北斗导航系统简介

一、概述　　
2000年十月和十二月，中国两次成功发射“北斗”导航试验卫星，为中国“北斗”导
航系统建设奠定了基础。“北斗”导航系统为全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导
航系统，主要为公路、铁路交通及海上作业等领域提供导航定位服务。
“北斗导航试验卫星”由中国航天科技集团空间技术研究院研制。
北斗卫星导航定位系统目前是由定位于赤道上空的两颗地球同步卫星、地面中心站、用户
终端三部分组成的。定位可以由用户终端向中心站发出请求，中心站对其进行定位后将位
置信息广播出去由该用户获取，也可以由中心站主动进行指定用户的定位，定位后不将位
置信息发送给用户，而
由中心站保存。
二、定位原理
　　如果不附加其它信息，仅凭定位于赤道上空的同步轨道上的两颗卫星所提供的测距数
据是难以有效解算目标位置的三维坐标分量的。经过分析，当下列条件满足时，可以通过
适当的数学运算确定出目标位置：
　　1）已知目标所处位置的大地纬度；
　　2）已知目标位置的大地高程，及其在某一给定时刻位于赤道平面的南侧或北侧；
　　3）目标处于匀速运动状态，且已知其起始位置；
　　4）目标处于匀变速运动状态，且已知其初始位置的坐标分量；
　　5）可以建立起目标的运动学/动力学模型，并可确定其初态。、
　　在双星定位系统中，结合数字地面高程，满足条件2），并已知目标在赤道平面北侧
，具体的定位过程是：首先由中心发出信号，分别经两颗卫星反射传至接收部分，再由接
收部分反射两颗卫星分别传回中心站，中心站计算出两种途径所需时间t1，t2，再经过计
算即可完成定位，计算
过程如下：
　　c×t1=2（r1+R1）(1)
　　c×t2=2（r2+R2）(2)
　　由于卫星1、卫星2是地球同步卫星，所以两颗卫星和中心站的地心坐标都是已知的而
根据数字地面高程，接收部分的高程也是可知的，因此，（1）、（2）中R1、R2是已知的
，C 是光速，这样就只剩下两个未知数r1、r2，可以通过两个方程解出。

　　其中，只有x、y两个未知数。至此，就可能确定接收机的二维位置，定位精度在15米
左右。
三、系统功能
目前该系统可提供四大功能：快速定位；实时导航；简短通信；精密授时。
1、快速定位
地面中心站发出的测距信号（具体为格式化的帧结构及其伪码）含有时间信息，经过
卫星-用户终端站-卫星，再回到中心站，由出入站信号的时间差可计算出距离。
优先级最高的用户，从用户终端站发射应答信号到用户终端站到定位结果，可在1s之
内完成。定位精度高，一般为几十米，可提高到10m以内。
2、实时导航

对运动用户提供前进距离和方位的业务称之为导航。由于本系统的全部数据处理集中于地
面中心站，中心站有庞大的数字化地图数据库和各种丰富的数字化信息资源，地面中心站
根据用户终端站的定位信息，参考地图数据库可迅速地计算出用户前进目标的距离和方位
，可对用户终端站发出
防碰撞的紧急报警，可通知有关部门对出事地点进行紧急营救等等。
快速定位、数字化地图库加高速计算机处理，从而使神州天鸿系统具备了实时导航的
能力。
3、简短通信
实现无线电通信的基本条件是：

线路要是双向的，每一端既能发射又能接收；

双方各有特定识别码，即不会送错又不会被第三者所接收；

通信电文预先约定，能够互相译出。

本系统的地面中心站和用户终端站收发机具备这几个条件，因为系统是双向闭合环路，每
个终端站收发机都有专用识别码。终端站收发机随机地响应某一时刻的询问信号（又叫测
距信号），响应信号和询问信号的帧格式结构中都有通信信息段。终端站想向领导机关请
求指示，或想与某终端
站联系时，用收发机的信息键盘键入对方地址码（专用识别码）和通信电文，随响应信号
送入地面中心站。地面中心站收到这个终端站的响应信号后，译出要联系的终端站地址和
通信电文。中心站把通信电文放入要联系的终端站能够解出通信码的信息中，随询问信号
发射出去，对应终端站
或领导机关便可得到通信信息。非对应地址码的终端站解不出通信段内容，只出现干扰噪
声。需要回答的终端站，只需重复上述过程。伪码相关接收保证了通信只在特定终端站之
间进行。通信信息段的容量决定了通信的速度和可参加通信的终端站数量。实际上，定位
终端站的位置数据也是
作为通信信息发给终端站的。注册用户利用连续传送方式可以传送多达120个汉字的信息
。
4、精密授时

授时与通信、定位是在同一信道中完成的。地面中心站的铯钟产生标准时间和标准频率，
通过询问信号将时标的时间码送给终端站。授时终端站与普通定位和通信终端站的不同之
处在于有一个解码器和一个计数器。解码器解出询问信号的时间码，计数器记录时间码的
时标与终端站钟的钟差
。由于信号空间传播的时间延迟，计数器记录的钟差是伪钟差。通过终端站的响应信号，
地面中心站计算出时延，连同UTC(世界协调时)与UT1（授时终端站当地时）的改正数一起
送给终端站，终端站便可将伪钟差减时延而得到终端站钟的UTC标准时间，或再加改正数
得到UT1标准时间。

本系统的伪码频率为8MHZ，即码元宽度为125ns，以二十五分之一的量化精度测量，则最
小时间测量可到5ns。因而测量值可小于10-8s，是高精度的时间信息。根据不同的精度要
求,利用授时终端,完成与北斗导航系统之间的时间和频率同步,提供100ns（单向授时）和
20ns（双向授时）的时
间同步精度。
四、系统特点
暂缺
五、未来展望
可以肯定的说，北斗导航定位系统的双星定位，只是初步实验阶段，以后除了发射同
步卫星外，还要发射多颗极轨卫星，以实现北斗系统的全球定位和实用化。