雙星定位

簡介

北斗衛星定位系統是由我國建立的區域導航定位系統。

該系統由三顆（兩顆工作衛星、一顆備用衛星）北斗定位衛星（北斗一號）、地面控

制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。

北斗定位系統可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位服務，授時精度可達數十

納秒(ns)的同步精度，北斗導航系統三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。

美國的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。

北斗一號導航定位衛星由中國空間技術研究院研究制造。

三顆導航定位衛星的發射時間分別為：2000年10月31日；2000年12月21日；2003

年5月25日，第三顆是備用衛星。

北斗一號衛星定位系統的英文簡稱為BD，在ITU（國際電信聯合會）登記的無線電頻

段為L波段（發射）和S波段（接收）。

北斗二代衛星定位系統的英文為Compass（即指南針），在ITU登記的無線電頻段為

L波段。

北斗一號系統的基本功能包括：定位、通信（短消息）[glow=255,red,2][/glow]和授時。

北斗二代系統的功能與GPS相同，即定位與授時。

系統工作原理：

北斗一號”衛星定位系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

而知道用戶處于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字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用

戶出于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

發送給用戶。

“北斗一號”的覆蓋范圍是北緯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)，

設立標校站之后為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。

與GPS系統對比

1、覆蓋范圍：北斗導航系統是覆蓋我國本土的區域導航系統。覆蓋范圍東經約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)。

2、衛星數量和軌道特性：北斗導航系統是在地球赤道平面上設置2顆地球同步衛

星顆衛星的赤道角距約60°。

GPS是在6個軌道平面上設置24顆衛星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。

航衛星為準同步軌道，繞地球一周11小時58分。

3、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位解算在那

里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，使萬一主控站被毀后GPS衛

星可以獨立運行。

而“北斗一號”系統從原理上排除了

這種可能性，一旦中心控制系統受損，系

統就不能繼續工作了。

4、實時性：“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后再發回用戶，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，因此對于高速運動體，

就加大了定位的誤差。

此外，“北斗一號”衛星導航系統也有一些自身

的特點，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具

備的。

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少的初步起步系統。

此外，該系統并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。

“一代?北斗?只用雙星定位，比GPS等投資小、建成快，”這是我國國情決定的，

也對一代“北斗”的技術路線提出了特殊的要求，“所以我們的定位系統具有自己的特點。”

美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，都是使用24顆衛星（GPS還另有3顆備份

衛星，GLONASS則因經費問題損失了幾顆衛星）組成網絡。

這些衛星不中斷地向地面站發回精確的時間和它們的位置。GPS接收器利用GPS衛星

發送的信號確定衛星在太空中的位置，并根據無線電波傳送的時間來計算它們間的距離。

等計算出至少3～4顆衛星的相對位置后，GPS接收器就可以用三角學來算出自己的位

置。每個GPS衛星都有4個高精度的原子鐘，同時還有一個實時更新的數據庫，

記載著其他衛星的現在位置和運行軌跡。當GPS接收器確定了一個衛星的位置時，它

可以下載其他所有衛星的位置信息，這有助于它更快地得到所需的其他衛星的信息。

一代“北斗”采用的基本技術路線最初來自于陳芳允先生的“雙星定位”設想，正式

立項是在1994年。北斗衛星導航系統由空間衛星、地面控制中心站和用戶終端等3部分即

可完成定位。

一代“北斗”與GPS系統不同，對所有用戶位置的計算不是在衛星上進行，而是在地面

中心站完成的。

因此，地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置及時間信息，并負責整個系統的監控

管理。

有源無源是關鍵不同點[glow=255,red,2][/glow]

“一代?北斗?采用的是有源定位，GPS和GLONASS等都是無源定位”這是它們質

上的不同點。

所謂有源定位就用戶需要通過地面中心站聯系及地面中心站的傳輸，通訊就不必

通過其他的通訊衛星了，一星多用符合我國國情。

GPS和GLONASS沒有設計通訊功能，主要原因就在于不需要地面站中轉服務的無源

定位不能提供通訊服務。

區域性基于技術水平

北斗定位導航系統是覆蓋中國本土的區域導航系統。我國衛星導航工程中心副主

任冉承其介紹，北斗定位導航系統的開發具有重要意義,

并有一些GPS系統所沒有的長處，如在靜態地圖的基礎上，可以把道路擁堵的實時情

況在導航儀上反映出來。

一代“北斗”是區域衛星導航系統，只能全天候、全天時用于中國及其周邊地區；

而GPS和GLONASS都是全球導航定位系統，在全球的任何一點，

只要衛星信號未被遮蔽或干擾，都能接收到三維坐標?！皡^域性是我國雙星定位的技術

特點、水平以及國家需求決定的。

GPS和GLONASS的空間部分是高度在2萬千米左右的衛星組成的網絡。GPS的

衛星平均分布在6個軌道平面上，GLONASS衛星平均分布在3個軌道平面上，不停地繞地

球旋轉。

這樣，在全球的任何位置、任何時間都可同時觀測到4顆以上的衛星，通過它們就可

以獲得高精度的三維定位數據。

“北斗”一號是雙星定位，軌道偏高，距離地面3萬6千千米，是地球同步靜止軌

道衛星。

之所以要在這么高的高度是因為我們只有兩顆定位衛星，不能覆蓋整個地球，如果在

較低軌道上繞地運行，每天就要有一定時間不能監控我國所在區域。[glow=255,red,2][/glow]

二代“北斗”可稱“中國的GPS”[glow=255,red,2][/glow]

“我國發展二代?北斗?不會采取一步到位的方式，也不會停掉一代，另外發展二

代，”我們會在一代的基礎上不斷補充衛星數，增加其功能，提高其整體水平。”

這位將繼續承擔二代“北斗”設計工作的科學家說：“二代?北斗?可以稱為?中國的GPS?，

不過它仍然會比GPS多一個通訊為發展我國二代“北斗”的關鍵技術提供了準備。

此次定位的“北斗”一號備份衛星上新裝載了用于衛星定位的激光反射器，能夠參照其

他星，把自身位置精確定格在幾個厘米的尺度以內。

這顆衛星已定位成功，表明這種技術是有效而可靠的。這樣，當我們不斷發射新的衛

星構建二代“北斗”體系時，眾多衛星就會找準自己的位置，構成符合標準的網絡。

此外，“北斗”一號的3顆星壽命都是8年，專家正不斷研究，預計下一次發射的衛星

壽命就能達到10年左右了；而目前GPS衛星的壽命都是12年左右，GLONASS衛星的壽

命則是3到5年。

北斗系統三大功能

快速定位：北斗系統可為服務區域內用戶提供全天候、高精度、快速實時定位服

務，定位精度20—100m；

短報文通信：北斗系統用戶終端具有雙向報文通

信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報

文信息；

由于對包含車輛的位置和狀態信息的數據要求有一定的實時性。同時車輛與調控

中心之間的信息溝通實際上也是一種數據的通信方式，其信息量一般也不會超過GSM短信

息的長度范圍。

因此利用GSM的短消息業務基本可滿足系統通信的需要。其次，通過短信息方式發

送數據其成本代價遠遠低于其它方式（如通過話音信道）。

與其他無線電臺等傳統方式比較，采用GSM短信息網絡系統具有以下優點：

1、速度快，實時性好，不掉線；

2、可以雙向通信，及時返回終端信息；

3、設備體積小，操作簡單；

4、由于控制中心無須專門設置大功率發射電臺，將大大降低安裝費用；

5、覆蓋面廣受地理環境

精密授時：北斗系統具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。

北斗應用五大優勢

同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統支持；

覆蓋中國及周邊國家和地區，24小時全天候服務，無通信區；

特別適合集團用戶大范圍監控與管理，以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應

用；

獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計，可同時解決“我在哪”和“你在

哪”；

自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。