北斗卫星定位导航系统.ppt

1、北斗卫星定位导航系统,广州市沃天电子科技有限公司,北斗卫星定位导航系统概述,北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星

2、，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。,北斗卫星定位导航系统发射时间,北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 日期 火箭 卫星 轨道 2000年10月31日 长征三号甲 北斗-1A 地球静止轨道 140E 2000年12月21日 长征三号甲 北斗-1B GEO 80E 2003年05月25日 长征三号甲 北斗-1C GEO 110.5E 第三颗是备用卫星 2007年02月03日 长征三号甲 北斗-1D GEO 86E 第四颗是备用卫星 2007年04月14日 长征三号甲 北斗-2A 中地

3、球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫星,北斗卫星定位导航历史,我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。,北斗卫星定位导航系统历史回顾,1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析

4、和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。 双星定位导航系统是一种全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能，其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系统由两颗地球同步卫星(分别定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空)、中心控制系统、标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路(即地面中心至卫星至用户链路)和入站链路(即用户机至卫星中心站链路)相连接。中心站以特定的频率发射H地球

5、同步卫星分别向各自天线波束覆盖区域内的所有用户广播。当用户需要进行定位通信服务时，相对于接收信号(出站信号)某一帧，提出申请服务项目并发送入站信号，经两颗卫星转发到地面中心，地面中心接到此信号后，解调出用户发送的信息，测量出用户至两颗卫星的距离，对定位申请计算用户的地理坐标，由于H颗卫星的位置是已知的，分别为两球的球心，另一球面是基本参数已确定的地球参考椭球面3球交会点为测量的用户位置。,北斗卫星定位导航系统近代发展,一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想，正式立项是在1994年。北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等3部分构成。空间部分即“北斗”

6、一号由两颗工作卫星和两颗备份卫星组成，突出特点是构成系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站。两颗定位卫星分别发射于2000年10月31日和12月21日，备份星于2003年5月25日、2007年02月03日发射。,北斗卫星定位系统构成,北斗卫星导航定位系统的系统构成有：两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均

7、匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。,北斗卫星定位系统原理,用户利用一代“北斗”定位的办法是这样的，首先是用户向地面中心站发出请求，地面中心站再发出信号，分别经两颗卫星反射传至用户，地面中心站通过计算两种途径所需时间即可完成定位。一代“北斗”与GPS系统不同，对所有用户位置的计算不是在卫星上进行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息，并负责整个系统的监控管理。 由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”。,北斗卫星导航二代系统,继美国的GPS系统升级，俄罗斯的

8、GLONASS系统扩建，以及欧盟的“伽利略计划”之后，中国也将继续升级自己的全球卫星导航定位系统“北斗第二代导航卫星网”。 “北斗一号导航系统”是区域卫星导航系统，北斗二代卫星可实现全球的定位与导航。“北斗第二代导航卫星网”将由颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式：开放服务和授权服务。其中5颗静止轨道卫星，即高度为36000公里的地球同步卫星；5颗静止轨道卫星在赤道上空的分布为：58.75o E, 80oE, 110.5o E, 140o E and 160o E，提供RNSS和RDSS信号链路。30颗非静止轨道卫星由27颗中轨（MEO）卫星和3颗倾斜同步（IGSO）卫星

9、组成，提供RNSS信号链路? 27颗MEO卫星分布在倾角为55度的三个轨道平面上，每个面上有9颗卫星，轨道高度为21500公里。,北斗卫星导航系统二代技术要点,每颗COMPASS卫星都发射4个频率的载波信号用于导航：1561.098 MHz (B1), 1589.742 MHz (B1-2)，1207.14 MHz (B2), 1268.52 MHz (B3)每个载波信号均有正交调制的普通测距码（I支路）和精密测距码（Q支路）。卫星以不同地址码区分（CDMA）。 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10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米秒。授权服务是向授权用户提供

10、更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。,北斗卫星定位导航系统二代突破,第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是：第二代用户机可免发上行信号，不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息，而是直接接收卫星单程测距信号自己定位，系统的用户容量不受限制，并可提高用户位置隐蔽性。其代价是：测距精度要由星载高稳定度的原子钟来保证，所有用户机使用稳定度较低的石英钟，其时钟误差作为未知数和用户的三维未知位置参数一起由4个以上的卫星测距方程来求解。这就要求用户在每一时刻至少可见4颗以上几何位置合适的卫星进行测距，从而使得星座所需卫星数量大大增多，系统投资将显著增加。 二代

11、“北斗”可称“中国的GPS” 我国发展二代北斗不会采取一步到位的方式，也不会停掉一代，另外发展二代。我们会在一代的基础上不断补充卫星数，增加其功能，提高其整体水平。发展二代“北斗”的工作比一代要复杂得多，卫星技术、地面站的完善、用户终端的开发、关于原子钟的各项基础研究和应用研究这是一项长期的系统工程。,北斗卫星定位导航卫星要点,“北斗”一号第三颗卫星的准确入轨和成功定点，为发展我国二代“北斗”的关键技术提供了准备。“北斗”一号备份卫星上新装载了用于卫星定位的激光反射器，能够参照其他星，把自身位置精确定格在几个厘米的尺度以内。这颗卫星已定位成功，表明这种技术是有效而可靠的。这样，当我们不断发射新

12、的卫星构建二代“北斗”体系时，众多卫星就会找准自己的位置，构成符合标准的网络。此外，“北斗”一号的4颗星寿命都是8年，专家正不断研究，预计下一次发射的卫星寿命就能达到10年左右了；而目前卫星的寿命都是12年左右，卫星的寿命则是到年。 我国计划从2009年开始每年发射6颗北斗定位卫星，初步形成4颗静止卫星，12颗中轨星，9颗高轨星的北斗2代导航卫星，在中国取代GPS系统。,北斗一代,中国北斗导航卫星进行防震试验 北斗一代（BD-1）系统介绍： “北斗一号”卫星导航定位系统是我国独立自主研制的第一代卫星导航定位系统，是一种新型、全天候、较高精度、区域性（中国境内）的卫星导航定位系统，具有快速定位（

13、导航）、双向简短报文通信和定时三大功能，目前已经正式投入运行，这标志着该系统进入了实际应用阶段。 该系统由四颗静止卫星组成，其轨位分别是： 80E；1105E，140E，86E 导航定位使用频段是： 1610-16265MHz （L频段，上行链路） 24835-2500MHz （S频段，下行链路） 目前在国际电联的公布资料是：CHINASAT-31/32/33。,北斗二代,北斗二代（COMPASS-）系统介绍： COMPASS-系统是继 BD-1系统后的中国新一代卫星导航系统，目前正处于研制阶段。 该系统共由25颗静止卫星及两个移动卫星网络构成，具体参数是： 工作区域：全球 卫星网络：中轨卫星

14、网络，由9颗星组成，轨道高度是22000KM； 高轨卫星网络，由12颗星组成，轨道高度是36000KM； 静止卫星网络，由4颗星组成，其中轨位分别是：5875E；80E；1105E；140E。 频带： 1164-1215MHz（下行） 1260-1300MHz（下行） 1300-1350MHz（上行） 目前在国际电联的公布资料是：COMPASS-H/M/5875E/80E/1105/140E 国产北斗卫星导航定位系统演示,北斗系统四大功能,北斗系统四大功能 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。 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向

15、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：每小时540000户。,北斗应用五大优势,北斗应用五大优势 1.同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持。 2.覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区。 3.特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。 4.独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”。 5.自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。,国产北斗海上搜索定

16、位系统,国产北斗海上搜索定位系统 “北斗一号”卫星导航系统与GPS系统比较 1、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。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)。 2、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2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55，轨道面赤道角距60。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。 3、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