矿山测量新技术讲座(桂林01)空间定位技术简介

1、中国煤炭工业协会653工程专题培训 矿山测量新技术 中国矿业大学 张书毕 教授 博导 通过Google Earth 来看测绘科学技术的发展 下载: Google Earth软件 北北 方位角方位角 距离距离S 1 1。空间定位技术的发展。空间定位技术的发展 2 2。GPSGPS定位系统定位系统 3 3。GLONASSGLONASS定位系统定位系统 4 4。GALILEOGALILEO定位系统定位系统 5 5。双星定位系统。双星定位系统 6 6。GPSGPS定位技术的应用定位技术的应用 1 1。空间定位技术的发展。空间定位技术的发展 20 20世纪上半叶，大地测量处于低

2、潮，它的复苏始于世纪上半叶，大地测量处于低潮，它的复苏始于2020世纪五十世纪五十 年代。使大地测量走出低谷的最初冲击，来自第二次世界大战期间年代。使大地测量走出低谷的最初冲击，来自第二次世界大战期间 及其以后电子学的发展。及其以后电子学的发展。 5050年代末，人造卫星年代末，人造卫星的出现，为大地测量带来了崭新的面貌。的出现，为大地测量带来了崭新的面貌。 卫星大地测量方法刚一出现，就显示出了非凡能力。首先是由短期卫星大地测量方法刚一出现，就显示出了非凡能力。首先是由短期 的观测数据求定了精确的地球扁率，接着推证了南北半球的不对称的观测数据求定了精确的地球扁率，接着推证了南北半球的不对称 性

3、。性。 7070年代年代 1 1）卫星多普勒技术）卫星多普勒技术得到了广泛的应用，使得大地测量得到了广泛的应用，使得大地测量 定位发生了巨大的变革；定位发生了巨大的变革； 2 2）海洋卫星测高（）海洋卫星测高（SASA）技术）技术，为大地测量应用于海洋学研，为大地测量应用于海洋学研 究开辟了道路；究开辟了道路； 3 3）激光对卫星测距（）激光对卫星测距（SLRSLR）技术）技术，不仅可用于高精度定位，不仅可用于高精度定位， 还可以测定地球自转参数和板块运动，推动了地球动力学的发展。还可以测定地球自转参数和板块运动，推动了地球动力学的发展。 8080年代，全球定位系统（年代，全球定位系统（GPS

4、GPS）得到了全面发展，由于它具有用得到了全面发展，由于它具有用 途广泛、定位精度高、观测简便及经济效益显著等特点，使大地测途广泛、定位精度高、观测简便及经济效益显著等特点，使大地测 量发生了一场深刻的技术革命。以上这些卫星测量技术，形成了大量发生了一场深刻的技术革命。以上这些卫星测量技术，形成了大 地测量学的一个新的分支学科地测量学的一个新的分支学科卫星大地测量学。卫星大地测量学。 6060年代年代出现的出现的甚长基线干涉测量（甚长基线干涉测量（VLBIVLBI）技术）技术，同，同SLRSLR技术一样技术一样 ，它可以测定地球自转参数和板块运动，但更为重要的是，它能以，它可以测定地球自转参数

5、和板块运动，但更为重要的是，它能以 高精确度提供地球监测网与协议天球参考框架的联系。高精确度提供地球监测网与协议天球参考框架的联系。 卫星大地测量和卫星大地测量和VLBIVLBI是应用于大地测量的空间定位技术，因是应用于大地测量的空间定位技术，因 此人们又提出了空间大地测量学（此人们又提出了空间大地测量学（Space GeodesySpace Geodesy）这一术语，其）这一术语，其 内容是卫星大地测量学与内容是卫星大地测量学与VLBIVLBI的结合，其主体是卫星大地测量学。的结合，其主体是卫星大地测量学。 大地测量领域中出现的空间大地测量技术，使经典大地测量学大地测量领域中出现的空间大地测

6、量技术，使经典大地测量学 进入了空间大地测量学的新时代。进入了空间大地测量学的新时代。1 1）测量精度、作用范围）测量精度、作用范围 2 2）丰）丰 富了大地测量学的内容，并展示了新的发展方向富了大地测量学的内容，并展示了新的发展方向 3 3）密切了与地）密切了与地 球物理学、地质学和天文学的联系球物理学、地质学和天文学的联系 作为空间定位技术主体的卫星定位和跟踪技术，可分为两大作为空间定位技术主体的卫星定位和跟踪技术，可分为两大 类：利用激光类：利用激光 无线电波无线电波 双向双向 地面与卫星地面与卫星 单向单向 地基系统（发射机在地面上）地基系统（发射机在地面上） 空基系统（发射机在卫星上

7、）空基系统（发射机在卫星上） 空基系统：美国的海军导航卫星系统空基系统：美国的海军导航卫星系统 美国的全球定位系统（美国的全球定位系统（GPSGPS） 前苏联的全球导航卫星系统（前苏联的全球导航卫星系统（GLONASSGLONASS） 在建的欧盟在建的欧盟GalileoGalileo卫星导航定位系统等卫星导航定位系统等 全球定位系统从其开始研制到整个系统的建成，历时全球定位系统从其开始研制到整个系统的建成，历时2020年，目前已年，目前已 在军事和民用部门得到了极为广泛得应用。在军事和民用部门得到了极为广泛得应用。 2 2。GPSGPS定位系统定位系统 19731973年年1212月，美国国防

8、部批准陆海空三军联合研制一种新的月，美国国防部批准陆海空三军联合研制一种新的 军用卫星导航系统军用卫星导航系统NAVSTAR GPSNAVSTAR GPS，其英文全称为，其英文全称为NAVigation NAVigation by Satellite Timing And Ranging (NAVSTAR) Global by Satellite Timing And Ranging (NAVSTAR) Global Positioning SystemPositioning System（GPSGPS），我们称为），我们称为GPSGPS卫星全球定位系统，卫星全球定位系统， 简称简称GPSGP

9、S系统。系统。 GPSGPS系统由系统由GPSGPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面 控制部分）和控制部分）和GPSGPS信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。信号接收机（用户设备部分）等三部分组成。 19781978年年2 2月月2222日，第一颗日，第一颗GPSGPS实验卫星的发射成功标志着工程实验卫星的发射成功标志着工程 研制阶段的开始；研制阶段的开始；19891989年年2 2月月1414日，第一颗日，第一颗GPSGPS工作卫星的发射成工作卫星的发射成 功，宣告功，宣告GPSGPS系统进入了生产作业阶段；系统进入了生产作业阶段；1993

10、1993年年1212月月8 8日，日，GPSGPS整个整个 系统已正式建成并开通使用。系统已正式建成并开通使用。 GPSGPS卫星星座（空间部分）卫星星座（空间部分） GPS GPS卫星星座由卫星星座由2121颗工作卫星和颗工作卫星和3 3 颗在轨备用卫星组成，这颗在轨备用卫星组成，这2424颗卫星均颗卫星均 匀分布在匀分布在6 6个轨道平面上。卫星轨道平个轨道平面上。卫星轨道平 面相对地球赤道平面的倾角约为面相对地球赤道平面的倾角约为5555， 各轨道平面升交点的赤经相差各轨道平面升交点的赤经相差6060，在，在 相邻轨道上，卫星的升交距角相差相邻轨道上，卫星的升交距角相差3030 。轨道平

11、均高度约为。轨道平均高度约为20200km20200km，卫星运，卫星运 行周期为行周期为1111小时小时5858分。这一分布方式分。这一分布方式 ，保证了地面上任何时间、任何地点，保证了地面上任何时间、任何地点 至少可同时观测到至少可同时观测到4 4颗卫星。颗卫星。GPSGPS卫星卫星 的作用是接收和播发由地面监控系统的作用是接收和播发由地面监控系统 提供的卫星星历。提供的卫星星历。 GPSGPS卫星的基本功能卫星的基本功能： 1 1、接收和储存由地面监控站发来的导、接收和储存由地面监控站发来的导 航信息，接收并执行监控站的控制指航信息，接收并执行监控站的控制指 令；令； 2 2、通过星载的

12、高精度铯钟和铷钟提供、通过星载的高精度铯钟和铷钟提供 精密的时间标准；精密的时间标准； 3 3、即时向用户发送定位信息；、即时向用户发送定位信息； 4 4、在地面监控站的指令下，通过推、在地面监控站的指令下，通过推 进器调整卫星姿态和启用备用卫星；进器调整卫星姿态和启用备用卫星； 5 5、卫星上设有微处理机，进行部分必、卫星上设有微处理机，进行部分必 要的数据处理工作。要的数据处理工作。 地面监控系统（地面控制部分）地面监控系统（地面控制部分） GPS GPS的地面监控部分，目前主要由分布在全球的的地面监控部分，目前主要由分布在全球的5 5个地面站组个地面站组 成，其中包括卫星监测站、主控站和

13、信息注入站。成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。 监测站监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有 双频双频GPSGPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据 传感器。接收机对传感器。接收机对GPSGPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星 的工作状况。所有观测资料由计算机进行初步处理，并存储和传送的工作状况。所有观测资料由计算机进行初步处理，并存储和传送 到主控站，用以到主控站，用以 确定卫星的轨道。确定卫星的轨道。 主控站

14、主控站除协调和管理所有地面监控系统的工作外，其主要任务除协调和管理所有地面监控系统的工作外，其主要任务 是：是： 根据本站和其它监测站的所有观测资料，推算编制各卫星根据本站和其它监测站的所有观测资料，推算编制各卫星 的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到 注入站；注入站； 提供全球定位系统的时间基准；提供全球定位系统的时间基准； 调整偏离轨道的卫星，合之沿预定的轨道运行；调整偏离轨道的卫星，合之沿预定的轨道运行； 启用备用卫星以代替失效的工作卫星启用备用卫星以代替失效的工作卫星 注入站注入站的主要任务是的主要任务是 在主

15、控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、 导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统 监测注入信息的正确性。监测注入信息的正确性。 Trimble Trimble 5800 5800 GPS GPS接接 收机收机 Trimble Trimble 4600LS 4600LS 4700 4700 GPS GPS接接 收机收机 小小 博博 士士 手手 持持 机机 博博 宇宇 GPSGPS 接接 收收 机机 Point Smart6200Point Smart6200 双频双频GP

16、SGPS接收机接收机 用户设备部分用户设备部分 用户设备的主要任务是，接收用户设备的主要任务是，接收GPSGPS卫星发射的无线电信号，以卫星发射的无线电信号，以 获得必要的定位信息及观测量，并经数据处理而完成定位工作。获得必要的定位信息及观测量，并经数据处理而完成定位工作。 其主要由其主要由GPSGPS接收机硬件和数据处理软件，以及终端设备组成，而接收机硬件和数据处理软件，以及终端设备组成，而 GPSGPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源。接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源。 GPSGPS系统是一种系统是一种 以空间卫星为基以空间卫星为基 础的无线电导航础的无线电导航 与定位系统，能

17、与定位系统，能 为世界上任何地为世界上任何地 方，包括空中、方，包括空中、 陆地、海洋甚至陆地、海洋甚至 于外层空间的用于外层空间的用 户，全天候、全户，全天候、全 时间、连续地提时间、连续地提 供精确的三维位供精确的三维位 置、三维速度及置、三维速度及 时间信息，具有时间信息，具有 实时性的导航、实时性的导航、 定位和授时功能定位和授时功能 GPSGPS现代化：现代化：19981998年美国副总统戈尔提出了年美国副总统戈尔提出了GPSGPS现代化这一概现代化这一概 念，其实质是要加强念，其实质是要加强GPSGPS对美军现代化战争的支撑和保持全球民用对美军现代化战争的支撑和保持全球民用 导航领

18、域中的领导地位。导航领域中的领导地位。GPSGPS现代化包括军事和民用两部分。现代化包括军事和民用两部分。 GPSGPS现代化的军事部分现代化的军事部分包括包括4 4项措施：增加项措施：增加GPSGPS卫星发射的信号卫星发射的信号 强度，以增强抗电子干扰能力；增加具有更好的保密性和安全性的强度，以增强抗电子干扰能力；增加具有更好的保密性和安全性的 新的军用码（新的军用码（M M码），并与民用码分开；军用接收设备比民用的有码），并与民用码分开；军用接收设备比民用的有 更好的保护装置，特别是抗干扰能力和快速初始化能力；创造新的更好的保护装置，特别是抗干扰能力和快速初始化能力；创造新的 技术，以阻止

19、或阻扰敌方使用技术，以阻止或阻扰敌方使用GPSGPS。 GPSGPS现代化的民用部分现代化的民用部分包括包括3 3项措施：在一年一度的评估基础项措施：在一年一度的评估基础 上，决定是否将上，决定是否将SASA信号强度降为零（已于信号强度降为零（已于20002000年年5 5月月1 1日零点取消了日零点取消了 SASA）；在）；在L2L2频道上增加第二民用码（即频道上增加第二民用码（即C/AC/A码），这样有利于提高码），这样有利于提高 定位精度和进行电离层改正；增加定位精度和进行电离层改正；增加L5L5民用频率，这有利于提高民用民用频率，这有利于提高民用 实时定位的精度和导航的安全性。实时定位

20、的精度和导航的安全性。 3 3。GLONASSGLONASS定位系统定位系统 19601960年晚些时候年晚些时候，当时已有的卫星导，当时已有的卫星导 航系统不能达到导航定位的目的。前航系统不能达到导航定位的目的。前 苏联军方确认需要一个卫星无线电导苏联军方确认需要一个卫星无线电导 航系统航系统 (SRNS)(SRNS)用于规划中的新一代用于规划中的新一代 弹道导弹的精确导引。弹道导弹的精确导引。1968-19691968-1969年年 ，国防部、科学院和海军的一些研究，国防部、科学院和海军的一些研究 所联合起来要为海、陆、空、天武装所联合起来要为海、陆、空、天武装 力量建立一个单一的解决方案

21、。力量建立一个单一的解决方案。19701970 年这个系统的需求文件编制完成。进年这个系统的需求文件编制完成。进 一步研究之后，一步研究之后，在在19761976年年，前苏联颁，前苏联颁 布法令建立布法令建立GLONASSGLONASS。 GLONASS GLONASS是是GLObal NAvigation Satellite GLObal NAvigation Satellite System(System(全球导航卫星系统全球导航卫星系统) ) GLONASS GLONASS的起步晚于的起步晚于GPSGPS九年。从前苏联于九年。从前苏联于19821982年年1010 月月1212日发射第一

22、颗日发射第一颗GLONASSGLONASS卫星开始，到卫星开始，到19961996年，十三年年，十三年 时间内经历周折，虽然遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接时间内经历周折，虽然遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接 替布署，但始终没有终止或中断替布署，但始终没有终止或中断GLONASSGLONASS卫星的发射。卫星的发射。 19951995年初只有年初只有1616颗颗GLONASSGLONASS卫星在轨工作，卫星在轨工作，19951995年进年进 行了三次成功发射，将行了三次成功发射，将9 9颗卫星送入轨道，完成了颗卫星送入轨道，完成了2424颗工颗工 作工作卫星加作工作卫星加1 1颗备用卫星的布局。经过数

23、据加载，调整颗备用卫星的布局。经过数据加载，调整 和检验，已于和检验，已于19961996年年1 1月月1818日，整个系统正常运行。日，整个系统正常运行。 GLONASSGLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨 道面间的夹角为道面间的夹角为120120度，轨道倾角度，轨道倾角64.864.8度，轨道的偏心度，轨道的偏心 率为率为0.010.01，每个轨道上等间隔地分布，每个轨道上等间隔地分布8 8颗卫星。卫星离地颗卫星。卫星离地 面高度面高度19100km19100km。 GLONASSGLONASS卫星星座基本上一直处于降效运行状态，只卫星

24、星座基本上一直处于降效运行状态，只 有有8 8颗卫星是全功能工作的。颗卫星是全功能工作的。9090年代曾经制定过一个年代曾经制定过一个 GLONASSGLONASS星座渐进增强计划，企图在星座渐进增强计划，企图在20012001年开始有年开始有1212颗全颗全 功能工作的卫星，但根据最新情报，目前仍然只有功能工作的卫星，但根据最新情报，目前仍然只有8 8颗全颗全 功能工作的卫星。功能工作的卫星。 俄罗斯目前正在着手俄罗斯目前正在着手GLONASSGLONASS系统现代化的工作。系统现代化的工作。俄俄 罗斯太空部队打算开始进行新一代罗斯太空部队打算开始进行新一代GLONASS-MGLONASS-

25、M计划的飞行计划的飞行 试验，发射将在试验，发射将在20042004年左右进行。新型年左右进行。新型GLONASS-MGLONASS-M卫星除卫星除 了将有更长的设计寿命（从现行的了将有更长的设计寿命（从现行的3 3年提高到年提高到7-87-8年）以外年）以外 ，还将具有更好的讯号特性。俄罗斯还计划要在将来转变，还将具有更好的讯号特性。俄罗斯还计划要在将来转变 到低质量（到低质量（MASSMASS）第三代）第三代GLONASS-KGLONASS-K卫星，确保卫星工作卫星，确保卫星工作 寿命在寿命在1010年以上。年以上。 4 4。GALILEOGALILEO定位系统定位系统 单独的民用系统单独

26、的民用系统 提高卫星定位的完好性、可用性和精度提高卫星定位的完好性、可用性和精度 促进欧洲经济发展促进欧洲经济发展 提高欧洲在航空工业的国际地位提高欧洲在航空工业的国际地位 对对GPSGPS依赖程度分析依赖程度分析 1996年年7月月23日，欧洲议会和欧盟交通部长会议制定了有关建设日，欧洲议会和欧盟交通部长会议制定了有关建设 欧洲联运交通网的共同纲领，首次提出了建立欧洲自主定位和导航欧洲联运交通网的共同纲领，首次提出了建立欧洲自主定位和导航 系统的问题。系统的问题。 1998年年1月月29日，欧洲委员会向欧洲议会和欧盟交通部长会议提日，欧洲委员会向欧洲议会和欧盟交通部长会议提 交了名为交了名为

27、建立一个欧洲联运定位和导航网：欧洲全球卫星导航系建立一个欧洲联运定位和导航网：欧洲全球卫星导航系 统（统（GNSS）发展战略）发展战略的报告。的报告。3月月17日，欧盟交通部长会议通过日，欧盟交通部长会议通过 此报告，并委托欧洲委员会研究、拟定欧洲全球卫星导航系统发展此报告，并委托欧洲委员会研究、拟定欧洲全球卫星导航系统发展 计划。计划。 1999年年12月月22日，欧洲议会和欧盟部长级会议批准了日，欧洲议会和欧盟部长级会议批准了欧盟在科欧盟在科 研、技术发展和演示领域的第五个框架计划（研、技术发展和演示领域的第五个框架计划（19982002）。 “伽利略计划伽利略计划”列入其中，此计划成为列

28、入其中，此计划成为“伽利略伽利略”资金的一个来源。资金的一个来源。 2000年年11月月22日，欧洲委员会提交了日，欧洲委员会提交了欧洲伽利略卫星导航系统欧洲伽利略卫星导航系统 可行性评估报告可行性评估报告。该报告汇总了伽利略论证阶段成果。该报告汇总了伽利略论证阶段成果。 2002年年3月月26日，欧盟交通运输部长会议以全票通过了立即开始日，欧盟交通运输部长会议以全票通过了立即开始 伽利略项目的研制阶段的动议，标志着伽利略项目的研制阶段的动议，标志着“伽利略计划伽利略计划”的全面启动。的全面启动。 JU已成立，计划于已成立，计划于2003年年9月正式挂牌，月正式挂牌，GROHE先生被任命为先生

29、被任命为 主任。主任。 定义阶段（定义阶段（1999199920002000）：该阶段已在）：该阶段已在20012001年宣告结束。年宣告结束。 开发阶段（开发阶段（2001200120052005）：开发和在轨验证阶段，目前正在进行，）：开发和在轨验证阶段，目前正在进行， 主要工作有：汇总任务需求；开发主要工作有：汇总任务需求；开发2 24 4个卫星和地面部分；系统在个卫星和地面部分；系统在 轨验证。轨验证。 部署阶段（部署阶段（2006200620072007）：进行卫星的发射布网，地面站的架设，）：进行卫星的发射布网，地面站的架设， 系统的整体联调系统的整体联调 。 运营阶段（运营阶段（

30、20082008 ）：商业营运阶段，提供增值服务。）：商业营运阶段，提供增值服务。 伽利略系统的基本服务：伽利略系统的基本服务： v 导航导航 v 定位定位 v 授时授时 伽利略系统的特殊服务伽利略系统的特殊服务： v 搜索与救援搜索与救援(SAR功能功能) 伽利略系统扩展应用服务系统：伽利略系统扩展应用服务系统： v 在飞机导航和着陆系统中的应用在飞机导航和着陆系统中的应用 v 铁路安全运行调度铁路安全运行调度 v 海上运输系统海上运输系统 v车队运输调度车队运输调度 精准农业精准农业 2000年年6月，欧盟副主席德月，欧盟副主席德 帕拉西率团访问中国，表达了希望帕拉西率团访问中国，表达了希

31、望 邀请中国参加欧洲正在计划建设的卫星导航定位系统邀请中国参加欧洲正在计划建设的卫星导航定位系统伽利略伽利略 （GALILEO）计划的意愿。国务院总理朱镕基接见并表达了我国）计划的意愿。国务院总理朱镕基接见并表达了我国 对合作建设对合作建设GALILEO系统的兴趣和原则立场。系统的兴趣和原则立场。 科技部于科技部于2001年年6月月21-22日，在京召开了有关中欧日，在京召开了有关中欧GALILEO计计 划专家研讨会。划专家研讨会。 2001年年10月，欧盟和中国建立了联合工作组，具体月，欧盟和中国建立了联合工作组，具体 商谈在卫星导航领域合作的有关事宜。商谈在卫星导航领域合作的有关事宜。 2

32、002年年6月朱镕基总理明确表示月朱镕基总理明确表示“我们愿意在权力和义务平衡的我们愿意在权力和义务平衡的 前提下全面参加伽利略计划前提下全面参加伽利略计划”。 由科技部和欧盟委员会、欧洲空间局共同主办的由科技部和欧盟委员会、欧洲空间局共同主办的“中国中国欧洲工欧洲工 业界参加伽利略计划研讨会业界参加伽利略计划研讨会”于于2002年年12月月17-18日在北京成功举日在北京成功举 行。行。 中国中国欧盟科技合作促进办公室（欧盟科技合作促进办公室（CECO）与欧洲工业联合会）与欧洲工业联合会 （ERTICO）于）于2003年年3月月3日至日至5日在上海成功举办了日在上海成功举办了“中国中国欧欧

33、盟智能交通研讨会盟智能交通研讨会”。会议的主题为：。会议的主题为： 1“伽利略伽利略”项目合作；项目合作； 2公共交通管理；公共交通管理； 3中欧智能交通培训合作。中欧智能交通培训合作。 欧洲与中国经过近两年的准备，于欧洲与中国经过近两年的准备，于2003年年5月月16日在布鲁塞尔举日在布鲁塞尔举 行中欧伽利略计划合作第一轮正式谈判，科技部秘书长石定环和欧行中欧伽利略计划合作第一轮正式谈判，科技部秘书长石定环和欧 盟委员会能源交通总司总司长拉莫盟委员会能源交通总司总司长拉莫.赫共同主持了谈判。双方高度评赫共同主持了谈判。双方高度评 价中欧间在伽利略计划中合作的重要意义，各自表述了合作的目标、价

34、中欧间在伽利略计划中合作的重要意义，各自表述了合作的目标、 原则，并对有关合作内容、方式等展开了讨论。原则，并对有关合作内容、方式等展开了讨论。 双方在双方在2003年年9月在北京举行第二轮谈判，月在北京举行第二轮谈判，18日草签了合作协议。日草签了合作协议。 中欧双方已于中欧双方已于2003年年10月月30签订正式合作协议。签订正式合作协议。 全天候、全球无缝覆盖全天候、全球无缝覆盖 独立于美国，受欧洲控独立于美国，受欧洲控 制的民用卫星导航定制的民用卫星导航定 位系统位系统 定位精度高于其它导航定位精度高于其它导航 星座星座 导航定位服务多样性导航定位服务多样性 具有地面与卫星通信能具有地

35、面与卫星通信能 力，提供救援和搜索力，提供救援和搜索 服务服务 系统开放性系统开放性 系统管理民间性系统管理民间性 5 5。我国独立自主的卫星导航定位系统。我国独立自主的卫星导航定位系统 “北斗一号北斗一号” 虽然美国系统已经在全世界广泛应用，虽然美国系统已经在全世界广泛应用， 但该系统绝非完美无缺。例如，其规模太大、造但该系统绝非完美无缺。例如，其规模太大、造 价太高，其他国家很难效仿，俄罗斯就是典型的价太高，其他国家很难效仿，俄罗斯就是典型的 例子；只能导航，无法通信，因而不能满例子；只能导航，无法通信，因而不能满 足日益增长的用户需求；足日益增长的用户需求；作为一个国家来讲，如作为一个国

36、家来讲，如 果完全依赖，则容易受美国控制果完全依赖，则容易受美国控制。那么，。那么， 有没有解决这些问题的新方法呢？中国的有没有解决这些问题的新方法呢？中国的“北斗北斗 ”开辟了一条新途径。开辟了一条新途径。 双星定位：双星定位：“北斗北斗”导航卫星系统是种全天候、全天时提供卫星导航信息的导航卫星系统是种全天候、全天时提供卫星导航信息的 区域性导航系统区域性导航系统。它是通过双星定位方式来工作的。该系统由颗经度上相距。它是通过双星定位方式来工作的。该系统由颗经度上相距 度的地球静止卫星对用户双向测距，由个配有电子高程图的地面中心站定位度的地球静止卫星对用户双向测距，由个配有电子高程图的地面中心

37、站定位 ，另有几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机。它的定位原理是：以颗，另有几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机。它的定位原理是：以颗 卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成个球面，卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成个球面， 用户机必然位于这个球面交线的圆弧上。电子高程地图提供的是一个以地心为用户机必然位于这个球面交线的圆弧上。电子高程地图提供的是一个以地心为 球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点 即可获得用户位置。即可获得用户位置。

38、 历程：历程： 19831983年，开始筹划卫星导航定位系统年，开始筹划卫星导航定位系统 19861986年初，正式以双星快速定位通信系统为名开始进行整个计年初，正式以双星快速定位通信系统为名开始进行整个计 划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。 19861986年底研发单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只年底研发单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只 要要3 3年时间，就可利用已在轨道的年时间，就可利用已在轨道的2 2枚同步卫星进行整体演练，验证枚同步卫星进行整体演练，验证 导航定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术导航

39、定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术 途径。途径。 1989 1989年年9 9月月5 5日凌晨日凌晨5 5点，科研人员以库尔勒、南宁等点，科研人员以库尔勒、南宁等4 4个用户个用户 机进行第一次定位演练，结果证明，利用双星定位可实现定位、定机进行第一次定位演练，结果证明，利用双星定位可实现定位、定 时、简短通信三大功能，而且比当时时、简短通信三大功能，而且比当时GPSGPS的民用码精度高好几倍。的民用码精度高好几倍。 19941994年年1 1月，双星快速定位通信系统正式命名为月，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗北斗”卫星卫星 导航定位系统，并列为导航定位系统，并列为

40、“ “九五计划九五计划”要项。双星快速定位系统演要项。双星快速定位系统演 练验证试验的成功，为练验证试验的成功，为“北斗北斗”系统奠定了技术基础。系统奠定了技术基础。 接下来的接下来的6 6年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控 制中心等应用系统的总体设计方案，建构制中心等应用系统的总体设计方案，建构“北斗北斗”系统的完整架构系统的完整架构 。 20002000年年1010月月3131日和日和1212月月2121日，日， “ “北斗一号北斗一号”的前两颗卫星发射升空，运行的前两颗卫星发射升空，运行 至今导航定位系统工作稳定，状态良好，产生了显著

41、效益。至今导航定位系统工作稳定，状态良好，产生了显著效益。 20032003年年5 5月月2525日零时日零时3434分，我国在西昌卫星发射中心用分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲长征三号甲”运载运载 火箭，成功地将第三颗火箭，成功地将第三颗“北斗一号北斗一号”导航定位卫星送入太空。这次发射的是导航导航定位卫星送入太空。这次发射的是导航 定位系统的备份星。它与前两颗定位系统的备份星。它与前两颗“北斗一号北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位工作星组成了完整的卫星导航定位 系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。 系统的主要功能系统的主要功能：

42、 “北斗北斗”卫星导航定位系统具有快速定位、卫星导航定位系统具有快速定位、 简短通信和精密授时的。简短通信和精密授时的。 1 1）快速定位：）快速定位： 目的在确定用户地理位置，为用户及主管部门提供导航服务。目的在确定用户地理位置，为用户及主管部门提供导航服务。 “北斗北斗”卫星导航定位系统使用的卫星，以快速捕捉信号和传送大卫星导航定位系统使用的卫星，以快速捕捉信号和传送大 量数据见长，从用户发出定位申请，到收到结果，只需量数据见长，从用户发出定位申请，到收到结果，只需1 1秒钟。而秒钟。而 在这在这1 1秒钟内，整个系统要完成发送申请信号、上传卫星、经地面秒钟内，整个系统要完成发送申请信号、

43、上传卫星、经地面 控制中心计算出位置，再从卫星将定位信息送返申请用户等流程，控制中心计算出位置，再从卫星将定位信息送返申请用户等流程， 而其中快速捕捉信号只用了几毫秒。这项而其中快速捕捉信号只用了几毫秒。这项2020年前设计的快捕技术，年前设计的快捕技术， 在今天仍属世界最先进的技术。在今天仍属世界最先进的技术。“北斗北斗”卫星导航定位系统水平定卫星导航定位系统水平定 位精度为位精度为100100米，差分定位精度小于米，差分定位精度小于2020米。定位响应时间：一类用米。定位响应时间：一类用 户户5 5秒、二类用户秒、二类用户2 2秒、三类用户秒、三类用户1 1秒。最短定位更新时间小于秒。最短

44、定位更新时间小于1 1秒，秒， 一次定位成功率一次定位成功率95%95%。 2 2）简短通信：）简短通信： “北斗北斗”卫星导航定位系统具有用户与用户、用户与地面控制卫星导航定位系统具有用户与用户、用户与地面控制 中心之间双向数字简讯通信能力。运作流程为地面控制中心接收到中心之间双向数字简讯通信能力。运作流程为地面控制中心接收到 用户发送来的响应信号中的通信内容，进行解读后再传送给收件人用户发送来的响应信号中的通信内容，进行解读后再传送给收件人 客户端。一般用户客户端。一般用户1 1次可传输次可传输3636个汉字，经核准的用户可利用连续个汉字，经核准的用户可利用连续 传送方式最多可传送传送方式

45、最多可传送120120个汉字。这种简讯通信服务，个汉字。这种简讯通信服务，GPSGPS无法提供无法提供 。 3 3）精密授时：）精密授时： “ “北斗北斗”导航系统具有单向和双向导航系统具有单向和双向2 2种授时功能，根据不同的精种授时功能，根据不同的精 度要求，定时传送最新授时信息给客户端，供用户完成与度要求，定时传送最新授时信息给客户端，供用户完成与“北斗北斗” 卫星导航定位系统间时间差的修正。卫星导航定位系统间时间差的修正。 “北斗北斗”卫星导航定位系统组成：卫星导航定位系统组成：由太空的导航通信卫星、由太空的导航通信卫星、 地面控制中心和客户端三部分组成地面控制中心和客户端三部分组成

46、1 1）太空部分）太空部分有有2 2枚地球同步轨道卫星，执行地面控制中心与客枚地球同步轨道卫星，执行地面控制中心与客 户端的双向无线电信号的中继任务；地面控制中心包括民用网管中户端的双向无线电信号的中继任务；地面控制中心包括民用网管中 心，主要负责无线电信号的发送接收，及整个系统的监控管，其中心，主要负责无线电信号的发送接收，及整个系统的监控管，其中 ，民用网管中心负责系统内民用用户的标记、识别和运行管理。，民用网管中心负责系统内民用用户的标记、识别和运行管理。 3 3）地面控制部分）地面控制部分包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计 算中心。主要用来测量

47、和校正导航定位参数，以便调整卫星的运算中心。主要用来测量和校正导航定位参数，以便调整卫星的运 行轨道、姿态，并编制星历，完成用户定位修正资料和对用户进行轨道、姿态，并编制星历，完成用户定位修正资料和对用户进 行定位。行定位。 2 2）客户端）客户端是直接由用户使用的设备，即用户机，主要用于接是直接由用户使用的设备，即用户机，主要用于接 收地面控制中心经卫星转发的测距信号。收地面控制中心经卫星转发的测距信号。 “北斗北斗”卫星导航定位系统的工作步骤（原理）卫星导航定位系统的工作步骤（原理） 1 1、地面控制中心向、地面控制中心向2 2枚卫星发送询问信号；枚卫星发送询问信号； 2 2、卫星接收到询

48、问信号，经卫星转发器向服务区用户播送询问信号；、卫星接收到询问信号，经卫星转发器向服务区用户播送询问信号； 3 3、用户响应其中、用户响应其中1 1枚卫星的询问信号，枚卫星的询问信号， 并同时向并同时向2 2枚卫星发送回应信号；枚卫星发送回应信号； 4 4、卫星收到用户响应信号，经卫星转、卫星收到用户响应信号，经卫星转 发器发送回地面控制中心；发器发送回地面控制中心； 5 5、地面控制中心收到用户响应信号，、地面控制中心收到用户响应信号， 解读出用户申请的服务内容；解读出用户申请的服务内容； 6 6、地面控制中心并利用数值地图计算、地面控制中心并利用数值地图计算 出用户的三维坐标位置，再将相关

49、信息出用户的三维坐标位置，再将相关信息 或通信内容发送到卫星；或通信内容发送到卫星； 7 7、卫星在收到控制中心发来的坐标资、卫星在收到控制中心发来的坐标资 料或通信内容后，经卫星转发器传送给料或通信内容后，经卫星转发器传送给 用户或收件人。用户或收件人。 “北斗一号北斗一号”卫星导航系统与卫星导航系统与GPSGPS系统比较系统比较 1 1、覆盖范围、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆 盖范围东经约盖范围东经约7070一一140140，北纬，北纬5 5一一5555。GPSGPS是覆盖全球的全是覆盖全球的全 天候导航系统。能够确保

50、地球上任何地点、任何时间能同时观测到天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到 6-96-9颗卫星颗卫星( (实际上最多能观测到实际上最多能观测到1111颗颗) )。 2 2、卫星数量和轨道特性、卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置 2 2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约6060。GPSGPS是在是在6 6个轨道平面个轨道平面 上设置上设置2424颗卫星，轨道赤道倾角颗卫星，轨道赤道倾角5555，轨道面赤道角距，轨道面赤道角距6060。航卫。航卫 星为准同步轨道，绕地球一周星为准同步轨道，绕地

51、球一周1111小时小时5858分。分。 3 3、定位原理、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中 心控制系统解算，供用户三维定位数据。心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPSGPS是被动式伪码单向测是被动式伪码单向测 距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号北斗一号 ”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去 了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包了无线电隐蔽性，这在军事上相

52、当不利，另一方面由于设备必须包 含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位 。 4 4、定位精度、定位精度 北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns100ns。GPSGPS三三 维定位精度维定位精度P P码目前己由码目前己由16m16m提高到提高到6m6m，C/AC/A码目前己由码目前己由25-100m25-100m提高提高 到到12m12m，授时精度日前约，授时精度日前约20ns20ns。 5 5、用户容量、用户容量 北斗导航系统由于是主动双向测距的询问北斗导航

53、系统由于是主动双向测距的询问应答系统，用户设应答系统，用户设 备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号， 还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量 取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。 因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPSGPS是单向测距系是单向测距系 统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位统，

54、用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位 ，因此，因此GPSGPS的用户设备容量是无限的。的用户设备容量是无限的。 6 6、生存能力、生存能力 和所有导航定位卫星系统一样，和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号北斗一号”基于中心控制系基于中心控制系 统和卫星的工作，但是统和卫星的工作，但是“北斗一号北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显对中心控制系统的依赖性明显 要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥 补这种系统易损性，补这种系统易损性，GPSGPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主正在发展星际横向数据

55、链技术，使万一主 控站被毁后控站被毁后GPSGPS卫星可以独立运行。而卫星可以独立运行。而“北斗一号北斗一号”系统从原理上系统从原理上 排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作 了。了。 7 7、实时性、实时性 “ “北斗一号北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制 系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球 静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时静止卫星走一个来回，再加上

56、卫星转发，中心控制系统的处理，时 间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。此 外，外，“北斗一号北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短 信通讯功能就是信通讯功能就是GPSGPS所不具备的。所不具备的。 “北斗北斗”系统的军事用途系统的军事用途 “北斗北斗”卫星导航定位系统基本上是以满足商用服务为主，虽卫星导航定位系统基本上是以满足商用服务为主，虽 然目前军事用途仍有限，不过其仍具有雄厚的军事应用潜力，这也然目前军事用途仍有限，不过其仍具有雄厚的军事应用潜力，这也 是

57、未来发展重点。理由很简单，虽然我国卫星导航定位应用近年来是未来发展重点。理由很简单，虽然我国卫星导航定位应用近年来 发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国GPSGPS之上之上 。一旦发生战争，美国关闭。一旦发生战争，美国关闭GPSGPS或加大民用码误差，后果不堪设想或加大民用码误差，后果不堪设想 ，所以必须发展自主的卫星导航定位系统。，所以必须发展自主的卫星导航定位系统。 其实其实“北斗北斗”卫星导航定位系统的军事功能与卫星导航定位系统的军事功能与GPSGPS类似，如：飞类似，如：飞 机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动

58、发射车、自机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自 行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短 反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运作方式不同，反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运作方式不同， “北斗北斗”卫星导航定位系统有一些卫星导航定位系统有一些GPSGPS没有的军事功能，其中最重没有的军事功能，其中最重 要的就是部队的指挥管制。要的就是部队的指挥管制。 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统的简短通信功能可进行卫星导航定位系统的简短通信功能可进行“群呼群呼 ”，如集团用户中心发出

59、的各种指令经，如集团用户中心发出的各种指令经“北斗北斗”指挥型用户机上传指挥型用户机上传 至至“北斗北斗”卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至“北斗北斗 ”卫星向目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用户进行指卫星向目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用户进行指 挥调度。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不挥调度。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不 仅用户知道自己的测定位置，而调度指挥的上层单位或其他有关单仅用户知道自己的测定位置，而调度指挥的上层单位或其他有关单 位也可得知用户所在位置。位也可得知用户所在位置

60、。 这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也 就是说各级部队一旦配备就是说各级部队一旦配备“北斗北斗”卫星导航定位系统，除了可供自卫星导航定位系统，除了可供自 身定位导航外，高层指挥部也可随时通过身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗北斗”系统掌握部队位系统掌握部队位 置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，可置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，可 利用利用“北斗北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。 “北斗北斗”系统的限制与弱