西电导航原理_北斗导航系统.

1、 电子工程学院电子工程学院 探测制导系探测制导系西电导航原理西电导航原理北斗导航系统北斗导航系统20分下载那个也太黑了分下载那个也太黑了卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用l绪论绪论l北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统lGPS卫星导航系统卫星导航系统本章节提纲本章节提纲卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用l北斗前身北斗前身l北斗北斗1号号n发展简史发展简史n系统简介系统简介n系统的局限性与不足系统的局限性与不足n与与GPS系统的比较系统的比较l北斗北斗2号发展简史号发展简史l双星定位通信系统简介双星定位通信系统简介l双星系统的基本工作过程和基本定位方程双星系统的基本工作过程和基本定位方程

2、l双星系统的定位解算方法双星系统的定位解算方法l双星系统的误差分析双星系统的误差分析北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统提纲提纲卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用19831983年，我国年，我国“两弹一星两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院功勋奖章获得者陈芳允院士及其合作者提出利用两颗同步定点卫星进行导航的士及其合作者提出利用两颗同步定点卫星进行导航的设想，经过分析和和初步实地试验，证明效果良好。设想，经过分析和和初步实地试验，证明效果良好。19861986年初，我国正式以双星快速定位通信系统为名开年初，我国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始进行整个

3、计划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。当时专家的研究报告提出多种卫星导航定位责研发。当时专家的研究报告提出多种卫星导航定位系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用2 2颗或颗或3 3颗位于地球同步轨道的通信卫星进行导航定位颗位于地球同步轨道的通信卫星进行导航定位的方案比较适合我国。的方案比较适合我国。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗前身北斗前身北斗前身北斗前身(1)卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 19861986年的方案提出是由于当时我国航天科技实年的方案提出是由于当时我国航天科技实力，已具有制造与发射同步轨道通信卫星的能力

4、，力，已具有制造与发射同步轨道通信卫星的能力，也已建立卫星地面跟踪网，有相当规模的卫星轨道也已建立卫星地面跟踪网，有相当规模的卫星轨道数据处理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与数据处理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与地面设施功能；另一方面也顾及到当时经济实力有地面设施功能；另一方面也顾及到当时经济实力有限，因为此项发展需要限，因为此项发展需要2424颗卫星类似美国颗卫星类似美国GPSGPS的卫的卫星导航定位系统，需要大量经费，当时我国尚无此星导航定位系统，需要大量经费，当时我国尚无此财力。财力。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗前身北斗前身北斗前身北斗前身(2)卫星导航原理及其应用卫

5、星导航原理及其应用19861986年底我国相关单位就提出了总体技术方案和试年底我国相关单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只要验方案，预估只要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颗同步卫星进行试验，验证导航定位原理，并检验颗同步卫星进行试验，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途径。系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术途径。19891989年年9 9月月5 5日凌晨日凌晨5 5点，我国科研人员以库尔勒、点，我国科研人员以库尔勒、南宁等南宁等4 4个用户机进行第一次定位试验，结果证明，个用户机进行第一次定位试验，结果证明，利用双星定位可

6、实现定位、定时、简短通信三大功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。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗前身北斗前身北斗前身北斗前身(3)卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用备注：备注：就在筹备双星定位系统期间，我国相关专家发现就在筹备双星定位系统期间，我国相关专家发现19821982年美国已有年美国已有3 3名科学家开始发展一个利用名科学家开始发展一个利用3 3颗颗同步轨道卫星，名为同步轨道卫星，名为GEOSTARGEOSTAR的定位系统，还获得的定位系统，还获得多项专利。但是后来因为功能更佳的多

7、项专利。但是后来因为功能更佳的GPSGPS全球定位全球定位系统发展迅速，使得研发中的系统发展迅速，使得研发中的GEOSTARGEOSTAR系统资金被系统资金被撤走，在撤走，在19911991年宣告失败。由于年宣告失败。由于GEOSTARGEOSTAR最后也将最后也将使用使用3 3颗卫星定位改为双星定位，因此仍倾向于认颗卫星定位改为双星定位，因此仍倾向于认为使用双星定位的概念是我国最早提出并实现的。为使用双星定位的概念是我国最早提出并实现的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗前身北斗前身北斗前身北斗前身(4)卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用19941994年年1 1月，我国正式批准了

8、北斗卫星导航系统的月，我国正式批准了北斗卫星导航系统的研制，双星快速定位通信系统正式命名为研制，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗北斗”卫星导航定位系统，其工程代号为卫星导航定位系统，其工程代号为“北斗一号北斗一号”, ,被列为我国被列为我国“九五计划九五计划”重大项目。双星快速定位重大项目。双星快速定位系统试验的成功，为系统试验的成功，为“北斗北斗”系统奠定了技术基础，系统奠定了技术基础，先后发射了两颗北斗一号静止轨道卫星。先后发射了两颗北斗一号静止轨道卫星。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，

9、完成地面控制中心等应用系统的总体设计方案，建立建立“北斗北斗”系统的完整体系。系统的完整体系。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号发展简史发展简史(1)卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号发展简史发展简史(2)日期日期火箭火箭卫星卫星轨道轨道使用状况使用状况2000年年 10月月31日日长征长征3号号A北斗北斗-1A地球静止轨道地球静止轨道GEO 140E否否2000年年 11月月21日日长征长征3号号A北斗北斗-1BGEO 80E是是2003年年 5月月25日日长征长征3号号A北斗北斗-1CGEO 110.5E是是2007年

10、年 2月月3日日长征长征3号号A北斗北斗-1DGEO 86E是是卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗北斗1 1号卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的号卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSSCNSS），是），是继美国的全球定位系统（继美国的全球定位系统（GPSGPS）、俄罗斯的）、俄罗斯的GLONASSGLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由三颗（两颗工作星（该系统由三颗（两颗工作星（8080E E和和140140E E）、一颗）、一颗备用星）北斗一号、地面控制中心为主

11、的地面部份、备用星）北斗一号、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。该系统可向用户提供全北斗用户终端三部分组成。该系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒的同步精度，其精度与数十纳秒的同步精度，其精度与GPSGPS相当。相当。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号系统简介系统简介卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用定位工作主要在中心定位工作主要在中心站完成，属于主动式站完成，属于主动式导航定位系统二维导

12、导航定位系统二维导航和定位，高程结果航和定位，高程结果需要由其他途径获得。需要由其他途径获得。主要的优势在于军用：主要的优势在于军用：通讯、集团用户的调通讯、集团用户的调度和派遣。度和派遣。地面中心站用户S1S2DS1DS2D1D2北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 地面数据处理中心：地面数据处理中心：利用北斗用户的实时运行轨迹和相关地图对动态用户进行导航和交通管制遥测北斗用户接收机的工作状态，报警用户收发机的故障，识别用户身份，控制用户使用响应并回复集团用户对下属用户的定位审查北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原

13、理及其应用卫星导航原理及其应用1 1、二维定位的问题、二维定位的问题 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统是双星系统，因卫星导航定位系统是双星系统，因此，其用户接收机只能测得二维此，其用户接收机只能测得二维( (平面平面) )的定位数据。的定位数据。用户若位于海平面上，因高度为零，可以直接求得用户若位于海平面上，因高度为零，可以直接求得三维三维( (平面和高度平面和高度) )的定位数据；但用户若位于陆地的定位数据；但用户若位于陆地或空中，就需要利用地面控制中心的数字地图或用或空中，就需要利用地面控制中心的数字地图或用户自备的测高仪才能求得用户的高度，并进一步确户自备的测高仪才能求得用户的高度，

14、并进一步确定用户的三维坐标。若控制中心的数字地图数据库定用户的三维坐标。若控制中心的数字地图数据库数据不够准确，尤其是要拿到非本国的地理精确数数据不够准确，尤其是要拿到非本国的地理精确数据并不容易，定位出的位置数据就会有问题。据并不容易，定位出的位置数据就会有问题。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2 2、定位时间的问题、定位时间的问题 用户的定位申请要送回地面控制中心，经由中心用户的定位申请要送回地面控制中心，经由中心控制系统解算出用户的三维位置资料之后再发回用户。控制系统解算出用户的三维位置资料之

15、后再发回用户。无线电信号从地面发出，经卫星返回地面的上下行时无线电信号从地面发出，经卫星返回地面的上下行时间约为间约为0.24-0.280.24-0.28秒，从用户接收器应答测距信号到秒，从用户接收器应答测距信号到接收定位结果，信号经过两次上下行链路的传送，时接收定位结果，信号经过两次上下行链路的传送，时间约需间约需0.560.56秒，加上中心控制系统的计算时间，整个秒，加上中心控制系统的计算时间，整个定位时间约需定位时间约需1 1秒钟，即用户接收机约可在秒钟，即用户接收机约可在1 1秒钟完成秒钟完成定位。这定位。这1 1秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动

16、用户嫌时间长，会加大定位的误差，因此若要进行精用户嫌时间长，会加大定位的误差，因此若要进行精确定位，以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。确定位，以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3 3、有源应答的问题、有源应答的问题(1)(1) 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统的客户端要请求卫星导航定位系统的客户端要请求定位服务时，必须发出应答信号，即定位服务时，必须发出应答信号，即“有源应答有源应答”，如果使用者是军方单位就会使自身失去隐蔽性，且这如果使用者是军方单位就会使自

17、身失去隐蔽性，且这个定位服务要求的信号也可被敌方定位，而招致攻击个定位服务要求的信号也可被敌方定位，而招致攻击。 另外，客户端除了要和卫星一样接收来自地面另外，客户端除了要和卫星一样接收来自地面控制中心的询问信号，也要发出应答信号，因此，整控制中心的询问信号，也要发出应答信号，因此，整个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制条件的限制。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用

18、卫星导航原理及其应用3 3、有源应答的问题、有源应答的问题(2)(2) “北斗北斗”卫星导航定位系统的用户设备容量是有限卫星导航定位系统的用户设备容量是有限的，每秒钟只能容纳的，每秒钟只能容纳150150个用户。虽然每个客户端都个用户。虽然每个客户端都有专用识别码，不过一旦被破解，很容易使整个系统有专用识别码，不过一旦被破解，很容易使整个系统被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和，使系统瘫痪被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和，使系统瘫痪或者是传送假信息，迷惑友军。或者是传送假信息，迷惑友军。 由于由于“北斗北斗”卫星导航定位系统中地面控制中心扮卫星导航定位系统中地面控制中心扮演着系统关键角色，如：

19、承转卫星信息、解算用户位演着系统关键角色，如：承转卫星信息、解算用户位置等，因此，一旦地面控制中心被毁，整个系统就不置等，因此，一旦地面控制中心被毁，整个系统就不能运作了，这也是能运作了，这也是“北斗北斗”系统的致命伤系统的致命伤。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用4 4、用户机的问题、用户机的问题 系统使用的卫星是同步轨道卫星，这意味着落地系统使用的卫星是同步轨道卫星，这意味着落地信号功率很小，因此用户机需要有较大天线信号功率很小，因此用户机需要有较大天线( (直径达直径达2020厘米厘米) )才能

20、接收信号，而且因才能接收信号，而且因 有源应答有源应答 运作方式，运作方式，所以，用户机还要包含发射机，因此在体积所以，用户机还要包含发射机，因此在体积( (普通型普通型用户机长用户机长2020厘米、宽厘米、宽17.517.5厘米、高厘米、高5.25.2厘米厘米) )、重量、重量、耗电量，甚至价格都远比耗电量，甚至价格都远比GPSGPS接收机来得大、重、耗接收机来得大、重、耗电与贵，而且这么大且重的用户机，不要说是装在导电与贵，而且这么大且重的用户机，不要说是装在导弹上，就是单兵使用都是一大负担。弹上，就是单兵使用都是一大负担。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与

21、不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用5 5、抗干扰的问题、抗干扰的问题 系统系统“有源应答有源应答”的运作模式，使得数据更新的运作模式，使得数据更新速度较慢，原本就不利于速度较快的飞机和导弹速度较慢，原本就不利于速度较快的飞机和导弹做精确定位。所以一旦配备做精确定位。所以一旦配备“北斗北斗”的飞机或导弹，的飞机或导弹，被敌方干扰，其误差值要比使用被敌方干扰，其误差值要比使用GPSGPS制导被干扰要制导被干扰要来得大。来得大。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 系统的局限性与不足系统的局限性与不足卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用1 1、覆盖范围：

22、、覆盖范围： 北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约统。覆盖范围东经约7070140140，北纬，北纬5 55555。 GPSGPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-96-9颗卫颗卫星星( (实际上最多能观测到实际上最多能观测到1111颗颗) )。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2 2、卫星数量和轨道特性：、卫星数量和轨道特性： 北斗北斗

23、1 1号导航系统是在地球赤道平面上设号导航系统是在地球赤道平面上设置置2 2颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约6060。 GPSGPS是在是在6 6个轨道平面上设置个轨道平面上设置2424颗卫星，颗卫星，轨道赤道倾角轨道赤道倾角5555，轨道面赤道角距，轨道面赤道角距6060。GPSGPS卫星为准同步轨道，绕地球一周卫星为准同步轨道，绕地球一周1111小时小时5858分。分。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用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

24、维导北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。由地面中心控制系统解算，提供用户三航。由地面中心控制系统解算，提供用户三维定位数据。维定位数据。 GPSGPS是被动式伪码单向测距三维导航。由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。用户设备独立解算自己三维定位数据。 北斗系统的这种工作原理带来两个方面北斗系统的这种工作原理带来两个方面的问题：用户定位的同时失去了无线电隐蔽的问题：用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，在军事上相当不利；设备必须包含发射性，在军事上相当不利；设备必须包含发射机，在体积、重量、价格和功耗方面处于不机，在体积、重量、价格和功耗方面处于不利的地位。利的地位

25、。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用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，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约授时精度约100ns100ns。 GPSGPS三维定位精度三维定位精度P P码已由码已由16m16m提高到提高到6m6m，C/A C/A 码目前已由码目前已由2525100m 100m 提高到提高到12m12m，授时，授时精度约精度约20ns20ns。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理

26、及其应用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系统由于是主动双向测距的询问-应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要应答系统，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，还要求用户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，用户设备容量是有限的。率和用户的响应频率，用户设备容量是有限的。 GPSGPS是单向测距系统，用户设备只要接收导是单向测距系统，用

27、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，因此航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS GPS 的用户设备容量是无限的。的用户设备容量是无限的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用6 6、生存能力：、生存能力： 和所有导航定位卫星系统一样，北斗系统基和所有导航定位卫星系统一样，北斗系统基于中心控制系统和卫星而工作，但是北斗系统对于中心控制系统和卫星而工作，但是北斗系统对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位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解算在

28、那里而不是由用户设备完成的。 为了弥补这种系统易损性，为了弥补这种系统易损性，GPSGPS正在发展星正在发展星间横向数据链技术，使万一主控站间横向数据链技术，使万一主控站被毁后被毁后GPSGPS卫星卫星可以独立运行。而北斗系统从原理上排除了这种可以独立运行。而北斗系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。续工作了。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用7 7、实时性：、实时性： 北斗用户的定位申请要送回中心控制系统，北斗用户的定位申请要送

29、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，其间要经过地球静止卫星走一个来回，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，时间延再加上卫星转发，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，北斗卫星导航系统也有一些自位的误差。此外，北斗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身的特点，其具备的短信通讯功能就是GPS GPS 所不所不具备的。具备的。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号

30、与与GPS系统的比较系统的比较卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 “ “北斗北斗”卫星导航定位系统基本上是以满足民卫星导航定位系统基本上是以满足民用服务为主，虽然目前军事用途仍有限，不过其用服务为主，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。理由很简单，虽然仍具有雄厚的军事应用潜力。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，或加大民用码误差，对我国而言，

31、后果不堪设想，所以我们必须未雨对我国而言，后果不堪设想，所以我们必须未雨绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 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GPS GPS 类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多定位导航；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体发射位置的快速定位，管火箭发射车等武器载体发射位置的快速定位，以缩短反应时间

32、；人员搜救、水上排雷定位等。以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运行方式不同，不过，因运行方式不同，“北斗北斗”卫星导航定位系卫星导航定位系统有一些统有一些GPSGPS没有的军事功能，其中最重要的就是没有的军事功能，其中最重要的就是部队的指挥管制。部队的指挥管制。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 由于北斗卫星导航定位系统的简短通信功能由于北斗卫星导航定位系统的简短通信功能可进行可进行“群呼群呼”，如集团用户中心发出的各种指令，如集团用户中心发出的各种指令经经“北斗北斗”指挥型用户机上传至指挥型用户机上传至

33、“北斗北斗”卫星接着转卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至北斗卫星向给地面控制中心，再经出站链路传至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，不仅用户知道自己的测定间隔时间进行定位时，不仅用户知道自己的测定位置，而且负责调度指挥的上层单位或其他有定位置，而且负责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关单位也可得知用户所在位置。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导

34、航原理及其应用 这项功能用在军事上，意味着可主动进行各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级部队的定位，也就是说各级部队一旦配备“北北斗斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过北斗系统掌握部队外，高层指挥部也可随时通过北斗系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的好处。换言之，我们可利用的好处。换言之，我们可利用“北斗北斗”卫星导航定卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理位系统执行部队指挥与管制及战场管理。北斗卫星导航系统北斗卫

35、星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 海湾战争期间，伊军使用的海湾战争期间，伊军使用的GPSGPS干扰设备的干扰设备的效能到底如何效能到底如何? ? 因伊拉克和联军双方都没有公布因伊拉克和联军双方都没有公布相关资料，因此很难判断。不过由一些外电报道相关资料，因此很难判断。不过由一些外电报道也许可推出一些端倪，刚开战时，很多报道都指也许可推出一些端倪，刚开战时，很多报道都指称联军精准武器准到房子被炸，而屋前的汽车却称联军精准武器准到房子被炸，而屋前的汽车却毫发无伤，但随着战事推展，联军误击巴格达市毫发无伤，但随着战事推展，联军误击巴格达市场和住宅

36、区造成平民死伤的事件，便不时发生。场和住宅区造成平民死伤的事件，便不时发生。尤其是像市场这种大目标也会误炸，有外电报道尤其是像市场这种大目标也会误炸，有外电报道指可能是伊拉克发射的防空导弹未爆落回地面造指可能是伊拉克发射的防空导弹未爆落回地面造成的，除此之外实在令人很难不联想到是否这些成的，除此之外实在令人很难不联想到是否这些误炸事件是因联军精确制导武器被伊军干扰所致误炸事件是因联军精确制导武器被伊军干扰所致。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 不过要注意的是，这种不过要注意的是，这种GPSGPS干扰设备一旦激活干扰设备

37、一旦激活后因本身也发出电波，很容易被敌军定位而暴露行后因本身也发出电波，很容易被敌军定位而暴露行踪，反而成为敌军攻击目标。美伊战争期间，联军踪，反而成为敌军攻击目标。美伊战争期间，联军受干扰后，立即以战机摧毁伊军使用的受干扰后，立即以战机摧毁伊军使用的GPSGPS干扰设干扰设备，由此可知这些干扰设备确实有效。备，由此可知这些干扰设备确实有效。 我国近年来在我国近年来在GPSGPS差分定位技术，即差分定位技术，即DGPS DGPS (Differential GPS)(Differential GPS)的发展上不遗余力，目的就是的发展上不遗余力，目的就是要提高要提高GPSGPS定位精度，使得定位

38、精度，使得GPSGPS定位更加实时精确，定位更加实时精确，应用范围更广泛。应用范围更广泛。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 “GPS “GPS差分定位差分定位”的原理如下：在一个经过测量得知的原理如下：在一个经过测量得知其精确位置数据的固定地点其精确位置数据的固定地点( (站台站台) )，以，以1 1个个C/AC/A码码( (民用码民用码) )用户接收器接收用户接收器接收GPSGPS的信号而获得该站台的信号而获得该站台的的“所测位置数据所测位置数据”，比较其与，比较其与“精确位置数据精确位置数据”的的差异就可得到差异就

39、可得到GPSGPS定位误差修正量。然后以无线电定位误差修正量。然后以无线电发射机将这些发射机将这些“定位误差修正量定位误差修正量”传播出去，供该地传播出去，供该地区使用中的大量区使用中的大量C/AC/A码用户接收机接收，修正其接码用户接收机接收，修正其接收机器的定位数据。通过差分式收机器的定位数据。通过差分式GPSGPS系统，可使系统，可使C/AC/A码接收器的定位精度提高约码接收器的定位精度提高约1010倍之多。倍之多。 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 而而“北斗北斗”的的“0303星星”虽是备份星，目的在虽是备份

40、星，目的在“0101星星”或或“0202星星”发生故障时，可接替其工作，但发生故障时，可接替其工作，但“0101星星”和和“0202星星”都运作正常的情况下，则可利用都运作正常的情况下，则可利用“0303星星”进行差分修正服务、附加导航等工作，以提高定位进行差分修正服务、附加导航等工作，以提高定位精度。不过即使精度。不过即使“0303星星”用来作为差分修正服务，用来作为差分修正服务，“北斗北斗”的客户端只能收到的客户端只能收到3 3颗卫星信号，精度还是颗卫星信号，精度还是比不上比不上GPSGPS用户至少可收到用户至少可收到4 4颗卫星信号。所以除了颗卫星信号。所以除了发展北斗系统与发展北斗系统

41、与GPSGPS的双模用户机外。将来也可能的双模用户机外。将来也可能利用已在我国普设利用已在我国普设GPSGPS差分基地站，发射北斗系统差分基地站，发射北斗系统的定位误差修正量，使北斗系统用户能接收到第的定位误差修正量，使北斗系统用户能接收到第4 4个定位信号，以提高定位精度。个定位信号，以提高定位精度。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号 军事用途军事用途卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用 双星导航定位系统是我国迄今为止最双星导航定位系统是我国迄今为止最复杂的卫星系统。它需要两颗卫星才能正复杂的卫星系统。它需要两颗卫星才能正常工作，对卫星的可靠性提出了很高的要常工作，对卫星

42、的可靠性提出了很高的要求。它的地面应用系统也是目前国内最复求。它的地面应用系统也是目前国内最复杂的杂的,而且涉及了很多高新技术。它的建成，而且涉及了很多高新技术。它的建成，不但使我军获得独立自主和快速有效的定不但使我军获得独立自主和快速有效的定位手段位手段, 而且也标志着我国在卫星导航技术而且也标志着我国在卫星导航技术领域取得了重大突破。领域取得了重大突破。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗一号北斗一号卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用l北斗前身北斗前身l北斗北斗1号号l北斗北斗2号号n发展简史发展简史n卫星组成卫星组成n卫星提供的服务卫星提供的服务北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统提

43、纲提纲卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用20042004年年8 8月月3131日，我国拥有完全自主知识产权的日，我国拥有完全自主知识产权的“北斗二号北斗二号”卫星导航系统立项。卫星导航系统立项。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗北斗2号号 发展简史发展简史卫星卫星发射日期发射日期火箭火箭轨道轨道卫星卫星发射日期发射日期 火箭火箭轨道轨道第第1颗颗07.4.14CZ-3AMEO第第7颗颗10.12.18CZ-3AIGSO第第2颗颗09.4.15CZ-3CGEO第第8颗颗11.4.10CZ-3AIGSO第第3颗颗10.1.17CZ-3CGEO第第9颗颗11.7.27CZ-3AIGSO第第

44、4颗颗10.6.2CZ-3CGEO第第10颗颗 11.12.2CZ-3AIGSO第第5颗颗10.8.1CZ-3AIGSO第第11颗颗12.12.25CZ-3CGEO第第6颗颗10.11.1CZ-3CGEO卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗二号卫星导航系统空间段计划由北斗二号卫星导航系统空间段计划由5 5颗静止轨道颗静止轨道卫星卫星(GEO)(GEO)和和3030颗非静止轨道卫星组成，颗非静止轨道卫星组成，3030颗非静颗非静止轨道卫星由止轨道卫星由2727颗中轨卫星颗中轨卫星(MEO)(MEO)和和3 3颗倾斜同步颗倾斜同步卫星卫星(IGSO)(IGSO)组成。组成。2727颗颗ME

45、OMEO卫星平均分布在倾角卫星平均分布在倾角5555度的三个平面上，轨道高度度的三个平面上，轨道高度2150021500公里。公里。为了满足高纬度地区进行信号增强工作的需求，为了满足高纬度地区进行信号增强工作的需求，增设了增设了3 3颗颗IGSOIGSO轨道卫星。高度和静止轨道卫星相轨道卫星。高度和静止轨道卫星相同，但倾角不为同，但倾角不为0 0，克服了，克服了GEOGEO卫星在高纬度地区卫星在高纬度地区仰角过低的问题，可以对高纬度地区进行有效的仰角过低的问题，可以对高纬度地区进行有效的信号增强。信号增强。3 3颗颗IGSOIGSO卫星轨道最北到北纬卫星轨道最北到北纬5555，可，可对我国领土

46、范围内进行有效的精度增强。对我国领土范围内进行有效的精度增强。 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗北斗2号号 卫星组成卫星组成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统 北斗北斗2号号 卫星组成卫星组成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗北斗2 2号卫星导航系统提供两种服务方式，即开放号卫星导航系统提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为定位、测速和授时服务，定位精度为1010米，授时米，授时精度为精度为5050纳秒，测速精度为纳秒，测速精度为0.20.

47、2米秒。授权服务米秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。北斗卫星导航系统与通信服务信息。北斗卫星导航系统与GPSGLONASSGPSGLONASS系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置在什么的所在位置，还可以告诉别人自己的位置在什么地方，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，地方，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。时查询等。北斗卫星导航系统北斗卫

48、星导航系统 北斗北斗2号号 卫星提供的服务卫星提供的服务卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用GPS/GLONASS系统参数比较系统参数比较GPSGLONASS卫星星座21+321+3轨道平面6 个轨道面3 个轨道面轨道倾角55。64.8。轨道高度20,200km19,123km运行周期11 小时 58 分钟11 小时 15 分钟星历数据轨道开普勒根数地心直角坐标卫星寻址CDMA（码分多址）不同的卫星采用不同的PRN码加以区分FDMA（频分多址）（L1 ） 1602+k ?/16 MHz（L2 ） 1246+k?/16MHz载波频率L1 ： 1575.42MHzL2 ： 1227.6MHz1

49、602.5625MHz1615.5MHz1246.4375MHz1256.5MHz基准坐标系WGS-84PZ-90测距码伪随机噪声码伪随机噪声码码元数1023 bit511 bit码周期1 ms1 ms码频率1.023 MHz0.511 MHz时间基准GPS时统，与 UTC保持一定的差值，无跳秒GLONASS时统，经常调整与UTC保持一致，有跳秒导航电文37500 bits ，持续 750 秒7500 bits ，持续 150 秒卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用l北斗前身北斗前身l北斗北斗1号号l北斗北斗2号发展简史号发展简史l双星定位通信系统简介双星定位通信系统简介l双星系统的基本工

50、作过程和基本定位方程双星系统的基本工作过程和基本定位方程l双星系统的定位解算方法双星系统的定位解算方法l双星系统的误差分析双星系统的误差分析北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统提纲提纲卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成由通信导航卫星、由通信导航卫星、地面测控网和用户地面测控网和用户设备系统组成。设备系统组成。卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用1）导航通信卫星）导航通信卫星 系统中的卫星是空间导航站，即在空间的位置系统中的卫星是空间导航站，即在空间的位置基准点，也是通信中继站，它是离地约基准点

51、，也是通信中继站，它是离地约36000km 高的地球静止卫星。由三颗北斗一号卫星组成，两高的地球静止卫星。由三颗北斗一号卫星组成，两颗卫星分别定点在东经颗卫星分别定点在东经80、东经、东经140上空上空 ,另一另一颗在轨备份卫星定点在东经颗在轨备份卫星定点在东经 110.5上空。每颗卫上空。每颗卫星由有效载荷、电源、测控、姿态和轨道控制、推星由有效载荷、电源、测控、姿态和轨道控制、推进、热控、结构等分系统组成。卫星上设置两套转进、热控、结构等分系统组成。卫星上设置两套转发器，一套构成地面中心到用户的通信链，另一套发器，一套构成地面中心到用户的通信链，另一套构成由用户到地面中心的通信链。卫星波束

52、覆盖我构成由用户到地面中心的通信链。卫星波束覆盖我国领土和周边地区，主要满足国内导航通信需要。国领土和周边地区，主要满足国内导航通信需要。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成双静止卫星定位通信系统的通信链路卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(1) 主控站主控站(计算中心计算中心)、测轨站、气压测高站和校准站、测轨站、气压测高站和校准站。主控站主控站设在北京，控制整个系统

53、工作，主要任务有：设在北京，控制整个系统工作，主要任务有：接收卫星发射的遥测信号；向卫星发送遥控指令，接收卫星发射的遥测信号；向卫星发送遥控指令，控制卫星的运行、姿态和工作控制卫星的运行、姿态和工作。控制各测轨站的工作，收集它们的测量数据，对卫控制各测轨站的工作，收集它们的测量数据，对卫星进行测轨、定位，结合卫星的动力学、运动学模星进行测轨、定位，结合卫星的动力学、运动学模型，制作卫星星历型，制作卫星星历。实现中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心、实现中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心、卫星、用户间往返的传播时间卫星、用户间往返的传播时间(或距离或距离)。北斗卫星导航系统北斗卫星导航

54、系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(2) 主控站利用测得的主控站、卫星与用户间电波往返主控站利用测得的主控站、卫星与用户间电波往返的传播时间、气压高度数据、误差校正数据和卫星的传播时间、气压高度数据、误差校正数据和卫星星历数据，结合存储在计算中心的系统覆盖区数字星历数据，结合存储在计算中心的系统覆盖区数字地图，对用户进行精确定位。地图，对用户进行精确定位。系统中各用户通过与计算中心的通信，间接地实现系统中各用户通过与计算中心的通信，间接地实现用户与用户之间的通信。由于主控站集中了系统中用户与用户

55、之间的通信。由于主控站集中了系统中全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆盖区内的用户进行识别、监视和控制。盖区内的用户进行识别、监视和控制。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(3) 测轨站测轨站设置在位置坐标准确已知的地点，作为设置在位置坐标准确已知的地点，作为对卫星定位的位置基准点，测量卫星和测轨站间电对卫星定位的位置基准点，测量卫星和测轨站间电波传播时间波传播时间(或距离或距离), 以多边定位方法确定卫星的空以多边

56、定位方法确定卫星的空间位置。间位置。 一般需设置三个或三个以上的测轨站一般需设置三个或三个以上的测轨站,各测轨站各测轨站之间应尽可能地拉开距离之间应尽可能地拉开距离,以得到较好的几何精度系以得到较好的几何精度系数。三个测轨站分别设在佳木斯、喀什和湛江。各数。三个测轨站分别设在佳木斯、喀什和湛江。各测轨站将测量数据通过卫星发送至主控站，测轨站将测量数据通过卫星发送至主控站， 由主控由主控站进行卫星位置的解算。站进行卫星位置的解算。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(4)

57、 校准站校准站亦分布在系统覆盖区内，其位置坐标应亦分布在系统覆盖区内，其位置坐标应准确已知。校准站的设备及其工作方式与用户机及准确已知。校准站的设备及其工作方式与用户机及其工作方式完全相同。由主控站对其进行定位，将其工作方式完全相同。由主控站对其进行定位，将主控站解算出的校准站的位置坐标与校准站的实际主控站解算出的校准站的位置坐标与校准站的实际位置坐标相减，求得差值，由此差值形成用户定位位置坐标相减，求得差值，由此差值形成用户定位修正值。一个校准站的修正值一般可用来作为其周修正值。一个校准站的修正值一般可用来作为其周围围100200km区域内用户的定位修正值。区域内用户的定位修正值。北斗卫星导

58、航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用2) 地面测控网地面测控网(5) 测高站测高站设置在系统覆盖区内，用气压式高度计设置在系统覆盖区内，用气压式高度计测量测高站所在地区的海拔高度。通常一个测高站测量测高站所在地区的海拔高度。通常一个测高站测得的数据粗略地代表其周围测得的数据粗略地代表其周围100200km地区的地区的海拔高度。海拔高度与该地区大地水准面高度之代海拔高度。海拔高度与该地区大地水准面高度之代数和数和,即为该地区实际地形离基准椭球面的高度。各即为该地区实际地形离基准椭球面的高度。各测高站将测量的

59、数据通过卫星发送至主控站。测高站将测量的数据通过卫星发送至主控站。 一般的测轨站、测高站、校准站均是无人值守一般的测轨站、测高站、校准站均是无人值守自动数据测量、收集中心，在主控站控制下工作。自动数据测量、收集中心，在主控站控制下工作。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3)用户设备用户设备(1) 用户设备是带有全向收发天线的接收、转发器，用户设备是带有全向收发天线的接收、转发器，用于接收卫星发射的用于接收卫星发射的S波段信号，从中提取出由主波段信号，从中提取出由主控站传送给用户的数字信息。用户

60、设备仅是接收、控站传送给用户的数字信息。用户设备仅是接收、转发设备，设备可做得简单转发设备，设备可做得简单, 成本也可降低。成本也可降低。 对于一个容量极大的系统，降低用户设备的价对于一个容量极大的系统，降低用户设备的价格是扩大系统用户，提高系统使用效率的关键，也格是扩大系统用户，提高系统使用效率的关键，也是提高系统竞争能力的关键因素之一。是提高系统竞争能力的关键因素之一。北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统双星定位通信导航系统简介双星定位通信导航系统简介系统构成系统构成卫星导航原理及其应用卫星导航原理及其应用3)用户设备用户设备(2)北斗系统用户设备具有三大特点：北斗系统用户设备具有三大特点：开