北斗卫星导航文档

北斗卫星导航系统编辑锁定本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。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，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。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。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。[1]中文名北斗卫星导航系统外文名BeiDouNavigationSatelliteSystem简称BDS地区中国时间2014目录1发展历史2建设原则3系统构成4覆盖范围5定位原理6定位精度7系统功能▪四大功能▪军用功能▪民用功能8产业配套▪北斗芯片▪检测认证9市场应用▪国际应用▪国内示范10标准制订11国际认可12社会评价发展历史北斗卫星导航系统示意图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。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、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。[2]建设原则北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则：1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。[2]系统构成北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射16颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星发射列表发射时间火箭卫星编号卫星类型发射地点2000年10月31日北斗-1A北斗1号西昌2000年12月21日北斗-1B2003年5月25日北斗-1C2007年2月3日北斗-1D2007年4月14日04时11分长征三号甲第一颗北斗导航卫星（M1）北斗2号2009年4月15日长征三号丙第二颗北斗导航卫星（G2）2010年1月17日第三颗北斗导航卫星（G1）2010年6月2日第四颗北斗导航卫星（G3）2010年8月1日05时30分长征三号甲第五颗北斗导航卫星（I1）2010年11月1日00时26分长征三号丙第六颗北斗导航卫星（G4）2010年12月18日04时20分长征三号甲第七颗北斗导航卫星（I2）2011年4月10日04时47分第八颗北斗导航卫星（I3）2011年7月27日05时44分第九颗北斗导航卫星（I4）2011年12月2日05时07分第十颗北斗导航卫星（I5）2012年2月25日0时12分长征三号丙第十一颗北斗导航卫星2012年4月30日4时50分长征三号乙第十二、第十三颗北斗导航系统组网卫星（“一箭双星”）2012年9月19日3时10分长征三号乙第十四、十五颗北斗导航系统组网卫星“一箭双星”[3]）2012年10月25日23时33分长征三号丙第十六颗北斗导航卫星[4]卫星组成发射日期发射火箭卫星轨道类别运行状况备注2000.10.31CZ-3AY5北斗-1A废弃卫星轨道停止工作北斗一号2000.12.21CZ-3AY6北斗-1B废弃卫星轨道停止工作2003.5.25CZ-3AY7北斗-1C地球静止轨道85.3°E正常2007.2.3CZ-3AY12北斗-1D废弃卫星轨道失效2007.4.14CZ-3AY13北斗-M1中地球轨道~21500km正常，测试星北斗二号2009.4.15CZ-3CY3北斗-G235594x36036km漂移失效2010.1.17CZ-3CY2北斗-地球静止轨道140°E正常G12010.6.2CZ-3CY4北斗-G3地球静止轨道84°E正常2010.8.1CZ-3AY16北斗-I1倾斜地球同步轨道倾角55°正常2010.11.1CZ-3CY5北斗-G4地球静止轨道160°E正常2010.12.18CZ-3AY18北斗-I2倾斜地球同步轨道倾角55°正常2011.4.10CZ-3AY19北斗-I3倾斜地球同步轨道倾角55°正常2011.7.27CZ-3AY17北斗-I4倾斜地球同步轨道倾角55°正常2011.12.2CZ-3AY23北斗-I5倾斜地球同步轨道倾角55°正常2012.2.25CZ-3CY6北斗-G5地球静止轨道58.5°E正常2012.4.30CZ-3BY14北斗-M3中地球轨道~21500km正常2012.4.30CZ-3BY14北斗-M4中地球轨道~21332km正常2012.9.19CZ-3BY15北斗-M5中地球轨道~21332km正常2012.9.19CZ-3BY15北斗-M6中地球轨道~21332km正常2012.10.25CZ-3CY北斗-G6地球静止轨道110.5°E星座构成北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。序号卫星发射日期火箭运行轨道使用状况状态1北斗-M12007年04月14日长征三号甲中地球轨道，高度21559公里，倾角56.8°试验星未使用M12北斗-G22009年04月15日长征三号丙有误差的地球静止轨道，高度36027公里，倾角2.2°失控未使用G23北斗-G12010年01月17日长征三号丙地球静止轨道140.0°E，高度35807公里，倾角1.6°使用中G14北斗-G32010年06月02日长征三号丙地球静止轨道110.6°E，高度35809公里，倾角1.3°使用中G35北斗-IGSO12010年08月01日长征三号甲倾斜地球同步轨道，高度35916公里，倾角54.6°使用中IGSO16北斗-G42010年11月01日长征三号丙地球静止轨道160.0°E，高度35815公里，倾角0.6°使用中G47北斗-IGSO22010年12月18日长征三号甲倾斜地球同步轨道，高度35883公里，倾角54.8°使用中IGSO28北斗-IGSO32011年04长征三号倾斜地球同步轨道，高度使用中IGSO3月10日甲35911公里，倾角55.9°9北斗-IGSO42011年07月27日长征三号甲倾斜地球同步轨道，高度35879公里，倾角54.9°使用中IGSO410北斗-IGSO52011年12月02日长征三号甲倾斜地球同步轨道，高度35880公里，倾角54.9°使用中IGSO511北斗-G52012年02月25日长征三号丙地球静止轨道58.7°E，高度35801公里，倾角1.4°使用中G512北斗-M32012年04月30日长征三号乙中地球轨道，高度21607公里，倾角55.3°使用中M313北斗-M42012年04月30日长征三号乙中地球轨道，高度21617公里，倾角55.2°使用中M414北斗-M52012年09月19日长征三号乙中地球轨道，高度21597公里，倾角55.0°使用中M515北斗-M62012年09月19日长征三号乙中地球轨道，高度21576公里，倾角55.1°使用中M616北斗-G62012年10月25日长征三号丙地球静止轨道80.2°E，高度35803公里，倾角1.7°使用中G6覆盖范围北斗卫星导航系统北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°~140°，北纬5°~55°。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。[5]定位原理35颗卫星在离地面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，从而得到观测点的经纬度和高程。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。[6]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，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。[6]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“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。[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