卫星定位技术-中国北斗卫星导航系统（BDS）（工程测量）

第六章全球导航卫星系统GNSS

6.1认识卫星定位技术本节重点GNSS概述2几种主要的GNSS系统1几种主要的GNSS系统中国“北斗”系统中国北斗卫星导航系统（BDS）中国北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO并称全球四大卫星导航系统。中国北斗卫星导航系统（BDS）北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧洲“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。北斗卫星导航系统的组成由空间段、地面段和用户段三部分组成北斗卫星导航系统-系统组成空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星组成。Non-GEO卫星GEO卫星星座北斗卫星导航系统-系统组成地面段：由主控站、上行注入站和监测站组成。北斗系统地面段北斗卫星导航系统-系统组成用户段：由北斗用户终端以及与其它GNSS兼容的终端组成。北斗系统的用户终端北斗卫星导航系统-服务与性能全球服务开放服务定位精度:10m测速精度:0.2m/s授时精度:20ns授权服务区域服务广域差分服务定位精度:1m短报文通信服务中国北斗卫星导航系统（BDS）发展历程第一步建设北斗一号系统1994年，启动北斗一号系统工程建设；2000年，发射2颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，采用有源定位体制，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。第二步建设北斗二号系统2004年，启动北斗二号系统工程建设；2012年年底，完成14颗卫星（5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星）发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上，增加无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。中国北斗卫星导航系统（BDS）发展历程第三步建设北斗三号系统2009年，启动北斗三号系统建设；2018年年底，完成19颗卫星发射组网，完成基本系统建设，向全球提供服务；计划2020年年底前，完成30颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。中国北斗卫星导航系统（BDS）截至2018年12月，北斗系统可提供全球服务，在轨工作卫星共33颗，包含15颗北斗二号卫星和18颗北斗三号卫星，具体为5颗地球静止轨道卫星、7颗倾斜地球同步轨道卫星和21颗中圆地球轨道卫星。中国北斗卫星导航系统（BDS）1北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。2北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。3北斗系统发展特色中国北斗卫星导航系统（BDS）未来发展未来，北斗系统将持续提升服务性能，扩展服务功能，增强连续稳定运行能力。2020年年底前，北斗二号系统还将发射1颗地球静止轨道备份卫星，北斗三号系统还将发射6颗中圆地球轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星和2颗地球静止轨道卫星，进一步提升全球基本导航和区域短报文通信服务能力，并实现全球短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等服务能力。中国北斗卫星导航系统（BDS）基本导航服务为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。中国北斗卫星导航系统（BDS）短报文通信服务中国及周边地区短报文通信服务，服务容量提高10倍，用户机发射功率降低到原来的1/10，单次通信能力1000汉字（14000比特）；全球短报文通信服务，单次通信能力40汉字（560比特）。星基增强服务按照国际民航组织标准，服务中国及周边地区用户，支持单频及双频多星座两种增强服务模式，满足国际民航组织相关性能要求。

中国北斗卫星导航系统（BDS）国际搜救服务按照国际海事组织及国际搜索和救援卫星系统标准，服务全球用户。与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统，同时提供返向链路，极大提升搜救效率和能力。精密单点定位服务服务中国及周边地区用户，具备动态分米级、静态厘米级的精密定位服务能力。

北斗卫星导航系统-建设原则北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则：开放性北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。自主性中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。北斗卫星导航系统-建设原则北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则：兼容性在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。渐进性中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用北斗系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信时统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，融入国家核心基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用交通运输方面：北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。

中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用交通运输方面北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。

中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用农林渔业方面基于北斗的农机作业监管平台实现农机远程管理与精准作业。

基于北斗系统的海洋渔业综合信息服务网络海洋渔业应用分布中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用水文监测方面成功应用于多山地域水文测报信息的实时传输，提高灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供重要支持。

中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用气象测报方面研制一系列气象测报型北斗终端设备，形成系统应用解决方案，提高了国内高空气象探空系统的观测精度、自动化水平和应急观测能力。

基于北斗的高原地区气象监测站基于北斗的珠峰气象监测站中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用北斗/GPS光纤拉远授时示意图TD-SCDMA抗干扰螺旋天线通信时统方面突破光纤拉远等关键技术，研制出一体化卫星授时系统，开展北斗双向授时应用。中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用电力调度方面开展基于北斗的电力时间同步应用，为在电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。北斗/GPS高精度电力授时服务器中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用救灾减灾方面基于北斗系统的导航、定位、短报文通信功能，提供实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。玉树地震现场利用北斗用户机报告灾情汶川地震救灾现场中国北斗卫星导航系统（BDS）行业及区域应用公共安全方面全国40余万部警用终端联入警用位置服务平台。北斗系统在亚太经济合作组织会议、二十国集团峰会等重大活动安保中发挥了重要作用。中国北斗卫星导航系统（BDS）大众应用北斗系统大众服务发展前景广阔。基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。中国北斗卫星导航系统（BDS）大众应用01国内多家电子商务企业的物流货车及配送员，应用北斗车载终端和手环，实现了车、人、货信息的实时调度。电子商务领域02国内外主流芯片厂商均推出兼容北斗的通导一体化芯片。2018年前三季度，在中国市场销售的智能手机约有470款具有定位功能，其中支持北斗定位的有298款，北斗定位支持率达到63%以上。智能手机应用领域中国北斗卫星导航系统（BDS）大众应用03多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备，以及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品不断涌现，得到广泛应用。智能穿戴领域

北斗、GPS、GLONASS和Galileo四个系统参数和性能比较比较类目北斗GPSGLONASSGalileo卫星数目5+30242430轨道倾角（度）605564.856普通用户定位精度（米）101005010特殊用户定位精度（米）110161通信是否否是所用频段数目322>=3信号CDMACDMAFDMACDMA北斗、GPS、GLONASS和Galileo四个系统参数和性能比较比较类目北斗GPSGLONASSGalileo覆盖范围北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°一140°，北纬5°一55°。最终形成全球定位系统GPS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6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颖)实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务

“欧洲版GPS”之称，可提供全球可供民用的定位系统。伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援定位原理北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据GPS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。定位原理与GPS相似。GLONASS在定位、测速及定时精度上则优于施加选择可用性（SA）之后的GPS伽利略卫星导航系统是由欧盟主导的全球卫星导航系统。“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案坐标体系中国2000大地坐标系（CGS2000）世界大地坐标系WGS84前苏联军事测绘部建立的大地坐标框架PZ90GTRF北斗、GPS、GLONASS和Galileo四个系统参数和性能比较比较类目北斗GPSGLONASSGalileo时间系统北斗时（BDT）溯源到协调世界时UTC（NTSC），与UTC的时间偏差小于100纳秒。BDT的起算历元时间是2006年1月1日零时零分零秒（UTC）1980年1月6日0时美国海军天文台华盛顿的协调世界时ＵＴＣ(ＵＳＮＯ)SCT(SystemCommonTime)基于莫斯科的协调世界时ＵＴＣ(ＳＵ),并具有同步跳秒的系统GST(GalileoTime),国际原子时TAI保持一致用户范围军民两用，民用为主军民两用，军用为主军民两用，军用为主军民两用，民用为主北斗、GPS、GLONASS和Galileo四个系统参数和性能比较比较类目北斗GPSGLONASSGalileo应用随着网络的完善用户在增加较早，非常充分不充分，在中国几乎没有刚开始建设，因合作者众多，前景看好。2010年1月7日，欧盟委员会2014年投入运营优势它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持；覆盖范围大，系统覆盖了中国及周边国家和地区。特别适合于集团用户大范围监控管理和数据采集用户数据传输应用。自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用

（1）全球全天候定位GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到