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北斗导航定位系统发展研究


北斗导航定位系统发展研究 摘要北斗导航定位系统是中国正在实施的自主发展、 独立运行的全球卫星导 航定位系统,对我国的经济和国防建设具有重要的意义。首先介绍我国北斗导航 定位系统的组成及原理,接着分析他的特点,最后阐述在我国的具体应用及今后的 发展前景。 关键词北斗导航定位系统;经济;国防建设 北斗双星导航定位系统简称 CNSS 是我国自行研制的区域性卫星定位与通 信系统,能够覆盖

我国全部国土,可向用户提供全天候、高精度、大范围的定位服 务。 三维定位精度约几十米,授时精度约 100ns。 它和美国 GPS、 俄罗斯 GLONASS、 欧盟 Galileo 并称为全球四大卫星导航定位系统。该系统的建立将对我国国防和 国民经济建设发挥重要作用。近年,我国在西昌卫星发射中心陆续将几颗北斗导 航卫星成功送入太空预定轨道,标志着我国北斗卫星导航定位系统组网建设又迈 出重要一步。目前,我国北斗导航卫星已进入密集发射组网阶段。 1 北斗双星导航定位系统组成及定位原理 北斗导航定位系统是由空间部分、 用户终端设备和地面中心处理站三部分组 成。空间部分包括 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星;地面中心处理站包 括主控站、注入站和监测站等若干个地面站;用户终端包括北斗用户终端以及与 其他卫星导航系统兼容的终端。系统可包括多个用户管理机构,也可以设置若干 个地面标准站。 1)空间部分:由两颗地球同步卫星、一个在轨卫星构成,卫星上带有信号转发 装置,执行地面中心站与用户终端的双向无线电信号的中继任务。导航卫星不主 动向用户发送无线电导航电文,这一点与 GPS 和 GLONASS 卫星导航系统有根本 区别。 2)用户终端:是指具有自动信号转发器能与地球同步卫星双向通信的设备。 其主要功能有:对地面中心处理站发出的询问信号做出自动响应,并自动发送应答 信号;在应答信号中置入与其他用户终端进行交换的通讯信息;接收和显示地面中 心处理站经卫星转发的本用户终端的位置数据和通讯信息。 3)地面中心处理站:是整个导航定位系统的中枢,负责无线电信号的转发及整 个工作系统的监控管理。 北斗导航定位系统的突出特点是构成系统的空间卫星数 目少、用户终端设备简单,一切复杂性过程集中于地面中心处理站。 北斗卫星导航定位系统采用的是 “双星定位”,基本定位原理为三球交会测量 原理:以 2 颗在轨卫星的已知坐标为圆心,各以测定的卫星至用户终端的距离为半 径,形成 2 个球面,用户终端将位于这 2 个球面交线的圆弧上。地面中心站从存储 在计算机内的数字化地图得到用户高程值,提供一个以地心为球心,以球心至地球 表面高度为半径的非均匀球面,地面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。由于用户至卫星的距离是通过 用户终端向卫星发送信号,由信号到达卫星时间的差值计算得到的,所以北斗导航 定位系统属于“有源定位”。 2 北斗导航定位系统特点 1)定位方式。北斗导航卫星定位系统是一种双星定位系统与 GPS 多星定位 系统有本质的不同。美国的 GPS 使用 24 颗卫星(还另有 3 颗备份卫星)组成网络, 这些卫星不间断地向地面站发回精确的时间和星历数据。 而北斗导航系统对所有 用户位置的处理在地面中心站完成,而不是在卫星上进行的。地面中心站保留全 部北斗用户的位置及时间信息,并监控管理整个系统。北斗导航采用的是有源定 位,而 GPS 是无源定位。 有源定位用户的位置信息通过地面中心站联系,就不需要 通过其他的通讯卫星进行通讯,节省了空间卫星的数目,一星多用

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