北斗衛星導航系統技術發展與應用研究

褚怡

摘要：文章重點闡述了北斗衛星導航系統發展歷程，介紹了北斗衛星導航系統構成、功能等關鍵技術，闡述了北斗衛星導航系統的應用現狀，最后分析了北斗衛星導航系統未來的發展前景。

關鍵詞：北斗 ;衛星導航系統;應用

1、北斗衛星導航系統概述

北斗衛星導航系統簡稱北斗系統（BeiDou navigation satellite system，BDS）是我國自主研發設計的全球衛星導航系統，立足自身航天科技建設而成。該系統提供了穩定可靠并覆蓋全球的衛星導航、定位、授時等服務，具有獨立自主、技術領先、發放兼容的特點。北斗導航系統的建立為國家安全和經濟發展提供了重要技術保障，滿足國家信息化建設和人民日常生活對定位、導航、授時等需求，促進了經濟發展方式的轉變，提振民族科技榮譽感的同時帶來了不可估量的經濟和社會效益，該系統在于其他國家衛星導航系統合作下，可以服務全球、造福人類。

該系統在頂層設計和發展上分為 “三步走”發展路線，通過梯度建設逐步形成面向全球、突出區域、具有特色的衛星導航系統發展之路。“三步走”中第一步是1994年開始建設北斗衛星試驗系統，歷時六年時間的研發實現有源定位和短報文服務能力，覆蓋范圍達到中國及周邊地區;“三步走”中第二步是在 2004年北斗系統的初建，歷時八年時間完成在區域無源定位服務功能的實現，目前日臻完善的北斗導航系統已經實現在亞洲太平洋地區提供正式的短報文、定位、導航、授時服務;“三步走”中第三步是2013年起開始不斷完善和繼續發展北斗衛星導航系統的建設，并計劃在2020年底完全實現覆蓋全球的無源定位和短報文服務。北斗系統在整體設計上分為空間段、地面控制段、用戶段三部分，空間段包括5顆靜止軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星和27顆中圓軌道衛星;地面控制段包括主控站、注入站、監測站等30余個地面站。

2、北斗衛星導航系統功能及特點

（一）系統功能

1、定位功能?！氨倍贰毕到y作為我國獨立自主研發，擁有全部知識產權的導航系統，結束了國內在定位導航服務對GPS系統的依賴，同時也打破了西方在該領域的壟斷。從國家戰略角度出發“北斗”的誕生是提高國家綜合國力和提振民族信心的有力舉措。在科研人員不斷完善與修正下，該系統在定位方面可以達到10米以內的精準度，在授權或有標校站的情況下可以達到毫米級的定位誤差，從技術角度遠超GPS系統定位性能。

2、導航功能。最為“北斗”最重要的功能，導航功能原理與GPS系統相仿，都是遵循一定開放原則，可以在終端機上接受來自不同衛星的信號，所不同的是“北斗”可以同時接受不同衛星信號，從而避免單一信號產生位置的不確定性，降低了誤差，測速精準度達到了0. 2 米/秒。

3、授時功能?！氨倍贰毕到y在授時功能上更是走在了各國衛星導航系統的前列，其精度可以達到驚人的50ns。這是該系統在國家軍事、電力、金融、通信等中多領域發揮出巨大作用。

4、短報文功能。作為“北斗”系統最特殊的功能，短報文功能在完成信號匹配之后，即使移動終端與信源產生相對位移也可完成不間斷通信，同時不受二者之間距離限制，這項功能是該系統領先其他系統最重要特征。

（二）系統特點

1、我國自主研發的“北斗”衛星導航系統在技術上日臻成熟、系統機構穩定、覆蓋范圍廣泛，與其他國家如GPS衛星導航系統、“伽利略”和“格洛納斯”相比，具有短信服務優勢，增加了通訊功能，信源可以向眾多移動終端用戶完成信息群發，而建立的集團用戶也可以完成實時點對點通訊且不受距離限制。

2、“北斗”衛星導航系統在組網能力上也是可圈可點，具有信號覆蓋能力廣，組網速度快，通信精度高等特點。為了體現大國風范和世界命運共同體的呼吁，“北斗”系統提供的眾多服務面向全球都是免費的，且不受限制。。

3、授權服務有較高的保密級別。“北斗”系統在輸出服務上區分民用和軍用。其中B1、B2 頻點發射開放式信號，用于民用，B3 頻點發射信號自帶密鑰，用于軍用。

3、北斗衛星導航系統應用與發展

（一）系統應用

“北斗”衛星導航系統的投入使用打破了我國長期以來以來依賴外國衛星導航系統的局面，使中國在衛星導航領域中樹立國際地位，同時有利于國家戰略的進一步規劃，在國內電力調度、通信網絡、金融領域、交通運輸等重要基礎行業發揮出重大作用。特別是在軍事領域，“北斗”系統有專門服務于部隊的發射頻點，填補了這項領域的空白，有力提升了國防和軍隊戰斗力，給中國導彈插上了眼鏡具備了覆蓋一二島鏈，完成精準打擊的能力?！氨倍贰毕到y在國防上的投入使用，是中國部隊在戰斗效能上提高了1000倍左右。

（二）系統發展

1、提高定位精度。雖然“北斗”系統在誤差方面已經世界領先，但是仍然有其進步空間，通過建立更多的地面增強系統可以進一步消除系統誤差，使其連續定位誤差降至米級。

2、消除定位盲區。在消除盲區方面，“北斗”系統同樣做著努力，通過建設“羲和”系統使其與“北斗”系統可以完成有效互補，解決衛星導航對室內定位的盲區誤差。

3、增強抗干擾能力。在抗干擾能力方面，“北斗”系統在多個節點中投入使用電磁盾牌技術，使系統中信號接收端不依托地面站即可接收衛星交互信號，完成通信。

4、多系統融合發展。通過簽署《北斗與 GPS 兼容與操作聯合聲明》標志著“北斗”與其他國家不同衛星導航系統進行兼容式的戰略合作。通過技術的互補性提供更加精準的導航服務，造福全球用戶。從目前“北斗”衛星導航系統的發展情況可以預見，他將與全球其他各大衛星導航系統有效融合，實現超過100顆通信衛星組成巨大的通信網絡，為終端用戶提供更加可靠和快捷的定位服務。展望未來，世界各地的星際導航服務將呈現出全時空、全區域、無盲區、高精度的特點，應用也將無所不在。

4 結語

中國自主研發的“北斗”衛星導航系統具有很強的先進性，在面對世界導航系統的挑戰下，“北斗”系統還將繼續建設和完善，助力與中華民族的偉大復興。在目前建設水平上，“北斗”還將做出如下努力：首選繼續推進該系統全球衛星導航系統建設，繼續完善全球系統的星座布局;其次全面提升系統性能，在提高應用效率和推廣使用上繼續下功夫;最后要繼續探索與其他系統的有效兼容，加強國際合作，共同推進全球衛星導航事業的發展。

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