北斗衛星導航系統基礎知識第四次課內容概要衛星導航定位需求？什么是導航定位？？衛星導航定位怎么實現的？？為什么需要衛星導航定位？？怎樣更好利用導航定位服務生產生活？衛星導航定位需求—定位迷路是不知道自己在哪里，不能和已知的位置建立起方位和距離的聯系。定位，解決我在哪兒的問題。怎么定位？指南針地圖燈塔定位是確定在哪兒衛星導航定位需求—定位定位是確定在哪兒手機信號定位衛星定位無線電定位衛星導航定位需求—導航導航是確定怎么去導航解決怎么走的問題。規劃路徑，安排時間，力求省時省力。例如從上海瀚文小學到北京天安門，利用衛星導航可以準確規劃出最優路徑，全程約1216公里，開車前往大概需要13小時24分。衛星導航定位需求—日常生活車載導航網購物流查詢公交系統公安執勤移動商店無處不在的衛星導航定位運動記錄衛星導航定位需求—載體導航衛星導航定位需求—工程應用工程測量橋梁監測地球形變測量內容概要四大導航系統北斗系統的發展—四大系統全球四大衛星定位系統

目前，世界上只有少數幾個國家能夠自主研制生產衛星導航系統。當前全球有四大衛星定位系統，分別是美國的全球衛星導航定位系統、俄羅斯的格羅納斯系統、歐洲在建的“伽利略”系統、和中國的北斗衛星導航系統。美國長期壟斷美國國防部從1973年開始實施的系統，這是世界上第一個全球衛星導航系統，在相當長的一段時間內壟斷了全球軍用和民用衛星導航市場。全球定位系統計劃自1973年至今，先后共發射了41顆衛星，總共耗資190億美元。原來是專門用于為洲際導彈導航的秘密軍事系統，在1991年的海灣戰爭中首次得到實戰應用。隨后，在科索沃戰爭、阿富汗戰爭和伊拉克戰爭中大顯身手。美國系統長期以來，美國對本國軍方提供的是精確定位信號，對其他用戶提供的則是加了干擾的低精度信號——也就是說，地球上任何一個目標的準確位置，只有美國人掌握，其他國家只知道個“大概”。在海灣戰爭時，美國還曾置歐盟各國利益不顧，一度關閉對歐洲服務。從克林頓時代起，該系統開始應用在了民用方面。現運行的系統由24顆工作衛星和4顆備用衛星組成。美國利用獲得了巨大的經濟利益，多年來在出售信號接收設備方面賺取了巨額利潤。以1986年為例，當時一臺一般精度的定位儀價格5萬美元，高精度的則達到10萬美元。現在價格雖然有所下降，但也可推算出20年來“收獲頗豐”俄羅斯（格洛納斯）系統“格洛納斯”是俄語中“全球衛星導航系統”的縮寫。作用類似于美國的、歐洲的伽利略衛星定位系統。最早開發于蘇聯時期，后由俄羅斯繼續該計劃。俄羅斯1993年開始獨自建立本國的全球衛星導航系統。1995年俄羅斯耗資30多億美元，完成了導航衛星星座的組網工作。它也由24顆衛星組成，原理和方案都與類似。歐洲“伽利略計劃”在上世紀90年代的局部戰爭中，美國的出盡風頭。利用系統提供定位的導彈或戰斗機可以對地面目標進行精確打擊，這給歐洲國家留下了深刻印象。為減少歐洲對美國軍事和技術的依賴，經過長達3年的論證，2002年3月，歐盟15國交通部長會議一致決定，啟動“伽利略”導航衛星計劃。“伽利略”計劃的總投資預計為36億歐元，由分布在3個軌道上的30顆衛星組成長期以來，美國對本國軍方提供的是精確定位信號，對其他用戶提供的則是加了干擾的低精度信號——也就是說，地球上任何一個目標的準確位置，只有美國人掌握，其他國家只知道個“大概”。在海灣戰爭時，美國還曾置歐盟各國利益不顧，一度關閉對歐洲服務

中國要想不受治于人就必須自主發展自己的導航系統。

北斗衛星導航系統（）簡稱北斗系統，英文縮寫為，曾用名為，是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統（），是繼美國的全球定位系統（）和俄羅斯的之后第三個成熟的衛星導航系統,與伽利略導航系統并稱全球四大衛星導航系統。分為北斗1代和北斗2代。北斗衛星導航系統簡介北斗系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航、授時服務，并能向有更高要求的授權用戶提供進一步服務，軍用與民用目的兼具。北斗衛星導航系統簡介應用北斗衛星導航系統簡介發展歷程試驗系統（北斗一代）：1983年陳芳允院士提出，1994年開始研制，2003年完成組建伽利略系統合作計劃正式系統（北斗二代）：2004年-2020年北斗衛星導航系統簡介北斗衛星北斗衛星導航系統由空間段計劃由35顆衛星組成，包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。5顆靜止軌道衛星定點位置為東經58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。北斗衛星導航系統簡介北斗衛星：傾斜衛星同步軌道：地球靜止軌道：中地球軌道北斗系統的發展—北斗三步走第一步——試驗系統，實現從無到有1983年提出發展建設概念。1994年北斗衛星導航系統工程啟動，之前歷經8年理論論證。2000年發射第一顆衛星。2003年完成試驗系統。最終成果：成功發射3顆衛星，建成北斗衛星導航試驗系統。系統能夠提供基本的定位、授時和短報文通信服務。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日北斗系統的發展—北斗三步走第二步——亞太組網，實現亞太區域服務2012年建成由14顆衛星組成的區域星座，區域服務覆蓋亞太地區，并正式提供服務。2007年4月14日衛星2009年4月15日衛星2010年1月17日衛星衛星運載火箭北斗系統的發展—北斗三步走第三步——全球組網，實現全球服務2020年建成由35顆衛星（5顆，30顆）組成的全球導航系統。第二步2012年第三步2020年

北斗衛星導航系統的發展流程

上世紀60年代末20世紀70年代后20世紀80年代到90年代試驗階段（北斗一號）“北斗二號”區域系統全球衛星導航系統9顆“北斗導航試驗衛星”共35顆“北斗衛星導航系統”北斗系統的發展—用戶終端應用用戶終端應用效果較好的環境空曠地樓頂高處電磁輻射弱北斗系統的發展—用戶終端應用用戶終端應用效果差的環境隧道水面高架城市高樓樹林下電磁環境復雜衛星定位基本原理—系統簡介美蘇爭霸美蘇空間信息激烈競爭，為衛星導航系統提供了大量的資金支持。通信技術的發展為衛星信號遠距離傳輸提供了可能。電子技術進步為衛星的控制、制造提供了強有力的保證。經濟社會的需求是衛星導航系統持續發展的源動力。衛星導航系統有三部分組成：空間星座部分，地面控制部分，用戶終端設備。系統簡介北斗衛星導航系統的建設二、北斗的組成（1）空間端空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星（2）地面端主控站、注入站和監測站等若干個地面站（3）用戶終端衛星定位基本原理—系統組成地面控制部分地面控制部分包括：主控站，上行注入站和監測站。負責收集由衛星傳回之訊息，并計算衛星星歷、相對距離，大氣校正等數據，并向每顆衛星注入更新的導航電文。衛星地面控制部分衛星定位基本原理—定位原理原理說明衛星向地面發射電磁波，以光速傳播。衛星距地面高度約為20000。x公里？t秒？衛星定位基本原理—定位原理定位原理得到衛星和接收機之間的距離后如何定位？衛星定位基本原理—定位原理平面定位原理衛星定位基本原理—定位原理定位原理黑色=可見,紅色=不可見,綠色=視線總共50顆以上衛星。地球任意一點可以看到5-12顆衛星。任一衛星的瞬時位置可根據星歷計算得到。美國歐盟伽利略俄羅斯中國空間距離交匯定位衛星定位基本原理—定位原理()為待求的接收機位置，d為衛星到接收機的距離，()為衛星瞬時位置（由星歷計算得到）。定位誤差衛星定位基本原理—定位原理三方面的誤差：衛星產生的誤差傳播路徑產生的誤差接收機產生的誤差定位方程修正衛星定位基本原理—定位原理偽距定位基本觀測方程是通過延時計算的星站距離是真實的星站距離是時鐘偏差引起的誤差星站距離計算以碼相位對齊測出信號時延以時延計算距離衛星定位空間距離交會法定位同步觀測4顆以上衛星北斗一代試驗系統北斗衛星導航試驗系統又稱為北斗一號，是中國的第一代衛星導航系統，即有源區域衛星定位系統，1994年正式立項，2000年發射2顆衛星后即能夠工作，2003年又發射了一顆備份衛星，試驗系統完成組建，該系統服務范圍為東經70°－140°，北緯5°－55°。在衛星的壽命到期后（設計值8年），系統已停止工作。北斗一代系統組成系統分為三個部分，分別為空間段、地面段、用戶段：空間段：由3顆地球靜止軌道衛星組成，兩顆工作衛星定位于東經80°和140°赤道上空，另有一顆位于東經110.5°的備份衛星，可在某工作衛星失效時予以接替。地面段：由中心控制系統和標校系統組成。中心控制系統主要用于衛星軌道的確定、電離層校正、用戶位置確定、用戶短報文信息交換等。標校系統可提供距離觀測量和校正參數。用戶段：用戶的終端。北斗一代工作原理北斗一代工作原理首先由中心控制系統向衛星I和衛星同時發送詢問信號，經衛星轉發器向服務區內的用戶廣播。用戶響應其中一顆衛星的詢問信號，并同時向兩顆衛星發送響應信號，經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接收并解調用戶發來的信號，然后根據用戶的申請服務內容進行相應的數據處理。中心控制系統可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經加密由出站信號發送給用戶。北斗一代定位原理（雙星定位法）

①中心控制系統測出兩個時間延遲：即從中心控制系統發出詢問信號，經某一顆衛星轉發到達用戶，用戶發出定位響應信號，經同一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲；②和從中心控制發出詢問信號，經上述同一衛星到達用戶，用戶發出響應信號，經另一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲。③由于中心控制系統和兩顆衛星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛星的距離，以及用戶到兩顆衛星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛星為球心的一個球面，和以兩顆衛星為焦點的橢球面之間的交線上。北斗一代主要參數服務區：我國及周邊地區定位精度：水平精度100米（1σ），設立標校站之后為20米（類似差分狀態）。定位時間：幾秒鐘授時精度：單向100，雙向20通信能力：雙向短報文通信120個漢字北斗一代優點成本低定位快雙向通信與授時位置報告缺點缺乏隱蔽性用戶容量受限制定位精度不高，無測速功能北斗二代正式系統北斗衛星導航系統”一詞一般用來特指第二代系統。此衛星導航系統的發展目標是對全球提供無源定位，與相似。在計劃中，整個系統將由35顆衛星組成，其中5顆是靜止衛星，以與使用靜止軌道衛星的北斗衛星導航試驗系統兼容。2012年實現區域性覆蓋，預計在2020年達到全球覆蓋。北斗二代頻段B1頻點：1559.052－1591.788B2頻點：1166.220－1217.370B3頻點：1250.618－1286.423注：其中B1、B2是民用信號，B3是軍用信號。B1的標稱頻率為1561.098。北斗二代定位技術-三球交匯定位（與定位原理一致）北斗二代定位技術題外：分為局域差分（)與廣域差分()兩種可覆蓋整個國家，包括衛星就是利用靜止軌道衛星建立的地區性廣域差分增強系統。現有的衛星包括(歐洲）、（美國）、（日本）、（印度）。覆蓋范圍一般在10~100，精度可達到厘米級。依靠基準站校準發送改正數，由用戶站接收并對其測量結果進行改正，以獲得精確的定位結果。電文采用的協議為104。北斗二代定位技術北斗二代融衛星導航與廣域差分為一體，向用戶實時播發衛星導航信息、廣域差分改正信息及完好性信息等。導航信息可為用戶提供基本的導航定位服務；廣域增強信息根據用戶的不同等級，可為用戶提供更高精度的定位精度，改善區域的導航性能，為所覆蓋區域導航用戶提供全天候、高性能的導航定位服務。完好性信息可為用戶提供區域導航系統的可用性信息，當系統不可用或導航精度降低時，及時向用戶告警。北斗二代定位技術北斗導航定位增強系統主要包括三部分：空間部分、地面部分和用戶部分。空間部分由攜帶導航轉發器的地球靜止軌道（）衛星組成。地面部分由若干參考站和主控站組成。北斗導航定位增強系統具有三種功能，即地球靜止衛星（）測距功能、完好性監測功能和廣域差分功能。北斗二代增強型定位技術（差分定位）通過北斗用戶機周圍建立位置已知的北斗差分基準站，用基準站測得的偽距與其真實位置的差值，由基準站發射到用戶，北斗用戶在測距過程中將之差掉，以此提高精度。目前，交通運輸部東海航海保障中心在我國黃海南部和長江口水域進行了國內首次無線電指向標——差分北斗衛星導航系統(—)播發與接收試驗，并取得圓滿成功。誤差可由10米降為1米。北斗二代時間系統北斗衛星導航系統的系統時間叫做北斗時，屬于原子時，溯源到中國的協調世界時，與協調世界時的誤差在100納秒內，起算時間是協調世界時2006年1月1日0時0分0秒。北斗二代文件北斗的空間信號接口控制文件()是約束、規范和定義北斗導航衛星與接收終端之間信號接口的