北斗卫星导航系统综述文档格式.docx

1、中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十三颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。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、稳定可靠覆盖全球的导航系统。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。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。中国以后生产定位服务设备的产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将

2、收费，这个功能的实用性还有待观察。2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。2、系统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。3、系统评价（1）特色北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能； 全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当，而在增强区

3、域也就是亚太地区，甚至会超过GPS；向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。（2）劣势北斗一号系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位终端比较复杂。北斗一号系统属于区域定位系统，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务，且与GPS完善成熟的运营相比，未来处于不断完善之中。4、发展历程卫星导航系统是重要的空间信息基础设施，中国

4、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。5、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：

5、（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。6、建设计划从古至今，人类在

6、生产和生活实践中发明了多种导航方法。例如，天文导航是通过观测天体的位置来确定自身的位置和航向，此法设备简单，但受到气象条件的限制；无线电导航是接收海岸电台发出的无线电波来确定舰船自身的位置，它虽不受气象条件的影响，但由于无线电波的传播距离有限，故用于远航时有困难；其他导航方法也不尽如人意。从目前的技术水平和可以预见的将来看，卫星导航技术是一种比较理想的导航工具。卫星导航技术是指利用一组导航卫星，对地面、海洋和空间用全户进行精确的定位。它具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点，已成为应用广泛的导航定位技术。卫星 北斗导航卫星行走轨迹导航定位系统是重要的空间基础设施，可提

7、供高精度的定位、测速和授时服务，能带来巨大的社会和经济效益。我国高度重视卫星导航系统的建设，一直努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。早在上世纪60年代末，我国就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于诸多原因而夭折。自20世纪70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航系统的体制研究，先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能得以实现。在20世纪80年代到90年代，我国就结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶

8、段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。7、建设目标目前全世界有4套卫星导航系统：中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”。卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有

9、自主知识产权的卫星导航定位系统。北斗卫星定位系统2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥着重要作用。中国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务（属于第二代系统）。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度02米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速

10、、授时和通信服务以及系统完好性信息。中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射十三颗北斗导航卫星。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 8、发射时间北斗一号导航定位卫星的发射时间分别为：2000年10月31日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1A。2000年12月21日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1B。2003年5月25日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-

11、1C。2007年2月3日，西昌卫星发射中心成功发射北斗导航试验卫星北斗-1D。北斗二号导航定位卫星的发射时间分别为：2007年4月14日04时11分，第一颗北斗导航卫星（M1）从西昌卫星发射中心被“长征三号甲”运载火箭送入太空。2009年4月15日，第二颗北斗导航卫星（G2）由长征三号丙火箭顺利发射，位于地球静止同步轨道。2010年1月17日，西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭发射第三颗北斗导航卫星（G1）。2010年6月2日夜间，第四颗北斗导航卫星（G3）在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功送入太空预定轨道。2010年8月1日05时30分，第五颗北斗导航卫星（I1）在西昌卫星发射

12、中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空轨道，这是长征系列运载火箭第126次飞行。2010年11月1日00时26分，第六颗北斗导航卫星（G4）在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功送入太空，这是长征系列运载火箭的第133次飞行。2010年12月18日04时20分，第七颗北斗导航卫星（I2）在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空，这是长征系列运载火箭的第136次飞行，亦是该年中国的最后一次发射。2011年4月10日04时47分，第八颗北斗导航卫星（I3）在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道。此次发射是长征系列火箭的第137次发射，标志着中国航

13、天2011年高密度发射拉开序幕，同时也是“十二五”期间的首次航天发射。2011年7月27日05时44分，第九颗北斗导航卫星（I4）在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道，这是中国北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。2011年12月2日05时07分，第十颗北斗导航卫星（I5）在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭成功送入太空预定转移轨道。这是中国北斗导航系统组网的第五颗倾斜地球同步轨道卫星。2012年2月25日凌晨0时12分，西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将第十一颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道 2012年4月30日4时50分，中国在西

14、昌卫星发射中心成功发射“一箭双星”，用“长征三号乙”运载火箭将中国第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星顺利送入太空预定转移轨道。9、构成与工作原理（1）卫星 日期火箭卫星轨道使用状况系统世代2000.10.31CZ-3A Y5北斗-1A36,086 x 36,256 km 废弃卫星轨道停止工作北斗一号2000.12.21CZ-3A Y6北斗-1B35,883 x 36,264 km 废弃卫星轨道2003.5.25CZ-3A Y7北斗-1C地球静止轨道 110.5E正常2007.2.3CZ-3A Y12北斗-1D35844 x 36365 km 废弃卫星轨道失效2007.4.14CZ-3A Y1

15、3北斗-M1中地球轨道21500km正常，测试星北斗二号2009.4.15CZ-3C Y3北斗-G235594 x 36036 km 漂移2010.1.17CZ-3C Y2北斗-G1地球静止轨道 1402010.6.2CZ-3C Y4北斗-G3地球静止轨道 842010.8.1CZ-3A Y16北斗-I1倾斜地球同步轨道 倾角552010.11.1CZ-3C Y5北斗-G4地球静止轨道 1602010.12.18CZ-3A Y18北斗-I22011.4.10CZ-3A Y19北斗-I32011.7.27CZ-3A Y17北斗-I42011.12.2CZ-3A Y23北斗-I52012.2.25

16、CZ-3C Y6北斗-G5地球静止轨道 58.52012.4.30CZ-3B北斗-MCZ-3B1北斗M中地球轨道21332km北斗卫星导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号

17、，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延 迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算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，又可知道用户处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。（2）四大功能短报文通信：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

18、报文信息。现在可以达到一次传送多达120个汉字的信息。目前在远洋航行中有重要的应用价值。精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。定位精度：水平精度100米（1），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。工作频率：2491.75MHz。系统容纳的最大用户数：每小时540000户。10、北斗进展（1）三步进展中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其称，按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，北斗卫星导航系统 北斗导航卫星按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下：第一步：2000年建成了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

19、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。1 （2）全面测试中国北斗卫星导航系统建设已进入关键时期，2011年10月将完成全面测试，具备向我国大部分地区提供初始服务的条件，明年可为亚太地区用户提供服务。2011年5月18日，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在上海开幕的第二届中国卫星导航学术年会上表示，我国将积极推动各项政策举措，促进北斗卫星导航系统建设应用又好又快发展，2012年底以前我国还将发射约8颗北斗导航卫星，建成覆盖亚太地区的北斗区域卫星导航系统，除部分卫星用于系统试验验证和信号测试外，已构

20、成“3+3”基本系统。我国北斗卫星导航系统建设已进入关键时期。目前，系统地面段已完成设备研制和安装调试，各项功能运行正常，用户段也已完成测试终端研制。今年将发射34颗组网卫星，为我国及周边大部分地区初步提供连续无源定位、导航和授时服务，以及短报文通信服务。明年将发射56颗组网卫星，为亚太地区用户提供无源定位、导航和授时服务，以及覆盖更广的位置报告服务。为确保北斗系统实现发展目标，促进北斗应用质量效益，有关部门将积极推动各项政策举措，促进系统建设应用又好又快发展。在系统服务方面，北斗系统将按计划建成，为全球用户提供免费、高质量、高可靠服务，并持续提升性能。在应用产业化方面，将逐步发布北斗公开服务

21、接口控制文件，加大核心芯片等基础产品技术攻关力度，加快推进北斗行业和区域示范项目，推进以北斗为核心的位置服务产业。在关键技术攻关方面，持续推动系统建设与应用技术攻关，形成产、学、研、用体系，进一步加强基础学科研究和学术交流；在国际合作方面，积极参与全球卫星导航系统性能监测研究，推动北斗与其他卫星导航系统兼容与互操作，逐步融入国际民航、海事等标准体系。（3）全面覆盖2011年12月27日上午10时，国务院新闻办公室组织召开北斗卫星导航系统首次新闻发布会。北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。冉承其表示，目前，北斗卫

22、星导航系统已经发射了10颗卫星，建成了基本系统。系统在保留北斗卫星导航试验系统有源定位和短报文通信服务，同时，从今天开始，向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。目前的定位精度为25米。1到2012年年底，北斗系统基本建成后将提供正式运行服务，届时覆盖区内定位精度达到10米。 2 北斗系统在国防上的应用，能使作战效能提高100-1000倍，作战费效比提高10-50倍，大大提高国防能力和减少国防经济的负担。北斗将在智能交通、路况信息管理、道路堵塞治理、车辆监控和车辆自主导航方面有广泛的应用前景。配上接收机的话，可以准确地知道他的位置，并告诉公安系统包括监护者，从而实现实时监控。11、北斗一

23、代（1）一代介绍“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。2003年5月25日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星，它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后，在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家，该系统

24、建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。2007年2月3日，“北斗一号”第四颗卫星发射成功，不仅作为早期三颗卫星的备份，同时还将卫星导航定位系统的相关试验。目前，已组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航资讯。“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的 发射现场一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统由两颗地球静止卫星（80E和140E）、一颗在轨备份卫星（110.50E）、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。其工作频率为2491.75MHz，系统能容纳的用户数为每小时540000户。具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、

25、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。“北斗一号”就性能来说，和美国GPS相比差距甚大。第一，覆盖范围也不过是初步具备了我国周边地区的定位能力，与GPS的全球定位相差甚远。第二，定位精度低，定位精度最高20米，而GPS可以到10米以内。第三，由于采用卫星无线电测定体制，用户终端机工作时要发送无线电信号，会被敌方无线电侦测设备发现，不适合军用。第四，无法在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输上的应用。但最重要的是，“北斗一号”是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的

26、有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。此外，该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。以“北斗”导航试验系统为基础，我国开始逐步实施“北斗”卫星导航系统的建设，首先满足中国及其周边地区的导航定位需求，并进行系统的组网和测试，逐步扩展为全球卫星导航定位系统。（2）发展过程2000年10月31日，中国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射成功。这颗卫星采用的是“长征三号甲”运载火箭。该卫星已圆满结束任务。2000年12月21日，20世纪中国航天最后一次发射获得圆满成功。中国航天人以全年5战5捷的优异成绩向20世纪道别。2000年12月21日2

27、1日0时20分，我国自行研制的第二颗“北斗导航试验卫星”，在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”火箭发射升空，并准确进入预定轨道。它与同年10月31日发射的第一颗“北斗导航试验卫星”一起，构成了“北斗导航系统”。这标志着将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。“北斗导航试验卫星”和“长征三号甲”运载火箭，由航天科技集团所属空间技术研究院和运载火箭技术研究院研制。这次发射是我国长征系列运载火箭第六十四次飞行，也是自1996年10月以来，我国航天发射连续第二十二次获得成功。2003年5月25日，我国在西昌卫星发射中心用长征3A运载火箭，成功地将第三颗北斗导航定位卫星送入太空。这标志着我国已自主建立了完善的卫星导航系统，对我国国民经济建设将起到积极作用。2007年2月3日零时28分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,成功将北斗导航试验卫星送入太空。该北斗导航试验卫星在西昌卫星发射中心发射升空后,因太阳帆板展开时发生故障,造成卫星不能正常运行。2007年4月11日，经过航天科研人员60天的鏖战，2月3日发射升空的北斗导航试验卫星故障已被排除，卫星运行姿态良好，星上仪器工作正常，已转入在轨长期管理。（3）自身特点1.）北斗具有定位和通信双