淺談北斗導航定位衛星系統的建設與應用

摘 要：目前導航定位衛星系統經過不斷的發展和完善，技術已日趨成熟，衛星導航定位系統是一個國家綜合實力的體現，是建設強大國防、維護國家安全的重要手段，并且還可產生巨大的經濟效益。我國在建的北斗導航定位衛星系統在軍事和民用方面都得到了廣泛的應用。本文介紹了北斗導航定位衛星系統的發展和組成，并對其應用前景進行了探討。

關鍵詞：導航定位衛星系統；定位；導航；授時

中圖分類號：TN967.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

隨著2000年第3顆“北斗導航試驗衛星”的成功發射，它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了中國完整的衛星導航定位系統，標志著中國已建立了完善的第一代衛星導航定位系統。該系統為我國及周邊大部分地區提供連續無源定位、導航和授時以及短報文通信服務，定位精度20米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。滿足運輸、漁業、林業、氣象、電信、水利、測繪等行業以及大眾用戶的應用需求。

一、北斗導航定位衛星系統的發展

我國北斗系統的發展可以概括為“三步走”，從區域有源服務能力到區域無源服務能力再到全球無源服務能力，是一個漸進的過程，分三個階段實施：

第一階段是用少量的地球靜止軌道衛星來完成試驗任務即試驗階段。我國在1994年啟動了北斗衛星導航試驗系統建設，從2000年開始提供區域主動定位服務，該階段共發射3顆在軌衛星，能實現平面定位、廣域差分和短消息通訊功能，使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。該系統產生顯著的經濟效益和社會效益，特別是在2008年北京奧運會、汶川抗震救災中發揮了重要作用。

第二階段是建設階段，建設一個區域性系統，共發射14顆衛星來執行這項任務。目前，我國正在實施系統建設，根據總體規劃，系統將首先具備覆蓋亞太地區的三維定位、導航和授時以及短報文通信服務能力，為國內國家的周邊區域性的衛星導航系統形成區域無源服務能力。

第三階段是再建一個覆蓋全球的衛星導航系統，計劃發射35顆衛星。到2020年實現全球無源服務能力。屆時北斗系統將于美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐洲Galileo呈現“四足鼎立”的局面。

二、北斗導航定位衛星系統的組成

北斗導航定位衛星系統由空間衛星星座系統、地面中心控制系統和用戶終端三部分組成。

空間衛星星座系統包括5顆地球靜止軌道（GEO）衛星和30顆非地球靜止軌道衛星（包括傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星相中圓軌道（MEO）衛星）。截止到目前，在軌工作衛星14顆，由“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座構成。北斗導航系統是覆蓋我國本土的區域導航系統，覆蓋范圍東經約70°-140°，北緯5°-55°。能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛星（實際上最多能觀測到11顆）。北斗導航系統是在地球赤道平面上設置2顆地球同步衛星顆衛星的赤道角距約60°。導航衛星為準同步軌道，繞地球一周11小時58分。

地面中心控制系統是北斗導航系統的中樞，包括1個配有電子高程圖的地面中心站、地面網管中心、測軌站、測高站和數十個分布在全國各地的地面參考標校站，主要用于對衛星定位、測軌。調整衛星運行軌道、姿態。控制衛星的工作，測量和收集校正導航定位參量，以形成用戶定位修正數據并對用戶進行精確定位。

用戶終端為帶有定向天線的收發器。用于接收中心站通過衛星轉發來的信號和向中心站發射通信請求，根據應用環境和功能的不同。由北斗用戶終端以及與其他GNSS兼容的終端組成。

三、導航定位衛星系統的時間系統和坐標系統及使用波段

系統采用北斗時（BDT）并溯源到協調世界時UTC（NTSC），與UTC的時間偏差小于100納秒。BDT的起算歷元時間是2006年1月1日零時零分零秒，BDT與GPS時和Galileo時的互操作在北斗設計時間系統時已經考慮，與它們之間的時差將會被監測和發播。

坐標系統采中國2000大地坐標系統（CGS2000），CGS2000與國際地球參考框架ITRF的一致性為5個厘米，對于大多數應用者來說，可以不考慮兩者的坐標轉換。

北斗系統采用的信號頻段為B1：1559.052-1591.788MHz，2：1166.22-1217.37MHz，B3：1250.618-1286.423MHz。表1為北斗導航第二階段采用的信號。

四、北斗導航定位衛星系統的應用

目前正在建設的是第二代的北斗衛星全球導航地位系統，具有獨特的優勢：同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統支持；全天時、全天候覆蓋中國及周邊國家和地區；適合集團用戶大范圍監控與管理，以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用；獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計，可同時解決“我在哪”和“你在哪”；自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。

北斗導航定位系統的建成和完善，標志著我國擁有自主知識產權的衛星導航系統。它將為我國的國民經濟、國防科技建設發揮重要作用；為船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、野外作業、水文測報、森林防火、漁業生產、勘察設計、環境監測等眾多行業以及其他有特殊調度指揮要求的單位提供導航定位、通信和授時等綜合服務。

參考文獻：

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[3]尚秀曼，王曉冬.淺談北斗衛星導航定位系統及其應用[J].湖北成人教育學院學報，2011（03）：142-143.

[作者簡介]侯瑞（1982-），女，河南鄭州人，教師，中國礦業大學碩士研究生，研究方向：遙感影像處理、工程測量；張麗娟（1979-），女，河南鞏義人，教師，重慶交通大學工程碩士，研究方向：公路工程。