北斗导航系统.docx

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北斗导航系统

“北斗导航系统”讲座之前请大家先到本楼一楼正门前观看演示。

北斗导航系统

引言

1714年，英國國會懸賞了兩萬英鎊給任何人能夠設計出在海上找出30海哩範圍經度之方法，在那時兩萬英鎊可是一筆不得了的財富。

卫星定位是利用已知人造卫星在空间轨道上的坐标，从而确定观测者的位置，实现卫星覆盖范围内的定位导航功能。

国外有GPS（美国），GLONASS（俄罗斯）和伽里略系统（欧盟开发中，我国参与）

双星定位是卫星无线电定位的一种，它利用两颗地球同步卫星及相应的地面设备即可实现对各种运动载体或固定位置的精确导航定位或双向数据通信。

北斗卫星导航定位系统（简称北斗系统）是我国自主知识产权的、军民共用的区域性导航系统，可以为我国全境及周边地区的用户提供全天候、全天时的卫星定位、通信和授时服务。

⏹北斗一号双星定位系统二十年的研制历程

⏹北斗双星定位系统的组成及工作原理

⏹北斗双星定位系统的应用前景

⏹北斗卫星定位用户机的功能与特点

一，北斗一号双星定位系统二十年的研制历程

1984年我国成功发射了同步卫星；国内酝酿“快速定位通讯系统”

1985年美国GEOSTAR公司想与我国一起合作搞GEOSTAR系统，但要在中国建一基站，论证过程中（国内谁出经费等问题），GEOSTAR公司倒闭，但是我国从中获得GEOSTAR系统的一些资料。

1986—1987年航天部想与铁道部合作，未果；

1986年三月，航天部“七五”立项，五院副院长戚发韧负责双星定位系统的方案论证工作。

1987年，做双星定位系统的关键实验；89年11月完成关键实验；

1990年，做双星定位系统的地面实验，92年完成方案论证；

95年12月通过方案实验验收；

2000年底北斗系统正式建成（两颗卫星）；

2001完成系统测试并通过国家主管部门验收；

2002年系统进入试运行阶段，并在建成北斗民用网管中心后开始面向我国民用用户提供服务；

2003年5月25日，随着第三颗北斗卫星的顺利发射升空并进入预定轨道，北斗系统2+1的地球同步卫星星座布满，标志着北斗系统进入全网运行阶段，可以为我国水利、石油、林业、铁路、交通、航运等行业用户提供稳定、可靠、连续的运营服务。

二，北斗双星定位系统的组成及工作原理

北斗双星定位系统主要由三部分组成，即空间卫星部分、地面中心控制站部分和用户终端部分。

这三个部分合起来共同实现定位功能，缺一不可。

空间卫星部分包括三颗北斗一号地球同步卫星（其中一颗为备份星），每颗卫星上的主要载荷是对地天线和变频转发器，执行地面中心站与用户之间的双向无线电中继任务。

地面中心控制站的任务是监视同步卫星的运行，对所有北斗用户提供定位计算和信息交换服务。

用户终端用来接收中心控制站经卫星转发来的测距询问信号，变频后连同注入的用户标识符、通信电文、气压测高数据等再发给卫星而送入中心控制站，最后用户再接收中心控制站计算结果，完成定位和通信等功能。

。

它的定位原理是：

以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。

电子高程地图提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。

求解圆弧线与地球表面交点即可获得用户位置

与GPS全球定位导航系统的比较

☆北斗双星定位导航系统是我国自主研发设计的定位、导航、通信平台，在运营中不受国际环境的影响，具有广泛的政治意义和军事意义。

☆北斗双星定位导航系统在覆盖区域内，不仅具备GPS相同的定位导航功能，还具数据通信（短信）功能，可在其他通信设备无法覆盖的区域自由通信，如沙漠、草原、远离陆地的海域等。

☆北斗双星定位导航系统比GPS具有更小的观察死角。

北斗双星定位导航系统的星座由地球同步卫星组成，与地面同步于3.6万公里赤道的上空（GPS在2万公里上空）。

☆北斗双星定位导航系统是主动式定位体制，其定位计算由地面控制中心来完成，结果传给用户。

地面中心可对用户实施监控（也可由地面中心协同集团用户的指挥用户机来完成），这一特点在空难、海难等救险方面的作用显得尤为突出。

北斗双星定位导航系统可以提供精确授时。

预计放号（用户数）二百余万，这是由用户与地面控制中心通信占用信道资源所决定的。

⏹与其它通讯方式的比较：

项目内容

UHF

GSM

INMARSAT-C

北斗系统

通讯网方式

专用方式

公众无线网

静止卫星三颗

静止卫星三颗

覆盖范围

小,不加转发仅30-50KM

大（限于布网地区）

全世界

全国（同时具有定位功能）

通讯方式及时延

点对点

实时

短消息方式有时延

存储转发延时长

实时转发延时短

传输速率

300BPS-19.2KBPS

9.6KBPS

600BPS

8KBPS

设备费用

低

低

高

中

通讯费用

低

低

高

中

三，北斗双星定位系统的应用前景

3．1船舶定位

船舶配备北斗船载用户终端，用户建有船舶监控指挥中心，实现船岸间的双向文字通信，位置及作业信息通过北斗卫星双向通信链路转发。

船舶指挥中心通过地面公众网络接入神州天鸿网管中心，接收神州天鸿船载用户终端发回的船位报告、文字、表格等通信内容，实施监控船舶状态；也可以向神州天鸿船载用户终端发送命令、通信电文等。

或者利用指挥机实现点到点组网方式，接收神州天鸿船载用户终端发回的船位报告、文字、表格等通信内容，实施监控船舶状态，向船载用户终端发送命令、通信电文等。

北斗系统的广播功能支持遇险报警、航行警报、气象预报等安全信息及其他信息的广播，接收对象可以设定为全体船舶、某区域内的船舶、具有某种共同属性的船舶、某一船队网船舶等。

精密授时：

北斗系统的精密授时功能可以为海上船舶提供时间基准信号，以保证全网通讯和数据传输在时间上保持一致。

3.2林业防火指挥

一个完整的林业防火管理信息系统包括北斗卫星终端、北斗空间卫星及地面中心站和防火指挥中心三部分；适用的北斗卫星终端设备主要有机载、车载和手持三种类型，分别安装配发到防火直升机、防火巡检车辆和扑火队员，由飞机、汽车供电系统和可充电电池供电。

3.3油田管道监控

3．3．1北斗系统在油田、管道领域的应用模式主要为利用北斗的通信功能，结合油、气井或阀门数据采集模块和控制软件系统实现管道阀门状态信息的采集、传输和处理。

天然气管道阀室工作状态监控系统分为四部分：

通信部分为北斗终端，每个阀室一台，调度中心一台，以点到点方式通信；采集、控制部分使用采集模块直接读取业务参数，并控制终端通信；电源部分包括太阳能板和蓄电池，为北斗终端和采集部分供电；调度室后台软件对采集信息进行处理、显示和控制。

3.3.2主要功能

­定时采集、传输油气井或管道阀门状态信息，实现远程监控和故障预警、报警，便于及时发现安全隐患并采取相应措施。

­主动控制远端测站，指令相应测站点上报业务数据，实现关键油气井或阀室的重点监控。

­可以远程控制阀门开关状态，应对突发事故。

­可以远程变更阀室自动/人工工作状态，满足生产作业方式需要。

3.4列车全程监控

3．4．1北斗系统铁路运输领域中的应用模式主要为利用北斗的定位、通信功能，结合GPS和机车数据采集模块和控制软件系统达成铁路机车位置、状态信息的采集、传输和处理。

铁路机车到站报点系统共分为四个部分：

通信部分主要由北斗终端和神州天鸿网管中心组成通信链路，使铁路机车和调度中心之间信息互通；定位部分由GPS设备和北斗终端组成，GPS是主要定位工具，北斗作为紧急备用手段；数据采集部分采集机车时速、限速、机车信号、机车工况、信号机编号、信号机类型、公里标、总重、计长、辆数、车次类型、车次、交路号、车站号、司机号、副司机号、机车号、机车类型、管压、预留等机车相关信息；后台调度软件将采集到的铁路机车位置、状态信息进行处理加工，以电子地图的直观方式显示，并且可以以运行图专业方式显示和打印。

3.4.2主要功能

­实时采集、传输机车位置、状态信息。

­通过调度中心实时监控和掌握列车在途和到站信息，记录、显示运输生产数据，自动绘制行车运行图。

­实时掌握列车在途运行和到发作业信息，将列车的运行速度、到站时间、列车状况等信息实时发送到调度中心，为列车调度提供可靠的决策信息支持。

­实时转发调度命令，实现行车作业管理的信息化和调度集中化。

3.5水文测报通信

水文野外测站由北斗终端与水情子系统相连接构成，布放在野外各水情采集点；水情监控中心指挥机终端相连接构成监控中心站。

野外测站将本地水情数据发送到监控中心站，由监控中心站对远端测站发送相应的回执确认信息，远端测站根据不同的回执确认信息采取相应的行动，自动转入休眠或重新发送水情数据；监控中心站所发出的指令或信息以广播方式播发至所有野外测站或单独发送到某一指定测站。

在此过程中，神州天鸿网络管理中心对所有测站发送的水情数据进行备份，用户可通过登录到神州天鸿网络管理中心下载相应的水情数据。

­实现水情数据的自动采集，包括水位、流量、降水量等水文要素；自动测站自动完成各类水文数据的采集，然后通过北斗终端将所有数据发回到中心站，由中心站完成统一处理和统计；自动测站可设定为自动定时报、增量报等。

­GIS显示及测站状态显示，通过将远端测站相关状态信息数据库与电子地图显示相结合，可以在数据控制中心为用户提供直观的视图显示功能，将远端测站的位置以及工作状态在电子地图上直观地显示。

四,北斗卫星定位用户机的功能与特点

国人通信生产的双星定位用户终端机，根据应用场合不同主要分为四种类型：

车载式、舰/船载式、手持型、监测通信型。

这几种用户终端机适用于不同的场合，满足用户的定位、导航、通信、监测等多方面的需求。

北斗用户机的特点

√能提供昼夜24小时全天时的功能服务。

利用同步轨道卫星完成全球所需区域覆盖，从地面观察，它永远悬在空中某一点，所以昼夜24小时提供定位、导航、通信和授时服务。

√在战略应用上，由于是自主独立运行体系，特别适用于军事应用上的安全可靠性，可以打破外国封锁，保证国防安全。

√实现中心监控。

系统提供了中心监控的功能，数据处理集中在地面中心站，测站的所有服务项目都在地面中心站完成，因此测站收发机小型轻便，操作简单，价格低廉。

√全天候性。

不受气候、环境、通信网络的制约。

√　高精度性。

能提供优于20米的定位精度。

五,结束语

我们的祖先曾发明了世界上最早的导航仪器----指南针,几千年的封建制度一度阻碍了我国科技的进步,但是可以相信,他们的后代一定会在导航技术的发展上接近直到最后赶上世界先进水平。

感谢在座同学们的光临！

感谢诸位专家的指导！

感谢海大学生会和自教会的协调组织！

感谢深圳国人通信公司提供北斗定位设备的大力支持！