“北斗”卫星导航定位系统分析（图）

双星定位

中国运载火箭

美国卫星已成为其军事力量的核心

2003年3月20日，伊拉克战争爆发. 大批轰炸机和战斗机冲向伊拉克首都巴格达，用准确摧毁了一座建筑物. 操作代号: “斩首操作”； 4月，一架B-1B“长”轰炸机被临时接收，并用炸毁了另一座建筑物. 他们的目标是一个人: 萨达姆. 侯赛因，他们使用的都是所有类型: 联合攻击（JDAM）. 这些之所以能够准确地击中目标，是因为它们都使用卫星定位来实现定位并提供这种定位服务. 它是由24个美国卫星GPS组成的全球定位系统.

2003年5月25日0:34，我国在西昌卫星发射中心使用“长征3A”运载火箭成功将第三枚“北斗一号”导航定位卫星送入太空. 前两枚“北斗一号”卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射. 自运行以来，导航定位系统一直稳定且状况良好. 此次发射是导航和定位系统的后备明星. 它与前两个“北斗一号”工作星形成一个完整的卫星导航和定位系统，以确保24/7全天候提供卫星导航信息. 这标志着中国已成为继美国全球卫星定位系统（GPS）和前苏联的全球导航卫星系统（GLONASS）之后建立第三套完整的卫星导航系统的国家. 国防和经济建设将发挥积极作用. 我国早在1960年代末就一直在开发卫星导航系统，但是由于种种原因它遭受了挫折. 它起步于开发自己的“子午线”定位设备的后期，因此以后使用的大量设备基本上都依赖于. 自1970年代后期以来，已经对适合国情的卫星导航和定位系统进行了国内研究. 它先后提出了单星，双星，三星和3-5星区域系统解决方案，以及多星全球系统构想，并考虑了导航，定位和通信问题的综合使用，但由于各种原因，这些计划和想法一直未能实，导致GEOSTA和正在实施的系统出现故障. 我国的“北斗一号”卫星导航系统正是1980年代提出的“双星快速定位系统”的发展计划. 北斗导航系统于1983年提出gps定位系统工作原理，其突出之处是构成系统的空间卫星数量少，用户终端设备简单，所有复杂性都集中在地面中央处理站上. “ Beidou-1”卫星定位系统是一种全天候的区域卫星定位系统，该系统使用地球同步卫星为用户提供快速定位gps定位系统工作原理，短数字消息通信和计时服务. 该系统的主要功能是:

1. 时间安排: 快速确定用户所在位置的地理位置，并将导航信息提供给用户和主管部门.

2. 通信: 用户与用户之间以及用户与中央控制系统之间可以实现双向短消息数字通信.

3. 定时: 中央控制系统定期广播定时信息，为定时用户提供延时校正值.

“北斗一号”卫星定位系统的工作原理“北斗一号”卫星定位系统包括两颗对地静止卫星（800E和1400E），一颗在轨备用卫星（110.50E），中央控制系统，校准学校系统和各种用户机器组成. 该系统的工作过程是: 首先，中央控制系统同时向卫星I和卫星II发送询问信号，并广播卫星转发器项目服务区域内的用户. 用户响应来自其中一颗卫星的询问信号，并同时将响应信号发送到两颗卫星，然后将卫星转发回中央控制系统. 中央控制系统接收并解调用户发送的信号，然后根据所使用的应用服务内容进行相应的数据处理. 对于定位应用，中央控制系统检测到两个时间延迟: 即从中央控制系统到询问信号的延迟，该延迟通过某个卫星转发给用户，并且用户发送定位响应信号，即通过同一颗卫星传输回中央控制系统；以及从中央控制系统通过上述同一颗卫星向用户发送询问信号，以及用户向另一颗卫星发送响应信号以转发回中央控制系统的延迟. 由于中央控制系统和两颗卫星的位置是已知的，因此可以从上述两个延迟中计算出用户到第一颗卫星的距离以及用户到两颗卫星的距离之和. 第一颗卫星是一个位于球体中心的球体，椭圆体与两个卫星之间的交点为焦点. 此外，中央控制系统从计算机中存储的数字地形图中搜索用户的海拔值，并可以知道用户来自平行于地球参考椭球面的椭球面. 因此，中央控制系统最终可以计算出用户所位于的点的三维坐标. 该坐标被加密并通过出站信号发送给用户.

“北斗一号”的覆盖范围是北纬5°-55°，

东经70°至140°之间的区域很小，最宽的点在北纬35°附近. 水平定位精度为100米（1σ），设置校准台后定位精度为20米（类似于差分状态）. 工作频率: 2491.75MHz系统每小时可容纳的用户数量为540,000.

“北斗一号”卫星导航系统与GPS系统的比较

1. 覆盖范围: 北斗导航系统是一个覆盖我国本地的区域性导航系统. 覆盖范围是东经70°-140°和北纬5°-55°. GPS是覆盖全球的全天候导航系统. 它可以确保在地球上的任何时间，任何时间都能观测到6到9颗卫星（实际上最多可以观测到11颗卫星）.

2. 卫星数量和轨道特征: 北斗导航系统将在地球赤道平面上放置两颗地球同步卫星，赤道角约为60°. 在GPS中，在6个轨道平面上放置了24颗卫星，轨道赤道倾角为55°，轨道赤道角为60°. 航空卫星在准同步轨道上，绕地球运行了11小时58分钟.

3. 定位原理: 北斗导航系统是一种主动的双向二维导航. 地面中心控制系统解决了该问题，并为用户提供了三维定位数据. GPS是一种被动伪码单向测距三维导航. 用户设备独立地解决其自己的三维定位数据. “北斗一号”的工作原理带来两个问题. 一是用户在定位时失去了隐身，这在军事上是非常不利的. 另一方面，由于设备必须包含发射器，因此重量，价格和功耗都处于不利地位.

4. 定位精度: 北斗导航系统的三维定位精度约为数十米，计时精度约为100ns. GPS三维定位精度P码从16m提高到6m，C / A码从25-100m提高到12m，定时精度约为20ns.

5. 用户能力: 由于北斗导航系统是一种主动的双向测距询问-响应系统，因此用户设备和对地静止卫星不仅必须接收来自地面中心控制系统的询问信号，而且还要求用户设备将其发送到地面. 同步卫星. 传输响应信号，以便系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率，询问信号的速率以及用户响应的频率. 因此，北斗导航系统的用户设备容量受到限制. GPS是一种单向测距系统，用户设备只要接收到导航卫星发送的导航消息就可以执行测距和定位，因此GPS用户设备的容量是无限的.

6. 生存能力: 像所有导航和定位卫星系统一样，“ Beidou-1”是基于中央控制系统和卫星的工作，但是“ Beidou-1”由于定位而在很大程度上取决于中央控制系统. 解决方案在那里，而不是由用户设备完成. 为了弥补此系统的漏洞，GPS正在开发行星际水平数据链路技术，以便在主控站被破坏的情况下，GPS卫星可以独立运行. “ Beidou-1”系统原则上排除了这种可能性. 一旦中央控制系统损坏，该系统将无法再工作.

7. 实时: 应将“北斗一号”用户的定位应用程序发送回中央控制系统. 中央控制系统解决用户的三维位置数据并将其发送回用户. 同时，它将通过对地静止卫星来回移动. 加上卫星转发，中央控制系统会处理更长的时间延迟，因此对于高速移动的物体，定位误差会增加. 此外，“北斗一号”卫星导航系统也有其自身的特点. 它的短消息通讯功能在GPS中不可用.

综上所述，北斗导航系统具有卫星数量少，投资少，用户设备简单便宜等多种用途，可以在一定范围内实现导航定位和通信，可以满足目前的陆地，海洋以及中国的航空运输导航和定位. 需求. 缺点是无法覆盖极地地区，赤道附近的定位精度较差，只能进行二维主动定位，并且需要提供用户仰角数据，不能满足高度动态和机密的军事用户的需求，用户数量是有限的. 但最重要的是，“北斗一号”导航系统是中国自主建立的卫星导航系统. 它的成功发展标志着中国打破了美国和在这一领域的垄断，解决了中国独立卫星导航系统的问题. 没问题. 这是一个成功，实用，投资少的初始启动系统. 此外，该系统不排除GPS在国内民用市场中的广泛使用. 相反，在此基础上，还将建立中国的GPS广域差分系统. 受SA干扰的GPS民码的定位精度可以从100米校正到几米，这可以更好地促进GPS在私营部门的使用. 当然，我们还需要认识到，随着我军高科技武器的不断发展，对导航和定位的信息支持要求越来越高. 北斗导航系统只是一个独立，简单的导航系统，可以满足中国四个现代化建设的需要. 因此，我们必须借鉴国外GPS和GLONASS的成功经验，在“北斗一号”的发展基础上发展中国第二代卫星导航系统. 我们有理由相信，在不久的将来，将展示出具有先进性，适用性，军民两用，抗干扰和抗毁灭性，适合中国国情的特点的“北斗二号”. 在大家面前，还将建立一个完善的中国卫星导航系统. （作者: 沙龙最初出现在《中国科学技术信息》中）

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