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发信人: dxmxqe (婴儿), 信区: Aero
标 题: “北斗”卫星导航定位系统
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Mar 2 18:11:55 2004), 站内信件
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用
炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰
炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆。侯赛因
，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击
目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫
星组成的全球定位系统--GPS。
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”导航定位卫星送入太空。前两颗“北斗一号”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全球卫星定位系统
(GPS)和前苏联的全球导航卫星系统(GLONASS)后，在世界上第三个建立了完善的卫星导航
系统的国家，该系统的建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。我国早在60年代
末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而天折。在自行研制“子午仪”定
位设备方面起步较晚，以致后来使用的大量设备中，基本上依赖进口。70年代后期以来，
国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。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够得到实现。1982年7月由美国三位
科学家提出并于12月定名的GEOSTAR系统，就是这种两颗卫星的主动式卫星定位系统。他们在实施的过程中，由于有更优越的GPS卫星导航系统的兴起并且发展
相当迅速，使GEOSTAR系统不得不在1991年9月撤走资金，导致正在实施中的GEOSTA及系统
宣告失败。而我国的“北斗一号”卫星导航系统正是80年代提出的“双星快速定位系统”
的发展计划。北斗导航系统的方案于1983年提出，突出持点是构成系统的空间卫星数目少
、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站。“北斗一号”卫星定位系统
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一种全天候、
区域性的卫星定位系统。系统的主要功能是：
1、定时：快速确定用户所在地的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。
2、通讯：用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信。
3、授时：中心控制系统定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。
美国卫星已经成为其军事力量的核心
“北斗一号”卫星定位系统工作原理“北斗一号”卫星定位系统由两颗地球静止卫星
(800E和1400E)、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。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，
径卫星转发器项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，径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，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，又可知道用户出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�
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“北斗一号”卫星导航系统与GPS系统比较
1、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°一
140°，北纬5°一55°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任
何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颖)。
2、卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗
卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道
面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。
3、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供
用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定
位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了
无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、
重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。
4、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位
精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。
5、用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统，用户设备与地球
同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射
应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的
响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS是单向测距系统，用户设备
只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的。
6、生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星
的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里
而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，
使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能
性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。
7、实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出
用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星
转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的
误差。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就
是GPS所不具备的。
综上所述，北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、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。缺点
是不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数
据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受一定限制。但最重要的是，“北
斗一号”导航系统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。相反，在此基础上还将建立中国的GPS广域差分系统。可以使受SA干扰的GPS民用码接
收机的定位精度由百米级修正到数米级，可以更好的促进GPS在民间的利用。当然，我们也
需要认识到，随着我军高技术武器的不断发展，对导航定位的信息支持要求越来越高。北
斗导航系统仅是我国近期满足四化建设需要的自主简易导航系统，因此，我们必须在发展
“北斗一号”的基础上，借鉴国外GPS、GLONASS的成功经验，开发我国二代卫星导航系统
，我们有理由相信，在不久的将来，具备先进性、适用性、军民两用、抗干扰性、抗继毁性等特征的，适合我国的国情的“北斗二号”将会展现在大家面前，�
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(作者：沙龙 原载于《中国科技信息》)
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