基本介紹
- 中文名：北斗一號衛星導航定位系統
- 外文名：Beidou satellite navigation and positioning system
- 特點：自主研發
- 方式：利用地球同步衛星
- 對象：地理位置
衛星功能,定位,通信,授時,工作原理,發射情況,抗震救災,GPS比較,覆蓋範圍,基本數據,定位原理,定位精度,用戶容量,生存能力,客觀分析,衛星總結,缺點不足,相關新聞,
衛星功能
“北斗一號”衛星定位系統是我國自主研發，利用地球同步衛星為用戶提供全天候、區域性的衛星定位系統，其主要功能是：
北斗一號衛星
北斗一號衛星定位
快速確定目標或者用戶所處地理位置，向用戶及主管部門提供導航信息。
通信
用戶與用戶、用戶與中心控制系統間均可實現雙向簡短數字報文通信。
授時
中心控制系統定時播發授時信息（“授時”即每天在一定時間用無線電信號報告最精確的時間)，同時為用戶提供時延修正值(“時延”指從說話人開始說話到受話人聽到內容的時間)。
“北斗一號”衛星導航定位系統，不受通訊信號和空間距離的影響，一台主指揮機進行衛星定位後，可連線多部類似手機的“北斗一號”終端機，終端機每次可編寫40多字的簡訊傳送到指定手機上，非常有利於震區的救援信息傳遞。
工作原理
“北斗一號”衛星定位系統由兩顆地球靜止衛星(800e和1400e)、一顆在軌備份衛星(110.50e)、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成。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同時傳送詢問信號，經衛星轉發器向服務區內的用戶廣播。用戶回響其中一顆衛星的詢問信號，並同時向兩顆衛星傳送回響信號，經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接收並解調用戶發來的信號，然後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，用戶發出定位回響信號，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，用戶發出回響信號，經另一顆衛星轉發回中心控制系統的延遲。由於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，從而知道用戶處於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位化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出於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傳送給用戶。 “北斗一號”的覆蓋範圍是北緯5°一55°，東經70°一140°之間的心臟地區，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米(1σ)，設立標校站之後為20米(類似差分狀態)。工作頻率：2491.75mhz。系統能容納的用戶數為每小時540000戶。
北斗衛星導航定位系統
北斗衛星導航定位系統發射情況
抗震救災
“北斗一號”衛星導航系統在2008年的汶川地震抗震救災中發揮了重要作用，救災部隊攜帶的“北斗一號”終端機不斷從前線發回各類災情報告，為指揮部指揮抗震救災提供了重要的信 息支援。 中國衛星導航套用管理中心負責人介紹說，地震發生後，中心為救援部隊緊急配備了1000多台“北斗一號”終端機，實現了各點位之間、點位與北京之間的直線聯絡。在災區通信沒有完全修復，信息傳送不暢的情況下，各救援部隊利用“北斗一號”及時準確地將各種信息發回。
地震中的北斗衛星導航定位系統
地震中的北斗衛星導航定位系統2008年5月17日報導，成都軍區某部通過“北斗一號”發回信息：北川縣茶坪餘震不斷，海子(湖泊在當地的稱呼)水位迅速上升，隨時可能發生重大洪災。災民已棄家轉移高處，46名重傷員急需救助。新華社2008年5月16日也曾報導，救援部隊攜帶的“北斗一號”終端機，15日繼續傳回汶川地震災區的最新災情和救援情況，大部分救援部隊已經到達指定位置，在災區各鄉鎮展開全面搜救。從這兩則報導可以看出，在當地通信設施嚴重受損的情況下，我國自主研製的“北斗一號”系統能發揮重要作用，救災指揮部可以通過“北斗一號”系統，精確判定各路救災部隊的位置，以便根據災情及時下達新的救援任務。
GPS比較
覆蓋範圍
北斗導航系統是覆蓋我國本土的區域導航系統。覆蓋範圍東經約70°一140°，北緯5°一55°。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)。
基本數據
北斗導航系統是在地球赤道平面上設定2顆地球同步衛星，衛星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設定24顆衛星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。導航衛星為準同步軌道，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，另一方面由於設備必須包含發射機，因此在體積、重量上、價格和功耗方面處於不利的地位。
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，授時精度日前約20ns。
用戶容量
北斗導航系統由於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於用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的回響頻率。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”基於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，因為定位解算在那裡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，使萬一主控站被毀後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。
客觀分析
“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後再發回用戶，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，因此對於高速運動體，就加大了定位的誤差。
“北斗一號”衛星導航系統也有一些自身的特點，其具備的簡訊通訊功能就是GPS所不具備的。
衛星總結
綜上所述，北斗導航系統具有衛星數量少、投資小、用戶設備簡單價廉、能實現一定區域的導航定位、通訊等多用途，可滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求。
缺點不足
缺點是不能覆蓋兩極地區，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位，且需提供用戶高程數據，不能滿足高動態和保密的軍事用戶要求，用戶數量受一定限制。
但最重要的是，“北斗一號”導航系統是我國獨立自主建立的衛星導航系統，它的研製成功標誌著我國打破了美、俄在此領域的壟斷地位，解決了中國自主衛星導航系統的有無問題。它是一個成功的、實用的、投資很少的初步起步系統。 此外，該系統並不排斥國內民用市場對GPS的廣泛使用。相反，在此基礎上還將建立中國的GPS廣域差分系統。可以使受SA干擾的GPS民用碼接收機的定位精度由百米級修正到數米級，可以更好的促進GPS在民間的利用。當然，我們也需要認識到，隨著我軍高技術武器的不斷發展，對導航定位的信息支持要求越來越高。北斗導航系統僅是我國近期滿足四化建設需要的自主簡易導航系統，因此，我們必須在發展“北斗一號”的基礎上，借鑑國外GPS、GLONASS的成功經驗，開發我國二代衛星導航系統，我們有理由相信，在不久的將來，具備先進性、適用性、軍民兩用、抗干擾性、抗繼毀性等特徵的，適合我國的國情的“北斗二號”將會展現在大家面前，更加完善的我國衛星導航系統也必將建立。
相關新聞
新突破
2008年2月21日上海市經濟委員會宣布，我國“北斗”衛星導航系統的核心晶片“領航一號”已於日前在上海研製成功。作為由中國獨立建造的衛星定位系統，“北斗”計畫一直受到國外媒體的廣泛關注，國產導航晶片的誕生，更被視為其相關技術的又一重大突破。
國產導航晶片成北斗核心
“領航一號”是我國自主開發的完全國產化的首個衛星導航基帶處理晶片，並將替代“北斗”系統內的國外晶片。“領航一號”由上海復控華龍微系統技術有限公司負責研發。這種晶片不僅完全實現了國產化，而且性能和造價明顯優於國外產品。復控華龍公司市場總監楊泓表示，“北斗”導航系統原來模組的造價要兩萬元，現在則可以降到1000元以內。“北斗”導航系統是我國具有自主智慧財產權的衛星定位系統，與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”、歐盟“伽利略”，並稱全球四大衛星導航系統。它的研製成功，打破了國外衛星定位系統的壟斷局面。
第二代北斗叫板美國GPS
衛星定位技術的實用化始於上世紀70年代初。美國GPS引領了衛星導航時代的潮流。特別是在近20年來，衛星定位不僅成為美軍在多次局部戰爭中贏得先機的“法寶”，在民用市場上也收穫了可觀利潤。而於1994年立項的“北斗”計畫，是中國在21世紀初最重要的航天工程之一。
經過幾年的技術驗證，中國航天部門於2006年年底公布了“北斗”系統的未來藍圖。據信，預計在“十一五”期間全面啟動的第二期工程，整個系統的主要技術參數將有全面提高。尤其是在戰時生存能力方面，由於新系統將採用和美國GPS近似的信號頻率，這勢必使得潛在對手在實施干擾時“投鼠忌器”，從而起到保護自身的作用。
解放軍將成主要受益者
就技術角度而言，影響衛星定位系統效能的因素，首先是星上原子鐘的準確度，其次就要數導航晶片本身的質量。雖然國產晶片的具體細節仍未公布，但考慮到“北斗”與GPS系統在工作原理和功能定位上的相似性，一些外國媒體推斷其水平至少不遜於國外同類產品。據了解，衛星導航設備的市場份額目前被SiRF（瑟孚）、Garmin（高明）、摩托羅拉、索尼、富士通等大型企業分割。
對此，國外一些軍事專家分析認為，隨著“北斗”系統及其配套設施的逐漸成熟，解放軍必將成為最主要的受益者。如果說中國軍方特別是“二炮”部隊此前還依賴國外衛星信號，那么國產接收機一旦投入批量生產並與現有裝備相結合，則能在較短的時間內生產出大量同美制JDAM“聯合直接攻擊彈藥”相仿的低成本制導武器；這也意味著，大規模的海空精確打擊將不再是少數富裕西方國家的專利。此外，“北斗”系統所特有的簡訊息通訊功能，也會給解放軍三軍的信息化作戰能力帶來提高。
