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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，可在全球围全天候、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1559MHz～1610MHz、

1200MHz～1300MHz两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号,具

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有公开服务和授权服务两种服务模式。

“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。

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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。卫星电波能覆盖地球表面

42%的面积,其覆盖的经度为100°,纬度为N81°～S81°。其轨道如图1.2所

示。

图1.2北斗双星导航系统卫星轨道

地面中心控制系统是北斗导航系统的中枢,包括1个配有电子高程图的地面

中心站、地面网管中心、测轨站、测高站和数十个分布在全国各地的地面参考标