学术周报告会综述

1、学术周报告会综述北斗卫星导航系统学期末，院里组织了三场报告会，有关于遥感大数据的，有关于北斗卫星导航系统的，还有专业与空气污染方面的。下面就北斗卫星导航系统给出自己的看法。（一）、概述北斗卫星导航系统BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可

2、在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。2013年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开，正式发布了北斗系统公

3、开服务性能规范（1.0版）和北斗系统空间信号接口控制文件（2.0版）两个系统文件。2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位。中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。（二）、原理1、定位原理35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点卫星导航系统的时间到达差原理都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式

4、，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收机接收。由于传输的距离因素，接

5、收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。2、卫星导航原理踪卫星的轨道位置和系统时间。位于地面的主控站与其运控段一起，至少每天一次对每颗卫星注入校正数据。注入数据包括：星座中每颗卫星的轨道位置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，可在几个星期内保持有效。卫星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。

6、这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内，UTC是由美国海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10-13秒。卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每颗卫星上只有一台频标在工作。卫星导航原理：卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。13由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用的定位精度只有数十米量级。为提高定位精度，普遍采用差分定位技术（如DGPS、DGNSS）

7、，建立地面基准站 (差分台)进行卫星观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分定位技术，定位精度可提高到米级。（三）、北斗卫星导航系统发展概况及组成卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多

8、领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。1、 北斗一代北斗导航系统在国际电信联盟登记的频段为卫星无线电定位业务频段，上行为L频段（频率161016265MHz），下行为S频段（频率248352500MHz）；登记的卫星位置为赤道面东经80度、140度和1105度（最后一个为备份星星位）。北斗一代系统将由中心控制系统经卫星至用户机的信道传输体制和信息在信道中的传输方式定义为出站信号。在北斗一代系统中，出站信号设计成为伪随机码直接序列扩频，双信道OQPSK调

9、制方式，采用连续桢结构信息传输方式，其中作为正交方式的I、Q两个支路的信号功率可根据实际使用情况作出调整。其中所传输的信息帧，在时域的划分上分为超帧和帧两种结构，并固定帧长，即1分钟为一个超帧周期，其包含1920帧，每秒为严格的32帧。其中，北斗一代系统卫星传播信号中，I支路用于传输定位通信标校广播和其他公用信息，每帧开始由13位巴格码加1个“0”组成，巴格码最后一位“1”下降沿所对应的为脉冲为该帧的参考时标。北斗一号共有3颗卫星6个波束，波束服务区几何中心的经纬度分别为：· l         

10、;1波束-125度，25度；· l         2波束-115度，40度；· l         3波束-115度，25度；· l         4波束-95度，35度；· l         

11、5波束-125度，25度；· l         6波束-115度，40度。 出站扩频码有关参数码速率- 4.08M；I支路-255位扩频码；出站编码采用m序列生成出站信息码有关参数信息速率-16Kb/s（I，Q支路各为8Kb/s）；编码形式-卷积码；编码效率-R=1/2；出站信息I支路卷积编码从分帧号开始，至卷尾结束。出站信息调制方式出站信息采用双信道OQPSK（I，Q支路信号功率分配伟1：12：1，可调），Q支路滞后于I支路1/2个扩频码片，Q支路载波相位滞后I支路90度相位。出站

12、超帧周期为1分钟，帧周期为31.25纳秒。2、 北斗二代第二代北斗卫星导航系统的基本工作原理是：空间段卫星接收地面运控系统上行注入的导航电文及参数，并且连续向地面用户发播卫星导航信号，用户接收到至少4颗卫星信号后，进行伪距测量和定位解算，最后得到定位结果。同时为了保持地面运控系统各站之间时间同步，以及地面站与卫星之间时间同步，通过站间和星地时间比对观测与处理完成地面站间和卫星与地面站间时间同步。分布在国内的监测站负责对其可视范围内的卫星进行监测，采集各类观测数据后将其发送至主控站，由主控站完成卫星轨道精密确定及其它导航参数的确定、广域差分信息和完好性信息处理，形成上行注入的导航电文及参数。第二

13、代北斗导航系统作为覆盖全球的卫星导航系统，其服务区比北斗导航试验系统扩大了很多，具有连续实时三维定位测速能力，授权服务在增强服务基础上，进一步提供RDSS功能和信号功率增强服务。（四）、系统功能1、短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。2、精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。定位精度：水平精度100米（1），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。工作频率：2491.75MHz。系统容纳的最大用户数：540000户/小时。3

14、、军用功能“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如：运动目标的定位导航；为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位；人员搜救、水上排雷的定位需求等。这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”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，大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。4、民用功能个人位置服务当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。北斗卫星导航系统示意图气

15、象应用北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升中国气象防灾减灾的能力。除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。道路交通管理卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。铁路智能交通卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫

16、星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。海运和水运海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。航空运输当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大

17、雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。应急救援卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。指导放牧2014年10月，北斗系统开始在青海省牧区试点建设北斗卫星放牧信息化指导系统，主要依靠牧区放牧智能指导系统管理平台、牧民专用北斗智能终端

18、和牧场数据采集自动站，实现数据信息传输，并通过北斗地面站及北斗星群中转、中继处理，实现草场牧草、牛羊的动态监控。2015年夏季，试点牧区的牧民就能使用专用北斗智能终端设备来指导放牧。（五）市场应用国际应用2013年5月22日至23日，国务院总理李克强访问巴基斯坦期间，中巴双方签署有关北斗系统在巴使用的合作协议。日前，巴基斯坦媒体报道，中国北京北斗星通导航技术股份有限公司将斥资数千万美元，在巴基斯坦建立地面站网，强化北斗系统的定位精确度。其次，全国政协副主席、中国科学技术部部长万钢日前透露，2013年将中国在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。而根据中国卫星导航定位协会最新预测数据，到2015年，中国卫星导航与位置服务产业产值将超过2250亿元，至2020年则将超过4000亿元。2014年7月26日，来自泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝、朝鲜、巴基斯坦等八个国家的19名学员代表赴武汉中国光谷北斗基地，参观学习中国最新的北斗技术。他们是由中国科技部国家遥感中心主办的“2014北斗技术与应用国际培训班”的学员，均为各国卫星导航、遥感、地理信息系统、空间探测相关专业或从事相关管理工作的高级人员。活动为东盟及亚洲地区国家提供了以北斗卫星导航系统为主的空间信息技术培训，使中国北斗科技加快进入东盟及亚洲国家。国内示范2014年11月，国家发展改革委批复2014年北