北斗卫星导航系统的毫米级精度变形监测算法与实现
北斗卫星导航系统的毫米级精度变形监测算法与实现
肖玉钢1, 姜卫平2, 陈华1, 袁鹏2, 席瑞杰1
1. 武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079;
2. 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉 430079 收稿日期：2014-12-08；修回日期：2015-07-08
基金项目：国家863计划（2012AA12A209）；国家自然科学基金（41374033）。
第一作者简介：肖玉钢（1984—），男，博士生，研究方向为GNSS高精度定位定轨算法。
通信作者：姜卫平， wpjiang@https://www.wendangku.net/doc/1a10568176.html,
摘要：研究了北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）毫米级精度变形监测算法。首先改进了TurboEdit 方法，以能够探测到1周的小周跳；针对BDS星座结构给出更为高效的独立双差观测值搜索方法；对于模糊度固定，采用决策函数和序贯模糊度固定相结合的方法。在此基础上，研制了BDS变形监测软件。最后，利用变形监测试验平台的实测数据，从星座分布、解算精度等方面分析了BDS在变形监测中应用的可行性。结果表明，目前在试验区域内BDS与GPS在卫星几何分布等方面基本相当。BDS的短基线解算精度略低于GPS，但仍可达到平面1 mm以内、高程2 mm以内的精度水平。
关键词：北斗卫星导航系统变形监测软件实现精度分析
Research and Realization of Deformation Monitoring Algorithm with Millimeter Level Precision Based on BeiDou Navigation Satellite System
XIAO Yugang1, JIANG Weiping2, CHEN Hua1, YUAN
Peng2, XI Ruijie1
Abstract: The deformation monitoring algorithm with millimeter level precision based on BeiDou Navigation Satellite System (BDS) was researched. The TurboEdit method was improved to detect small cycle slips, e.g. 1 cycle. Focusing on BDS constellation, a more efficient algorithm used to construct double-differenced observations was developed. The Bootstrap+Decision function method was utilized to improve the probability of biases fixing. Based on the improved algorithm above, a deformation monitoring software based on BDS was achieved. Afterwards, the availability of BDS in the field of deformation monitoring was analyzed in terms of satellites distribution and precision and accuracy of solutions, utilizing the observations acquired from the experimental platform. The conclusion was drawn that currently BDS is similar to GPS in terms of satellites distribution in the test area. The precision of short baselines derived from
BDS is better than 1 mm for the horizontal components, better than 2 mm for the vertical components, which is still a little lower than GPS.
Key words: BeiDou Navigation Satellite
System deformation
monitoring software
achievement precision analysis
随着各种大型结构体的大量涌现以及滑坡、泥石流等地质灾害的频繁发生，变形监测研究的重要性日益突出，变形监测理论和技术方法也在迅速发展。全球卫星导航系统(GNSS)具有全天候、高精度等优点，早在20世纪80年代中后期，就被作为一种变形监测技术手段。1995年以来，GNSS被用于监测滑坡、大坝等缓慢变形，如在Pacoima、清江隔河岩等大坝建立的GPS变形监测系统，对GPS用于高精度变形监测的可行性进行了分析，精度达毫米级。结果表明，GPS解算所得变形量与水库蓄水量具有高度一致性[1, 2, 3, 4]。为降低变形监测系统的建设成本，文献[5]提出了一机多天线变形监测系统，采用附加的多天线转换开关实现一台接收机与多个天线的时分单通连接。同时，考虑到监测特点(如监测站坐标已知)，文献[6—8]提出了“无周跳无模糊度”的变形监测方法。对于桥梁、高大建筑物等结构体的动态变形，适宜采用实时监测系统进行，文献[9]研制了GPS变形监测数据处理软件GPSMON，定位精度为亚厘米级；文献[10]集成GPS、加速度计、伪卫星等技术，建立了桥梁变形实时监测系统。同时，Geo++、Leica、Trimble等测量仪器公司也开发了GPS变形监测系统，并得到了广泛的应用。
中国自20世纪80年代开始研制北斗系统，并实施了系统建设的“三步走”规划[11]。2012年底，北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件正式公布，标志着北斗区域导航定位系统的正式
建成。目前BDS在轨卫星16颗，其中工作卫星14颗，包括5颗GEO卫星，5颗IGSO卫星及4颗MEO卫星。预计到2020年左右，将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。已有研究表明，北斗二代系统的卫星钟性能、测距精度等与GPS基本处于同一水准[12, 13]。
在变形监测中，尤其对于滑坡、大坝等变形体的监测，受观测环境所限，测站往往遮挡严重，从而影响卫星的几何构型，降低变形监测的精度及可靠性。BDS由于其特殊的星座设计(5颗GEO卫星以及5颗IGSO卫星的存在)，即使在目前尚未完成全球构网的情况下，在我国大部分区域其卫星可见数也大于GPS等系统。随着BDS卫星的逐步入轨，这一优势会更加明显。虽然BDS 与GPS等类似，但其在信号结构、卫星分布、卫星类型等方面还存在较大的不同[14]。同时，利用多种系统进行监测也可以提高监测结果的精度和可靠性。此外，针对BDS变形监测应用的研究也可以拓展我国北斗系统的应用空间，验证北斗系统在高精度导航定位领域的可用性。因此，研究利用BDS及联合其他系统进行变形监测具有重要的科学和现实意义。
本文首先基于双差模型研究了BDS高精度基线解算方法，并针对变形监测特点，采用可靠的数据处理策略，研制开发了一套基于BDS的变形监测软件平台。同时，本文基于配备了三维精度测试系统的变形监测试验平台，利用在中国中部某地区采集的实测数据，从卫星分布、解算结果的内、外符合精度等多方面对北
斗系统在变形监测中的可用性进行了探讨分析，并与GPS解算结
果进行了比较。
1 系统算法与实现
为探讨利用现有北斗星座进行变形监测的可行性，本文研制
了变形监测软件，其数据处理流程如图 1所示。本软件目标为
实现BDS变形监测数据的准实时(采用时段解模式)、高精度处理，故软件采用广播星历进行解算。已有研究表明，在短基线条
件下，广播星历误差对基线解算结果的影响较小，可忽略不计[15]。软件同时具有BDS-GPS联合解算能力，但已有研究表明目前BDS
与GPS高精度解算结果之间存在由于天线相位中心改正等原因
引起的系统偏差[16]，因此本文仅针对BDS单模结果分析。
图 1 数据处理流程Fig. 1 Data processing flow chart
图选项
软件包含了从数据处理到结果输出整个流程，主要包括数据准备、法方程形成与叠加、模糊度固定、时间序列结果分析等4部分。
(1) 数据准备主要包括两方面，一是根据广播星历计算卫星位置；二是将观测数据进行周跳探测与标记。周跳探测采用改进的TurboEdit方法[17, 18]，利用MW、LG组合观测值以及LC观测值的双差残差分别探测周跳。结果表明，上述周跳探测策略基本不受电离层活动及观测条件的影响，可以探测到1周的小周跳，从而大幅减小了残差编辑的工作量，缩短了数据解算时间。为避免周跳错误修复而引起的灾难性后果，本文对周跳采取只探测、标记而不修复的策略，对所有周跳引入模糊度参数进行估计。
(2) 形成双差观测方程，进行法方程叠加，并将模糊度映射为双差模糊度[19]。双差观测值选取采用参考站-参考星以及全局搜索相结合的方法。若某历元观测存在参考站或参考星，则采用参考站-参考星法，否则采用全局搜索法，在当前历元所有观测值中最大限度地搜索函数独立的双差观测值。考虑到BDS星座的特殊性，在选择参考星时首选GEO卫星，若由于环境遮挡任何一颗GEO卫星均不为参考星，则依次选择IGSO、MEO卫星为参考星。根据基线长度，解算时既可采用单频观测值，也可利用双频观测值形成无电离层组合以消除电离层误差的一阶影响。形成法方程时需考虑的误差主要有对流层改正、地球自转改正、天线相位中心改正[20]、潮汐负载改正等，其他误差认为在双差过程中得到消
除。对流层改正采用Saastamoinen模型，剩余对流层影响采用分段线性模型估计。BDS卫星天线相位中心采用
MGEX(multi-GNSS experiment)公布的模型，接收机天线相位中心改正模型未知，在系统中以0代替。求解法方程后得到浮点解，此时需进行残差编辑，对可能存在的周跳和坏值进行标记，然后重新形成法方程，直到残差编辑没有周跳或坏值为止。
(3) 模糊度固定采用决策函数和序贯模糊度固定相结合的
方法进行[19]。首先计算每个模糊度可以被固定的概率，并固定对应最大概率的模糊度，再更新法方程，重复上述程序，直到模糊度全部被固定或没有模糊度可以被固定。结果表明，在变形监测应用中，由于基线一般较短，采用此模糊度固定策略基本可将所有的北斗双差模糊度固定。将上述过程得到的整数模糊度回代法方程解算得到模糊度固定解。
(4) 时间序列分析在频域与时域进行。频域分析主要研究原始变形信号中各地球物理效应及GNSS技术类误差的影响，通过设计滤波器从原始结果中提取真正的变形信息。时域分析通过对变形时间序列进行ARIMA建模以分析变形的内在联系，预测变形的发展情况。
2 数据分析
2.1 数据采集
为了分析利用北斗系统进行变形监测的精度和可靠性，本文搭建了模拟变形平台，利用实测数据从内、外符合精度等多个角
度出发对试验结果进行了讨论。试验采用的仪器为Trimble NetR9型接收机，天线型号为TRM29659.00。此类型接收机可同时接收GPS以及BDS信号，满足系统间的兼容与互操作要求。
本次试验共布设3个测站(JZ01、JC01、JC02)，位于中国中部某城市。所有测站均为土层观测墩，高出地面3m。其中JZ01站基座深8m，为钢筋混凝土结构，JC01、JC02站基座深3m，为钢结构。各测站视野开阔，10°高度角以上基本不存在遮挡物。测站间基线长度如表 1所示。3个测站均配置有强制对中标志。另外JC01站装有高程精度测试系统，JC02站装有水平精度测试系统。两套系统均可以通过旋转螺栓使接收天线在水平或垂直方向上精确移动。
表 1 测站间基线长度Tab. 1 Length of baselines
基线名称JZ01-JC01 JZ01-JC02 JC01-JC02
长度/m 29.2 277.1 274.5
表选项
本次试验采集了从2014年8月7日至8月10日(年积日219—222)共4d的数据。采样间隔30s，截止高度角10°。数据采集过程中试验平台的位移量如表 2所示。其中JC01、JC02站分别在垂直、水平方向(NS方向)上移动。在此过程中JZ01站保持不动。
表 2 试验平台位移量Tab. 2 Displacements of
experimental platformmm
DOY N E U
219 0 0 0
220 1 0 1
221 2 0 2
222 3 0 3
表选项
2.2 数据质量
与GPS相比，BDS具有自己的独特性，其包含5颗地球静止轨道卫星(GEO)和5颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)。地球静止轨道卫星与测站相对静止，而倾斜地球同步轨道卫星与测站的相对位置变化也与GPS卫星等不同，因此有必要对各测站能观测到的北斗卫星数及其GDOP值进行分析。
试验中3个测站相距较近，能观测到的卫星数也十分相似，故此处以JZ01站为例分析能观测到的北斗卫星数。分析中选用JZ01站219日GPS时4~24时的观测数据。结果如图 2所示，横坐标是以历元形式表示的观测时间，共2400历元的观测数据。由图 2可知，JZ01站在分析时段内最少可观测到7颗北斗卫星，最多12颗，其数量均多于GPS(最少6颗，最多11颗)。这主要
是由北斗卫星导航系统特殊的星座设计引起的。随着BDS星座的
逐步完善，其在亚太地区卫星可见性方面的优势会更加明显。
图 2 JZ01站卫星可见性Fig. 2 Satellite visibility for site
JZ01
图选项
几何精度因子是衡量定位精度的重要系数，代表GNSS测距误
差造成的接收机与卫星间的距离矢量放大因子。图 3为JZ01站BDS与GPS在分析时段内的GDOP值序列。结合图 2可看出，与GPS相比，虽然BDS在卫星可见数方面略占优势，但其GDOP值
的平均值在观测时段内大于GPS。与BDS相比，GPS的GDOP值变
化更频繁。GDOP值序列的断续表示系统可见星数的变化，由此
引入更多的模糊度参数需要解算，增加数据处理负担。
图 3 JZ01站BDS与GPS GDOP值对比Fig. 3 Comparison of GDOP at site JZ01 for GPS and BDS respectively
图选项2.3 定位精度
本文主要从基线解算中误差、基线各分量重复性以及变形监
测试验系统调整前后基线分量较差等方面来分析和讨论BDS基
线解算精度。为了对比分析，本文将GPS解算的结果作为参考值。GPS数据的解算利用DDMS[4]软件进行。解算时段长度为4h。由于
每天9时(北京时间)左右调整变形监测试验系统的位移量，因此
舍弃第一个时段(8~12时)的数据，每天只统计5个时段的结果。
下述对基线解算中误差、重复性的讨论均基于年积日219日，基
线(JZ01-JC02)的结果进行。
GPS与BDS每个测段的基线分量中误差如图 4所示，其中横
坐标表示不同系统(BDS与GPS)、不同时段(1~5时段)所对应的
解算结果。由图 4可看出，在本试验的基线长度和观测环境条
件下，BDS的基线水平分量精度0.7mm左右，高程分量精度1.5mm
左右，略低于GPS的结果精度。与GPS类似，利用BDS解算得到
的高程分量精度约是水平分量的一半。同时需要注意的是，BDS
的N方向精度明显低于E方向，这与文献[21]的结论一致，这可能
主要是由BDS的星座结构引起的。
图 4 基线分量中误差Fig. 4 Standard deviations of baseline
components
图选项表 3为利用5个测段的结果统计得到的各系统对应基线分量
的重复性。由表 3可得到与图 4类似的结果，即BDS的E方向
精度最高，N方向次之，高程分量精度最低，约为水平分量的一半。
表 3 各系统基线分量重复性Tab. 3 Repeatability of baseline components derived from GPS and BDS
系统N分量E分量U分量L分量
GPS 0.2 0.2 1.0 0.1
BDS 0.9 0.4 1.4 0.9
表 4为各系统所对应的平台实际调整量与解算结果的较差统计。由表 4中较差平均值可看出，解算结果存在明显的系统误差。通过对不同系统、不同调整量所对应的较差平均值取平均后可得此系统误差约为水平方向0.7mm，高程方向0.5mm。后用测微器(可精确至0.01mm)的量测结果证实了上述系统误差的存在，且两种手段所得系统误差值具有较好的一致性。推断此系统误差由试验平台自带的刻度误差引入，是由于试验平台的制造工艺产生的。因此下述对基线分量较差的分析均是根据去除系统误差后的结果进行的。
表 4 平台实际调整量与解算结果较差统计Tab.
4 Difference between the platform adjustments and the
estimated resultsmm
实际调整量最大值最小值平均值标准差
水平垂直水平垂直水平垂直水平垂直
1
GPS 0.9 1.4 0.1 -0.4 0.5 0.4 0.3 0.7 BDS 1.5 1.7 0.5 -0.6 0.8 0.5 0.4 0.8 2
GPS 0.9 1.0 0.6 -0.5 0.7 0.3 0.2 0.6 BDS 0.8 0.4 0.5 -1.1 0.6 0.2 0.1 0.6 3
GPS 0.9 1.1 0.6 -0.2 0.7 0.6 0.1 0.6 BDS 1.2 1.7 0.6 0.2 0.9 0.7 0.2 0.6
图 5为试验平台调整前后各测段基线分量较差。由图 5可以看出，对于3mm的变形，无论此变形发生在水平方向或高程方向，基于目前星座的BDS均可轻易识别。当此变形为2mm时，水平方向仍可轻易识别，但高程方向的较差已不十分明显。进一步，当变形量为1mm时，水平方向仍可以分离出此变形，但高程方向的基线分量较差表现出较大的随机性，已不足以提供明确的变形信息。因此，结合本文上述对基线分量估值中误差以及重复性的讨论，认为基于目前的BDS以及本文所实现的变形监测软件平台可达到水平1mm，高程2mm左右的监测精度。同时由图 5也可以看出，目前的BDS解算精度略低于GPS。结合本文前述对BDS数据质量的分析，认为其由试验区域内BDS较大的GDOP值引起。虽然试验中BDS的可见星数等与GPS基本相当，但不完善的星座结构导致BDS较大的GDOP值，从而造成BDS的解算精度略低于GPS。但可以预测，随着北斗系统星座的逐步构建，这一差距会逐渐缩小，最终接近甚至在某些区域超过GPS精度。
注：上、中、下图分别对应年积日220、221、222日的结果，虚线表示平台实际位移值。图 5 试验平台调整前后各测段基线分量较差Fig. 5 Difference of baseline components before and after adjusting the experimental platform
图选项3 结论
本文主要分析了基于目前的北斗星座进行高精度变形监测的
可行性。通过实测数据分析与讨论，得到如下结论：①在试验区
域(中国中部某城市)，目前BDS卫星可见数略大于GPS。但由于BDS星座的特殊设计，其对应的GDOP值略差于GPS；②通过分析
变形监测试验平台的实测数据，认为目前BDS在短基线条件下能
够达到平面1mm以内，高程2mm以内的精度水平，可满足大部分
变形监测工程的需要。总之，目前的北斗卫星导航系统能够满足
高精度变形监测工程的需求，可以在生产实践中推广应用。
参考文献
[1] HUDNUT K W, BEHR JA. Continuous GPS Monitoring of
Structural Deformation at Pacoima Dam, California[J].
Seismological Research Letters, 1998, 69(4): 299-308.
[2] BEHR J A, HUDNUT K W, KING N E. Monitoring Structural
Deformation at Pacoima Dam, California Using
Continuous GPS[C]//Proceedings of the 11th
International Technical Meeting of the Satellite
Division of the Institute of
Navigation.Nashville,Tennessee: [s.n.], 1998: 59-68.
[3] 姜卫平, 刘经南. GPS技术在隔河岩大坝监测中的应用研究
[J]. 武汉测绘科技大学学报, 1998, 23(S1): 48-49.
JIANG Weiping, LIU Jingnan. Study on Application of GPS in the Geheyan Dam Deformation Monitoring[J].
Journal of Wuhan Technical University of Surveying and Mapping, 1998, 23(S1): 48-49.
[4] 姜卫平, 刘鸿飞, 刘万科, 等. 西龙池上水库GPS变形监
测系统研究及实现[J]. 武汉大学学报(信息科学版),
2012, 37(8): 949-952. JIANG Weiping, LIU Hongfei, LIU
Wanke, et al. CORS Development for Xilongchi Dam
Deformation Monitoring[J]. Geomatics and
Information Science of Wuhan University, 2012, 37(8): 949-952.
[5] DING X L, CHEN Y Q, HUANG D F, et al. Slope Monitoring
Using GPS: A Multi-antenna Approach[J]. GPS World, 2000, 11(3): 52-55.
[6] 李征航, 张小红, 朱智勤. 利用GPS进行高精度变形监测
的新模型[J]. 测绘学报, 2002, 31(3): 206-210. LI
Zhenghang, ZHANG Xiaohong, ZHU Zhiqin. A New Model of High Accuracy Deformation Monitoring with GPS[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2002, 31(3):
206-210.
[7] 王新洲, 花向红, 邱蕾. GPS变形监测中整周模糊度解算的
新方法[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2007, 32(1): 24-26. WANG Xinzhou, HUA Xianghong, QIU Lei. A New Method for Integer Ambiguity Resolution in GPS
Deformation Monitoring[J]. Geomatics and
Information Science of Wuhan University, 2007, 32(1):
24-26.
[8] 张小红, 李征航, 徐绍铨. 高精度GPS形变监测的新方法
及模型研究[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2001,
26(5): 451-454. ZHANG Xiaohong, LI Zhenghang, XU
Shaoquan. A New Model for High Accuracy Deformation Monitor with GPS[J]. Geomatics and Information
Science of Wuhan University, 2001, 26(5): 451-454.
[9] 陈永奇, JAMES L. 单历元GPS变形监测数据处理方法的研
究[J]. 武汉测绘科技大学学报, 1998, 23(4): 324-328, 363. CHEN Yongqi, JAMES L. Development of the
Methodology for Single Epoch GPS Deformation
Monitoring[J]. Journal of Wuhan Technical
University of Surveying and Mapping, 1998, 23(4):
324-328, 363.
[10] MENG Xiaolin, ROBERTS G W, COSSER E, et al. Real-time
Bridge Deflection and Vibration Monitoring Using an Integrated GPS/Accelerometer/Pseudolite
System[C]//Proceedings of the 11th International
Symposium on Deformation Measurements, International
Federation of Surveyors (FIG), Commission
6-Engineering Surveys, Working Group 6.1.Santorini: [s.n.], 2003.
[11] 杨元喜. 北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J]. 测绘
学报, 2010, 39(1): 1-6. YANG Yuanxi. Progress,
Contribution and Challenges of COMPASS/BeiDou
Satellite Navigation System[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(1): 1-6.
[12] SHI Chuang, ZHAO Qile, HU Zhigang, et al. Precise
Relative Positioning Using Real Tracking Data from COMPASS GEO and IGSO Satellites[J]. GPS Solutions, 2013, 17(1): 103-119.
[13] STEIGENBERGER P, HUGENTOBLER U, HAUSCHILD A, et al.
Orbit and Clock Analysis of COMPASS GEO and IGSO
Satellites[J]. Journal of Geodesy, 2013, 87(6):
515-525.
[14] 中国卫星导航系统管理办公室. 北斗卫星导航系统空间信
号接口控制文件2.0[EB/OL].
北斗卫星定位系统工作原理
北斗卫星定位系统工作原理 北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于30 0m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0. 1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，
其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 工作原理1 北斗卫星定位系统接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及北斗卫星定位系统信息，如卫星状况等。 北斗卫星定位系统接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精
最新北斗卫星导航系统详解
北斗卫星导航系统详 解
北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代系统，是中国研发的卫星导航系统。北斗一号是一个已投入使用的区域性卫星导航系统，北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系统被联合国确认为全球4个卫星导航系统核心供应商。 北斗一号 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、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，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己
由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥“双保险”作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。 系统工作原理 “北斗一号”卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 “北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。 北斗系统三大功能 快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20—100m；
北斗卫星导航系统定位原理及应用
xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、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，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。 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： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标
北斗卫星导航系统常识简介
北斗卫星导航系统常识 简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。北斗
北斗卫星导航系统测量型终端通用规范(预)要点
北斗卫星导航系统测量型终端通用规范（预） 2014.08.14 1 范围 本标准规定了北斗卫星导航系统测量型终端（以下简称北斗测量型终端）的技术要求、检验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。 本标准适用于利用载波相位观测值进行静态测量、后处理动态测量、RTK测量的北斗测量型终端的研制、生产和使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ?GB/T 191 包装储运图标志 ?GB/T 2828.1—2003 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 ?GB 4208—2008 外壳防护等级（IP代码） ?GB/T 4857.5 包装运输包装件跌落试验方法 ?GB/T 5080.1—1986 设备可靠性试验总要求 ?GB/T 5080.7—1986 设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案 ?GB/T 5296.1—1997 消费品使用说明总则 ?GB/T 6388 运输包装收发货标志 ?GB 9254—2008 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 ?GB/T 9969—2008 工业产品使用说明书总则 ?GB/T 12267-1990 船用导航设备通用要求和试验方法 ?GB/T 12858-1991 地面无线电导航设备环境要求和试验方法 ?GB/T 13384—2008 机电产品包装通用技术条件 ?GB/T 15868—1995 全球海上遇险与安全系统（GMDSS）船用无线电设备和海上导航设备通用要求、测试方法和要求的测试结果 ?GB/T 16611—1996 数传电台通用规范 ?GB/T 17626.3—2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 ?GB/T 19391—2003 全球卫星定位系统（GPS）术语及定义 ?GB/T 20512 GPS接收机导航定位数据输出格式
北斗GPS卫星导航系统建设方案
北斗GPS卫星导航系统 建 设 方 案 贵州迪辰安信科技发展有限公司 二〇一三年五月
目录 目录 (2) 第一章建设背景 (4) 第二章北斗GPS卫星导航系统简介 (7) 2.1、什么北斗卫星导航系统 (7) 2.2、北斗卫星定位原理 (8) 2.3、北斗卫星工作原理图 (8) 2.3、北斗GPS卫星导航技术指标 (9) 第二章系统设计原则 (10) 第三章系统总体设计 (11) 3.1系统架构 (11) 3.2 技术架构 (12) 3.3 平台运行环境配置 (13) 3.4 服务端程序平台 (13) 3.5 GPS数据接入公安内网 (14) 3.6 北斗GPS监控客户端功能设计 (14) 3.7系统安全 (19) 第四章项目实施 (21) 4.1实施进度 (21) 4.2实施和验收方法 (21) 4.2.1项目的实施 (21) 4.2.2项目的验收 (21) 4.3项目管理及质量控制 (22) 4.3.1项目责任制 (22) 4.3.2项目质量控制 (22) 第五章运行维护体系 (23) 5.1系统的维护 (23) 第六章经费预算 (24) 6.1 硬件配置及费用预算 (24)
6.2 软件系统费用预算 (24)
第一章建设背景 1. 概述 随着我市城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已成为公安、交通系统中的一个重要问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出车辆所在的大概位置，而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位甚至迷路。因此，从调度管理和安全管理方面，其应用受到限制。北斗GPS定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。通过车载GPS接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置。通过车载电台将GPS定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并在大屏幕电子地图上显示出来。目前，用于公安、交通系统的主要是车辆GPS定位与无线通信系统相结合的指挥管理系统。 2. 车辆GPS定位管理系统 车辆GPS定位管理系统主要是由车载GPS自主定位，结合无线通信系统对车辆进行调度管理和跟踪。已经研制成功的如车辆全球定位报警系统，警用GPS 指挥系统等。分别用于城市公共汽车调度管理，风景旅游区车船报警与调度，海关、公安、海防等部门对车船的调度与监控。监控中心部分的主要功能有：?数据跟踪功能。将移动车辆的实时位置以贞列表的方式显示出来。如车号、经度、速度、航向、时间、日期等
《“北斗卫星导航系统”》阅读练习及答案
阅读下面的文字，完成各题。 材料一： 材料二： 2005年，当时正在建设的北斗二号系统的“原子钟”突遇问题。 原子钟就如同一块“手表”，为卫星导航用户提供精确的时间信息服务。事实上，高精度的时间基准技术是卫星导航系统最核心的技术， 直接决定着系统导航定位精度，对整个工程成败起着决定性作用，其重要性如同人的心脏。 当时还想引进，但人家就不给你。因为这是个高精度的东西，他 们要对我们进行技术控制。没有原子钟，这个系统基本上就是空中楼阁。 国外的技术封锁，坚定了科研人员自力更生的信念。大家有了一 个共识，核心关键技术必须要自已突破，不能受制于人。当时北斗人 有一句话，“六七十年代有原子弹，我们北斗人一定要有我们自己的原子钟”。 他们成立了三支队伍同时开展研发，并在基础理论、材料、工程 等领域同步推进。就这样，仅仅用了两年的时间，科研团队就攻克了
原子钟这个最大技术屏障。不仅如此，现在用在北斗三号上的原子钟，已提升到每300万年才会出现1秒误差的精度，完全满足了我国的定位精度要求。 （摘编自“央视网”）材料三： 2018年7月29日9时48分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火费，以“一箭双星”的方式成功发射第33、34颗北斗导航卫星。 这是北斗三号全球组网卫星的第四次发射。两颗卫星均属于中圆 地球轨道卫星，是我国北斗三号系统第9、10颗组网卫星。 根据计划，2018年年底前将建成由18颗北斗三号卫星组成的基本系统，为“一带一路”沿线国家提供服务。从这次发射开始，北斗 卫星组网发射进入前所未有的高密度期。 （摘编自“新华网”）材料四： 据俄罗斯《劳动报》网站2018年8月26日报道，中国已与美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的“格洛纳斯”全球卫星导航系统 展开激烈竞争。今年北斗系统将开始向“一带一路”沿线国家和地区 提供基本导航服务。两年之后，北斗将向全球提供导航服务。 报道认为，中国对太空领先地位的积极争夺令美国等太空强国感 到不安。尽管中国每年对太空项目的60亿美元投入与美国的400亿美元相差甚远，但中国发射的卫星数量却与美国不相上下。此外，中
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统- 简介 北斗卫星导航系统 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国独立发 展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。 北斗卫星导航系统既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代导航系统。其中北斗一号用于中国及其周边 地区的区域导航系统，北斗二号是类似美国GPS的全球卫星导航系统。[1] 北斗卫星导航系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的中国卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。[2] 三步走 按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下： 第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。 第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。[3][4] 北斗卫星导航系统- 系统组成
北斗导航卫星应用战略图 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号的2代系统，由空间段，地面段，用户段三部分 组成。 空间段 空间段包括五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星。地球静止轨道卫星分别位于东经5 8.75度、80度、110.5度、140度和160度。非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗同步 轨道卫星组成。 地面站 地面段包括主控站、卫星导航注入站和监测站等若干个地面站。 主控站主要任务是收集各个监测站段观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行管理与控制等。 注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。 监测站接收导航卫星信号，发送给主控站，实现对卫星段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。 用户段 用户段包括北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。系统采用卫星无线电测
北斗二号卫星导航系统介绍与应用.
北斗二号卫星导航系统介绍及应用 南京工业大学工业工程 北斗二号卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS ,是继美全球定位系统(GPS 和俄 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度 10m ,授时精度优于 100ns 。 2012年 12月 27日,北斗二号系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。 北斗二号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 GLONASS 、欧盟 GALILEO 等其他卫星导航系统兼容的终端组成。 北斗二号卫星导航系统是在北斗一号的基础上建设的卫星导航系统, 但其并不是北斗一号的简单延伸, 完整构成的北斗二号卫星导航系统是一个类似于 GPS 和GLONASS 的全球导航系统。 一.研发背景 1. 重要的战略意义 战略意义一:建设北斗卫星导航系统, 是提高我国国际地位的重要载体战略意义二:是促进和推动经济社会发展的强大动力。战略意义三:是推动我国信息化建设的重要保证。战略意义四:是应对重大自然灾害的生命保障。战略意义五:是增强武器效能,维护国家安全的根本命脉 v 战略意义七:是我国履行航天国家国际责任的需要。战略意义八:对提升中国航天的能力, 推动航天强国建设意义重大。 2. 北斗一号卫星导航系统及其不足
北斗卫星定位车载终端技术设计方案
北斗卫星定位车载终端技术方案 三、技术原理 北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统为用户提供高质量的定位、导航和授时服务，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性。北斗卫星定位车载终端采用了多模块化、组合式优化设计，内置高性能芯片，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络、因特网络，将汽车行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油耗检测功能集于一体，通过无线数据通讯接口（GSM、GPRS、CDMA）和GPS接口，能与监控中心系统进行数据通信和移动位置的定位，能够满足用户的多种需求。 除具有传统行驶记录仪的功能外增加了定位导航、监控跟踪、数据实时传送、油耗检测等功能，并且能够实现对车辆实时监管、调度，遇险报警远程网络监控，彻底改变了现有汽车行驶记录仪只能实地监管、事后监督的弊端；GPS/北斗2双模卫星定位模块，可以灵活配置信号处理通道工作于单GPS模式，或单北斗2模式，或GPS/北斗2混合模式；兼容目前现有的GPS单模定位，且能实现双模捕获、双模跟踪更加智能化、集成化。因此，基于以上原理设计的卫星车载终端监控系统，大大超出了传统行驶记录仪的功能，具有极为光明的发展前景。 四、设计方案 （一）设计原则 1、先进性和适用性相结合
系统采用成熟的高新科技，以目前较为先进的方法实现需要的功能，保证系统具有深厚的发展潜力，在相当长的时间内具有领先水平。 2、通用性和安全性相结合 在系统设计过程中，均留有相应的通信接口，系统的各个模块构成一个有机的整体。系统数据库中的各种数据在交换和共享的过程中，充分考虑到了系统的安全性。对每一个用户的权限有严格的认证（司机卡身份识别）体制，对每一个用户的权限进行分级控制和限定。 3、安全可靠性 在经济条件允许范围内，从系统结构、设计方案(考虑到非法用户及病毒入侵，数据采用纠错冗余技术)、技术保障等方面综合考虑；系统尽可能地采用成熟的技术、商品化的软硬件产品，保证系统可靠稳定运行。 4、实用性 整个系统的操作以方使、简捷、高效为目标，多操作平台整体设计，统一操作，既充分体现快速反应的特点，又能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于运输交通管理层及时了解各项统计信息和决策信息，便于执法部门的远程监督。 5、可扩展性 考虑到业务功能在不断发展、变化，因此要求系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有可扩充性和升级能力。 （二）设计依据 1、多样化的完备的授权模式能够满足账户和权限管理上的各种需求 2、中华人民共和国道路交通安全法 3、公安部道路交通违法信息代码
北斗卫星导航系统常识简介
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可 在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、 定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性 空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对 保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象 等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。
2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之 后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是 覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。北斗卫星系统已经对实现全覆盖。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等 诸多领域，产生显着的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。 北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科学院院士、中国工程院院士、着名测量与遥感学家李德仁介 绍说 二、卫星定位原理 北斗卫星导航系统35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而
北斗卫星导航系统主要应用领域
北斗卫星导航系统主要应用领域 1、交通运输重点运输监控管理、公路基础设施、港口高精度实时定位调度监控； 2、海洋渔业船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理； 3、水文监测多山地域水文测报信息的实时传输； 4、气象监测气象测报型北斗终端设备，大气监测预警系统应用解决方案； 5、森林防火定位、短报文通信； 6、通信时统开展北斗双向授时，研制出一体化卫星授时系统； 7、电力调度基于北斗的电力时间同步； 8、救灾减灾提供实时救灾指挥调度、应急通信、信息快速上报、共享； 9、军工领域定位导航；发射位置的快速定位；搜救、排雷定位等。 国家积极推动北斗民用化进程，一系列的鼓励政策，为北斗的应用发展提供了广阔的空间。北斗卫星导航系统解决了精准定位的问题，靠一个北斗终端就能走遍大江南北。北斗系统的定位服务将在未来智慧生活中发挥巨大作用。 如今的北斗卫星导航系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，北斗卫星导航系统在使用中产生显着的经济效益和社会效益。 在气象行业，北斗卫星导航系统广泛应用于气象观测、灾害监测和气象信息的收集与发布，包括大气风向风速、水汽含量、海风海浪、雷电观测和预警等，极大提升气象观测、预报和灾害预警发布水平，增强气象领域防灾减灾能力。 中国海洋渔业水域面积300多万平方公里，现有渔船100多万艘、渔业人口2000多万，海洋渔业涉及渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护和海上主权维护，现已成为北斗民用规模最大的行业。北斗卫星海洋渔业安全生产信息服务系统的应用极大地保障了渔船的出海安全，巩固和发展了渔业生产，推动了“平安渔业”建设。以赴南沙生产作业的渔船为例。农业部南海区渔政局建立了“南沙渔船船位监控指挥管理系统”，系统建成后，监控中心能随时获知渔船方位，大大方便了相关职能部门对渔业生产的管理，实现看得见的管理调度。当渔民在海上遇险时，可以通过渔船上的卫星导航通信系统向监控中心发送遇险报告，监控中心收到报告时就可以根据卫星定位确定距离遇险渔船最近的船只，
北斗卫星导航系统概述
北斗卫星导航系统概述 00钟恩彬 引言 自从 1960 年美国发射第一颗导航卫星并于1964年组成美国海军导航卫星系 统(NNSS)以来，导航卫星经过了从多普勒定位技术到伪码扩频测距定位，从间断、部分覆盖导航到全天候、全天时、全覆盖导航，从单纯广播式导航到通信导航融合 技术的发展，其中运行了近二十年的美国 GPS 系统是卫星导航技术发展 的结晶。随着卫星导航系统应用价值的不断扩展， GPS 也暴露了一些不足，比如，GPS 能够解决单一用户的精确定位导航问题，但由于它是广播式的导航，用户不能与导航卫星建立通信，定位信息不能传输给用户中心，这一缺点使得它若在战场上运用时虽然能给导弹导航，但不能向指挥中心回传打击效果。我国充分吸收 GPS 的经验，于上世纪 80 年代开始研究设计自己的卫星导航系统—北斗卫星导 航系统。截至目前，我国已经发射了 16 颗组网卫星，基本实现了亚太区域覆盖，我们很快就将用上国产的北斗终端设备了。在此背景下，本文将主要从北斗卫星导航系统的基本原理、与其它系统的比较两个方面简要介绍北斗卫星导航系统。 一、北斗卫星导航系统的基本原理 卫星定位说白了就是测出几颗卫星到定位点的距离，然后在建立的三维空间坐标系中以这些距离为半径画几个球，球的交点即为定位点的坐标，至于导航就是选定一个参考点，测算出它的坐标，引导用户到该参考坐标点就是导航。 关键的问题是如何测量出实时的距离，这就需要利用电磁波在卫星与用户之间的来回传播来测算。不过实际的系统远不止这么简单，例如必须保证发射和接受同步，这就好比要使卫星和用户接收机同时开始播放同一首歌，这时站在接收机旁的人会停到两个版本的歌声，滞后的就是来自卫星的歌声，这个时延乘上光速 c 即为卫星到定位点的距离，当然，这个时延的测量也必须用精准的时钟。为了保证这些，电磁波上必须加载复杂的导航电文。导航电文不是由卫星单独产生的，而要有地面主控站来控制完成，所以为了不受制于人，我国决定开发自己的卫星导航系统。 北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端组成，空间端包括 35 颗组网卫星，其中 5 颗为静止轨道 (GEO)卫星，地面端主要有主控站、注入站
(完整版)北斗卫星导航系统常识简介
北斗卫星导航系统常识简介 一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是覆
盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°-55°。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。 北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科学院院士、中国工程院院士、著名测量与遥感学家李德仁介绍说 二、卫星定位原理 北斗卫星导航系统35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
北斗卫星导航系统与应用综述
北斗卫星导航系统及应用综述 0引言 北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。 1 北斗卫星导航系统基本信息介绍 中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 1.1 北斗卫星导航系统的定位原理 “北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同,GPS采用的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的三维定位数据,而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分,由两种基本形式的卫星组成,分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与
轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此,“北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。“北斗”导航卫星分别在1559MH z～1610MH z、1200MH z～1300MH z两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号, 具有公开服务和授权服务两种服务模式[1]。 “北斗二号”导航卫星系统体制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,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定位, 系统的用户容量不受限制,并可提高用户位置隐蔽性。 图1.1北斗卫星导航定位系统定位原理图 1. 2 北斗卫星导航系统的系统组成 北斗双星导航系统主要由空间部分、地面中心控制系统和用户终端3个部分组成。空间部分由轨道高度为36000km 的2颗工作卫星和1颗备用卫星组成(一个轨道平面), 其坐标分别为(80°E, 0°, 36000km)、(140°E, 0,°36000km)、(110. 5°E, 0°, 36000km)。卫星不发射导航电文, 也不配备高精度的原子钟, 只是用于在地面中心站与用户之间进行双向信号中继。卫星电波
全方位系统介绍卫星终端之北斗终端
目录 一、什么是卫星终端 (2) 二、什么是北斗终端 (2) 三、北斗终端分类 (3) 3.1北斗短报文通讯终端 (3) 3.1.1北斗短报文通讯终端优势及应用 (3) 3.2北斗导航定位终端 (4) 3.2.1北斗导航定位终端工作原理及组成部分 (5) 3.2.2北斗导航定位终端现状 (5) 四、北斗终端介绍 (5) 4.1北斗短报文开发一体机 (5) 4.2北斗便携终端 (6) 4.3北斗短报文船载一体机 (6) 4.4北斗短报文车载一体机 (7) 4.5卫星上网设备 (7) 4.6北斗手机 (8)
全方位系统介绍卫星终端之北斗终端一、什么是卫星终端 在移动卫星通信系统中，用户段需要通过地面段接入移动卫星通信网络中进行移动通信。 代表用户段的通信终端，可以有不同的表现形式，如手持终端或车载终端等，用户终端作用是通过安装有无线收发天线实现终端用户对通信状态的设置、获取，完成通信。对于不同频段的移动卫星通信网络，体现之一就是用户终端使用的频率不同，采用不同频段进行通信的用户终端，具有不同的通信功能和设计方法。 二、什么是北斗终端 北斗终端，即利用北斗卫星导航系统进行定位及导航的终端设备。 BDS是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
中国发展北斗卫星导航系统的重要性
美国的GPS占据着全球导航应用市场的绝对份额，在中国国内导航市场，GPS更是占据了95%以上的市场份额。那么，既然天上有GPS，为什么中国要耗费巨资建设北斗卫星导航系统?因为，事情远非人们想象的那么简单。建设北斗卫星导航系统，对于提高我国的国际地位，促进经济社会的发展，保障国家安全等许多方面，都具有十分重大特殊的意义。 1．建设北斗卫星导航系统，是促进和推动经济社会发展的强大动力。 卫星导航系统是服务于众多国民经济领域，带来巨大经济利益的"助推器"。比如，在金融和贸易工作中，时间的一致性极其重要，往往是差之分秒，损失无数。因此，在金融和贸易这种特殊的领域，时间的掌握必须由我们国家自己的系统来保障，仅此一点，就不难理解建设独立自主的卫星导航系统的重要性。 另一方面，从卫星导航系统产业的应用效益看，卫星导航系统的广泛应用正在向人们提供这样的信息，卫星导航产业已成为继移动通信和互联网之后，全球第三个发展最快的电子信息产业，正在带来巨大的经济价值，如果没有独立的卫星导航系统，其中的利润也将拱手送人。 2．建设北斗卫星导航系统，是增强武器效能，维护国家安全的根本命脉。 迄今为止的卫星导航系统，虽然都能发挥民用效益，但追根溯源，初始动机都在于军事用途。美俄(苏)的两代卫星导航系统都是冷战条
件下的产物，欧洲的"伽利略"系统本身就是"欧洲独立防务计划"的一部分;日本的卫星导航计划，既可以看成是日本军事"复兴"计划的一部分，也可以视为美国战略重心东移的一个辅助性计划;印度的卫星导航计划是由空军推动的。 3．建设北斗卫星导航系统，是提高我国国际地位的重要载体。 卫星导航系统的建设不仅需要雄厚的技术实力为依托，同时，还需要雄厚的经济实力作保障。也就是说，有技术没钱或有钱没技术，都是无法实施如此宏大的航天工程的，这也就是为什么目前世界上仅有三大卫星导航系统，为什么欧洲"伽利略"系统举步艰难的原因了。 我国建设独立的北斗卫星导航系统，展示了综合国力和技术实力，不仅可以从根本上摆脱受制于人的局面，而且对于提升我国的国际地位，提升我国的国际影响力具有重大意义。 4．：建设北斗卫星导航系统，是推动我国信息化建设的重要保证。 用信息化推动产业化、现代化，是建设现代化强国的必由之路。建设空间信息基础设施，是推动国家信息化建设的基础。随着社会和经济的发展，卫星导航系统越来越渗透到社会和人们的生活之中，如果没有自主可控的卫星导航系统，国家信息安全将缺少可靠的保障。 北斗卫星导航系统作为国家重要的空间信息基础设施，是国家的战略性新兴产业，对于转变经济发展方式、促进国家信息化建设、调整产业结构、提高社会生产效率、转变人民生活方式、提高大众生活质量，都具有重要意义。 5．建设北斗卫星导航系统，对提升中国航天的能力，推动航天强
北斗卫星导航系统详解
北斗卫星导航系统包括和两代系统，是中国研发的。北斗一号是一个已投入使用的区域性卫星导航系统，北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统和、、被确认为全球4个卫星导航系统核心供应商。 北斗一号 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、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，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约
20ns。。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥“双保险”作用。 北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。 系统工作原理 “北斗一号”卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 “北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。 北斗系统三大功能 快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20—100m； 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；
北斗卫星导航系统简介
资料来源：http: 北斗卫星导航系统简介 （一）概述 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。 （二）发展历程 卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。 （三）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：
1、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。 2、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。 3、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。 4、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。 （四）发展计划 目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 （五）服务 北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。