(wèi)星的工作流程如圖2所示，地面控制中心向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時(shí)發(fā)送詢問信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號(hào)，然后根據(jù)用戶申請(qǐng)的服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對(duì)定位申請(qǐng)，中心控制系統(tǒng)測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，可以由上述兩個(gè)延遲量計(jì)算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和。從而知道用戶處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上；另外，中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。因此，中心控制系統(tǒng)利用數(shù)值地圖可計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并與相關(guān)信息或通信內(nèi)容發(fā)送到衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳送給用戶或收件人。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，可提供高精度的定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，能帶來巨大的社*會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益