北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統,其建設目標為:建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統,促進衛星導航產業鏈形成,形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系,推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。
第5顆
2010年8月1日5時30分,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭,成功發射第五顆北斗導航衛星。
這是一顆傾斜地球同步軌道衛星,也是中國今年連續發射的第3顆北斗導航系統組網衛星。 據中國衛星導航系統專項管理辦公室負責人介紹,北斗衛星導航系統(英文簡稱COMPASS,中文音譯名稱BeiDou)作為中國獨立發展、自主運行的全球衛星導航系統,是國家正在建設的重要空間信息基礎設施,可廣泛用于經濟社會的各個領域。 中國北斗衛星導航系統能夠提供高精度、高可靠的定位、導航和授時服務,具有導航和通信相結合的服務特色。該系統經過19年的發展,在測繪、漁業、交通運輸、電信、水利、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域得到應用,已產生顯著的經濟效益和社會效益,特別是在四川汶川、青海玉樹抗震救災中發揮出非常重要的作用。
按照“三步走”的發展戰略,中國北斗衛星導航系統將于2012年前具備亞太地區區域服務能力,2020年左右,建成由30余顆衛星、地面段和各類用戶終端構成的、覆蓋全球的大型航天系統。北斗衛星導航系統技術復雜、規模龐大,它的建設應用,將實現中國航天從單星研制向組批生產、從保單星成功向保組網成功、從以衛星為核心向以系統為核心、從面向行業用戶向面向大眾用戶的歷史性轉型,開啟中國航天事業的新征程。
此次發射的衛星及其運載火箭分別由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和中國運載火箭技術研究院研制。本次衛星發射也是中國“長征”系列運載火箭第126次航天飛行。
第6顆
北京時間2010年11月1日0時26分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號丙運載火箭成功將第六顆北斗導航衛星送入太空,這是我國今年連續發射的第4顆北斗導航系統組網衛星。
經過19年的不斷發展和建設,北斗衛星導航系統在測繪、漁業、交通運輸、電信、水利、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域得到應用,產生了顯著的經濟效益和社會效益,特別是在四川汶川、青海玉樹抗震救災中發揮了非常重要的作用。
在這次發射中,中國衛星導航系統管理辦公室首次在運載火箭上使用了北斗衛星導航系統標志。藍色圓形標志包含有北斗七星、司南、網格化地球等元素以及北斗衛星導航系統的中英文名稱,表明北斗系統星地一體,為全球提供高精度、高可靠的定位、導航和授時服務的行業特點,展示其開放兼容、走向世界、服務全球的建設宗旨。 這次發射的衛星和運載火箭分別由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和中國運載火箭技術研究院研制。這是長征系列運載火箭的第133次飛行。
工作原理
北斗衛星導航系統的工作過程是:首先由中心控制系統向衛星I和衛星II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。 對定位申請,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;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。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。另外中心控制系統從存儲在計算機內的數字化地形圖查尋到用戶高程值,又可知道用戶處于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而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。
短報文通信:一次可傳送多達120個漢字的訊息。
精密授時:精度達10納秒。
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)。工作頻率:2491.75MHz。
系統容量:每小時540000戶。
建設原則
北斗衛星導航系統的建設與發展,以應用推廣和產業發展為根本目標,不僅要建成系統,更要用好系統,強調質量、安全、應用、效益,遵循以下建設原則: 1、開放性。北斗衛星導航系統的建設、發展和應用將對全世界開放,為全球用戶提供高質量的免費服務,積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作,促進各衛星導航系統間的兼容與互操作,推動衛星導航技術與產業的發展。
2、自主性。中國將自主建設和運行北斗衛星導航系統,北斗衛星導航系統可獨立為全球用戶提供服務。
3、兼容性。在全球衛星導航系統國際委員會(ICG)和國際電聯(ITU)框架下,使北斗衛星導航系統與世界各衛星導航系統實現兼容與互操作,使所有用戶都能享受到衛星導航發展的成果。
4、漸進性。中國將積極穩妥地推進北斗衛星導航系統的建設與發展,不斷完善服務質量,并實現各階段的無縫銜接。
與GPS系統比較
覆蓋范圍:
北斗導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統。覆蓋范圍東經約70°-140°,北緯5°-55°。GPS是覆蓋全球的全天候導航系統,能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛星實際上最多能觀測到11顆)。
衛星數量和軌道特性
北斗導航系統是在地球赤道平面上設置2顆地球同步衛星,衛星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設置24顆衛星,軌道赤道傾角55°,軌道面赤道角距60°。GPS導航衛星軌道為準同步軌道,繞地球一周11小時58分。
定位原理
北斗導航系統是主動式雙向測距二維導航。地面中心控制系統解算,供用戶三維定位數據。GPS是被動式偽碼單向測距三維導航。由用戶設備獨立解算自己三維定位數據。“北斗一號”的這種工作原理帶來兩個方面的問題,一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性,這在軍事上相當不利,另一方面由于設備必須包含發射機,因此在體積、重量上、價格和功耗方面處于不利的地位。
定位精度
北斗導航系統三維定位精度約幾十米,授時精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m,C/A碼目前己由25-100m提高到12m,授時精度目前約20ns。
用戶容量
北斗導航系統由于是主動雙向測距的詢問--應答系統,用戶設備與地球同步衛星之間不僅要接收地面中心控制系統的詢問信號,還要求用戶設備向同步衛星發射應答信號,這樣,系統的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的響應頻率。因此,北斗導航系統的用戶設備容量是有限的。GPS 是單向測距系統,用戶設備只要接收導航衛星發出的導航電文即可進行測距定位,因此GPS的用戶設備容量是無限的。
生存能力
和所有導航定位衛星系統一樣,“北斗一號”基于中心控制系統和衛星的工作,但是“北斗一號”對中心控制系統的依賴性明顯要大很多,因為定位解算在那里而不是由用戶設備完成的。為了彌補這種系統易損性,GPS正在發展星際橫向數據鏈技術,使萬一主控站被毀后GPS衛星可以獨立運行。而“北斗一號” 系統從原理上排除了這種可能性,一旦中心控制系統受損,系統就不能繼續工作了。
實時性
“北斗一號”用戶的定位申請要送回中心控制系統,中心控制系統解算出用戶的三維位置數據之后再發回用戶,其間要經過地球靜止衛星走一個來回,再加上衛星轉發,中心控制系統的處理,時間延遲就更長了,因此對于高速運動體,就加大了定位的誤差。此外,“北斗一號”衛星導航系統也有一些自身的特點,其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。
服務介紹
北斗衛星導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務,包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度10納秒。授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。 為使北斗衛星導航系統更好地為全球服務,加強北斗衛星導航系統與其它衛星導航系統之間的兼容與互操作,促進衛星定位、導航、授時服務的全面應用,中國愿意與其它國家合作,共同發展衛星導航事業。
系統優劣勢
優勢:
1、和美國的GPS、俄羅斯的GLONASS相比,增加了通訊功能。
2、全天候快速定位,與GPS精度相當。
劣勢:
1、北斗系統屬于有源定位系統,系統容量有限,定位終端比較復雜。
2、北斗系統屬于區域定位系統,目前只能為中國以及周邊地區提供定位服務。
應用優勢
同時具備定位與通信功能,無需其他通信系統支持;
覆蓋中國及周邊國家和地區,24小時全天候服務,無通信盲區;
特別適合集團用戶大范圍監控與管理,以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用; 獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計,可同時解決“我在哪?”和“你在哪?”;
自主系統,高強度加密設計,安全、可靠、穩定,適合關鍵部門應用。
應用領域
北斗導航定位系統服務區域為中國及周邊國家和地區,它可以在服務區域內任何時間、任何地點,為用戶確定其所在的地理經緯度信息,并提供雙向短報文通信和精密授時服務。北斗系統可廣泛應用于船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業、漁業生產、水文測報、森林防火、環境監測等眾多行業,以及軍隊、公安、海關等其他有特殊指揮調度要求的單位。
挑戰美國GPS
5月19日,中國首屆衛星導航學術年會在北京召開。在會議上,北斗衛星導航系統總設計師孫家棟
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