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学术周报告会综述
——北斗卫星导航系统
< /p>
学期末，
院里组织了三场报告会，
有关于遥感大数据的，< /p>
有关于北斗卫星导
航系统的，
还有专业与空气污染方面的。
下面就北斗卫星导航系统给出自己的看
法。
（一）、概述
北斗卫星导航系统﹝
（
COMPASS
）
Navig ation Satellite System
﹞
是中国正在实施的自
主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：
建成独立自主、
开放兼容、
技术先进、
稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，
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。
北斗卫星导航系统由空间段、
地面段和用户段三部分组成，
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
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，
< p>定位精度10
米，测
速精度
0.2< /p>
米
/
秒，授时精度
10
纳秒。
空间段包括
5
颗静止轨道卫星和
30
颗非静止轨道卫星，
地面段包括主控站、
注入站和
监测站等若干个地面站，
用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航
系
统兼容的终端。
2012
年
12
月
27
日，
北斗系统空间信号接口控制文件正式版
1.0
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。
2013
年
12
月
27
日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布
会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开，
正式发布了
《北斗系统 公开服务性能规
范（
1.0
版）》和《北斗系统空间信号 接口控制文件（
2.0
版）》两个系统文件。
< br>2014
年
11
月
23
日， 国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星
导航系统认可的航行安全通函，
这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电
导航系统的组成部分，取得面
向海事应用的国际合法地位。
中国的卫星导航系统已获得
国际海事组织
的认可。
（二）、原理
1
、定位原理
35
2
万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使
得在任意时刻，
在地面上的任意一点卫星导航系统的时间到达差原理都可以同时
观测到
4
颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知，
在接收机对卫星观测中，
我们可得到卫星到 接收
机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用
3
颗卫 星，就可以组成
3
个方程
式，解出观测点的位置（
X,Y,Z
）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，
实
际上有
4
个未知数，
X
、
Y
、
Z
和钟差，因而需要引入第
4
颗卫星， 形成
4
个
方程式进行求解，从而得到观测点的
和
高程
。
事
实上，
接收机往往可以锁住
4
颗以上的卫星，
这时 ，
接收机可按卫星的星
座分布分成若干组，每组
4
颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，
从而提高精度。
卫星定位实施的是
“
到达时间差
”
（
时延
）的概念：利用每一颗卫星的精确位
置和连续发送的星上
原子钟
生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。
卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，
供接收机接收。
由
于传输的距离因素，
接收机接收到信 号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟，
通
常称之为
时延
，
因此，
也可以通过时延来确定距离。
卫星和接收 机同时产生同样
的
伪随机码
，
一旦两个码 实现时间同步，
接收机便能测定时延；
将时延乘上
光速
< p>，
便能得到距离。
每颗卫星上的计算机和
导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统
时间，而全球监测站网保持连续跟踪。
2
、卫星导航原理
踪卫星的轨
道位置和系统时间。
位于地面的主控站与其运控段一起，
至少每
< br>天一次对每颗卫星注入校正数据。
注入数据包括：
星座中每颗卫星的轨道位 置测
定和星上时钟的校正。
这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的，
可在几个星
期内保持有效。
卫
星导航系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。
这些星钟一
般来讲精确到
世界协调时
（
UTC
）
的几纳秒以内，
UTC
是由美国海军观象台的
“
< p>主
钟
”
保持的，
每台主钟的稳定性为 若干个
10^-13
秒。
卫星早期采用两部铯频标和
两部铷频标，后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常，在任一指定时间内，每
颗卫星上只有一台频标在工作。
卫星导航原理：
卫星 至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达
接收机的时间之差，
称为
伪距
。
为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，
伪
距测量要求至少接收来自
4
颗卫星的信号。< /p>
[13]
由于卫星运行轨道、
卫星时钟存在误差，
大气对流层、
电离层对信号的影响，
使得民用的定位精度只有数
十米量级。
为提高定位精度，
普遍采用
差分定位
技 术
（如
DGPS
、
DGNSS
< p>），建立地面基准站
(
差分台
)
< p>进行卫星观测，利用已知的
基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数
，并对外发布。接收机
收到该修正数后，
与自身的观测值进行比较，
消去大部分误差，
得到一个比较准
确的位置。实验表明，利用
差分定位
技术，定位精度可提高到米级。
（三）、北斗卫星导航系统发展概况及组成
卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。
中国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。
200 0
年，首先
建成北斗导航试验系统，
使我国成为继美、< /p>
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<
/p>
2008
年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务
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。
1
、
北斗一代
北斗导航系统在国际电信联盟登记的频段为卫星无线电定位业务频段，
上行
为
L
频段
（频率
1610
～
1626
．
5MHz
）
，
下行为
S
频段
（频率
2483
．
5
～
2500MHz
）
；
登记的卫星位置为赤道面东经
80
度、
140
度和
110
．
5
度（ 最后一个为备份星
星位）
。
北
斗一代系统将由中心控制系统经卫星至用户机的信道传输体制和信息在
信道中的传输方式
定义为出站信号。
在北斗一代系统中，出站信号设计成为伪随机码直接
序列扩频，双信道
OQPSK
调制方式，采用连续桢结构信息传输方式， 其中作为正交方式的
I
、
Q
两个支路的信
号功率可根据实际使用情况作出调整。
其中所传输的信息帧，
在时域的划分上分为超帧和帧两种结构，
并固定帧长，
即
1
分钟为一个超帧周期，其包含
1920
帧，每秒为严格的
32
帧。
其中，北斗一代系统卫星传播
信号中，
I
支路用于传输定位通信标校广播和
其他公用信
息，
每帧开始由
13
位巴格码加
1
个
“
0
”
组成，
巴格码最后一位< /p>
“
1
”
下降沿所对应的为脉冲为该帧的参考
时标。
北斗一号共有
3
颗卫星
6
个波束，波束服务区几何中心的经纬度分别为：
?
?
?
?
?
?
l 1
波束
----125
< p>度，25
度；
l
2
波束
----115
度，
40
度 ；
l 3
波束
--- -115
度，
25
度；
l 4
波束
----95
度，
35
度；
l
5
波束
----125
度，
25
度 ；
l 6
波束
--- -115
度，
40
度。
出站扩频码有关参数
码速率
---- 4.08M
；
I
支路
- ---255
位扩频码；
出站编码采用
m
序列生成
出站信息码有关参数
信息速率
----16Kb/s
（
I
，
Q
支 路各为
8Kb/s
）
；
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