北斗系统的导航原理导航系统的功能与应用

35个卫星在固定的时间内绕地球在海拔20,000公里以上的高度绕地球运行，因此在任何时间，地面上的任何一点都可以同时观测4颗以上的卫星.

由于准确地知道了卫星的位置，因此在通过观察卫星时，我们可以获得从卫星到的距离. 使用三维坐标中的距离公式，使用3颗卫星，我们可以组成3个方程，并求解观测点的位置（X，Y，Z）. 考虑到卫星时钟与时钟之间的误差，实际上存在4个未知数，即X，Y，Z和时钟差，因此需要引入第四颗卫星来求解4个方程，以获得观测点纬度. ，经度和海拔高度.

实际上，通常可以锁定4颗以上的卫星. 此时，可以根据卫星星座将接收机分为几组. 每个小组有4颗卫星. 定位，从而提高准确性.

卫星定位实现“到达时间差”（延迟）的概念: 使用每个卫星的精确位置和由连续发射的车载原子钟产生的导航信息来获取卫星到达的时间差给接收者.

卫星不断在空中发送带有时间和位置信息的信号，供接收. 由于传输距离的原因，与卫星发送信号的时间相比，接收机接收信号的时间被延迟，通常称为延迟. 因此，距离也可以由延迟来确定. 卫星和同时生成相同的伪随机码. 一旦两个代码在时间上同步，接收机就可以测量时间延迟. 将时延乘以光速以获得距离.

每颗卫星上的计算机和导航信息都非常准确地知道其轨道位置和系统时间，而全球监视站网络则连续不断地跟踪卫星的轨道位置和系统时间. 地面上的主控制站及其运行控制部分每天至少一次将校正数据注入每个卫星. 注入的数据包括: 确定每个卫星在星座中的轨道位置，并校正机载时钟. 这些校准数据是根据复杂模型计算得出的，可以保留数周.

卫星导航系统的时间由每个卫星上原子钟的铯和rub原子频率标度来维持. 这些星钟通常精确到协调世界时（UTC）的几纳秒内. UTC由美国海军天文台的“主时钟”维护，每个主时钟的稳定性为几10 ^ -13秒. 早期的卫星使用两种铯频率标准和两种rub频率标准，后来逐渐改变为使用更多的frequency频率标准. 通常gps导航设备工作原理，在任何给定时间，每个卫星上只有一个频率标记正在工作.

卫星导航原理: 卫星与用户之间的距离测量基于卫星信号的传输时间与到达的时间之间的差，称为伪距. 为了计算用户的三维位置和时钟偏差，伪距测量需要从至少四个卫星接收信号.

由于卫星轨道和卫星时钟的误差以及大气对流层和电离层对信号的影响，平民的定位精度仅为几十米. 为了提高定位精度，通常使用差分定位技术（例如DGPS和DGNSS）来建立用于卫星观测的地面参考站（差分站）. 已知参考站的精确坐标用于与观测值进行比较以获得更正并将其发布到外部. 接收到校正号后gps导航设备工作原理，将其与自己的观测值进行比较，消除大多数错误，并获得更准确的位置. 实验表明，采用差分定位技术可以将定位精度提高到电表水平.

第二，系统功能

（1）四个主要功能

短消息通信: 北斗系统的用户终端具有双向消息通信功能，用户一次可以发送40-60个汉字的短消息信息. 一次最多可以传送120个汉字. 具有重要的应用价值.

精确定时: 北斗系统具有精确定时功能，可以为用户提供20ns-100ns的时间同步精度.

定位精度: 水平精度为100米（1σ），在设置校准站后为20米（类似于差分状态）. 工作频率: 2491.75MHz.

系统可容纳的最大用户数量: 540,000户/小时.

（2）军事职能

“北斗”卫星导航定位系统的军事功能类似于GPS，例如: 移动目标的定位和导航；快速定位武器车辆的发射位置，以缩短反应时间；人员搜寻和救援的位置要求以及水雷清理.

此功能用于军事领域，这意味着它可以主动部署各个级别的部队，也就是说，一旦所有级别的部队都装备了“北斗”卫星导航和定位系统，他们自己的定位和导航，高层总部也可以通过“北斗”系统随时掌握部队的位置，并可以传送有关命令，这对执行任务有很大帮助. 换句话说，“北斗”卫星导航定位系统可用于执行部队指挥控制和战场管理.

（3）民用功能

1. 个人位置服务

进入陌生的地方时，您可以使用配备北斗卫星导航芯片的手机或汽车卫星导航设备来查找要走的路线.

2. 气象应用

北斗导航卫星气象应用的推出，可以促进中国的天气分析和数值天气预报，气候变化监测与预报，还可以提高空间气象预警业务水平，增强中国的气象防灾减灾能力功能.

此外，北斗导航卫星系统的气象应用也对促进北斗导航卫星的创新应用和产业扩展具有重要影响.

3. 管理

卫星导航将有助于减轻交通拥堵并改善管理. 通过在车辆上安装卫星导航和数据，可以在几秒钟内将车辆的位置信息自动转发到中心站. 此位置信息可用于管理.

4. 铁路智能交通

卫星导航将促进传统运输方式的升级和改造. 例如，在铁路运输领域，安装卫星导航终端设备可以大大缩短火车运行时间，降低运输成本，有效提高运输效率. 未来，北斗卫星导航系统将提供高度可靠，高精度的定位，速度测量和计时服务，促进铁路交通的现代化，并实现传统调度向智能交通管理的转变.

5. 航运和水上运输

海上运输和水上运输是世界上最广泛的运输方法之一，也是卫星导航的最早应用之一. 环游世界海洋，河流和湖泊的大多数船舶都配备了卫星导航终端设备，从而使海上和水上运输更加有效和安全. 北斗卫星导航系统将为在任何天气条件下在水上航行的船舶提供导航和定位以及安全保障. 同时，北斗卫星导航系统独特的短信通讯功能将支持各种新业务的发展.

6. 航空运输

当飞机降落在机场跑道上时，最基本的要求是确保飞机之间的安全距离. 利用卫星导航的优势进行精确的定位和速度测量，可以实时确定飞机的瞬时位置，有效地减小了飞机之间的安全距离，即使在大雾天气也可以实现自动盲降，大大提高了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有效地结合在一起，它将为航空运输提供更多的安全性.

7. 紧急救援

卫星导航已广泛用于人口稀少的地区（如沙漠，山脉和海洋）的搜索和救援. 在发生地震和洪水等重大灾害时，成功进行救援的关键是及时了解灾难情况并迅速到达救援现场. 除导航和定位外，北斗卫星导航系统还具有短信通讯功能. 卫星导航终端设备可以及时报告位置和灾难情况，有效缩短了救援时间，提高了救援和救灾的及时性，大大减少了人们的生命财产损失.

8. 引导放牧

2014年10月，北斗系统开始依托青草智能放牧制导系统管理平台，牧民专用的北斗智能终端和牧场数据采集自动站，在青海牧区建设北斗卫星放牧信息制导系统. 实现数据信息的传输，并通过北斗地面站和北斗星群的中转，中继处理，实现牧场草，牛，羊的动态监测. 在2015年夏季，试点牧区的牧民将能够使用专用的北斗智能终端设备来引导放牧.

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