第４１卷第３期２０１６年３月武汉大学学报·信息科学版
Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３
Ｍａｒｃｈ
２０１６收稿日期：２０１５－０７－
１０项目资助：中国第二代卫星导航系统重大专项基金；国家自然科学基金（４１２７４０４９）；国家杰出青年科学基金（４１３２５０１５）。第一作者：施闯，博士，教授，主要从事空间大地测量与地球动力学研究。ｓｈｉ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：王海深，博士，高级工程师。ｗｈｓｂ５２０＠１６３．ｃｏｍ
ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１４０９４４文章编号：１６７１－８８６０（２０１６）０３－０２８５－
０５基于北斗卫星的水汽探测性能分析
施 闯１，２，３ 王海深１，２ 曹云昌２ 张恩红４ 梁 宏２ 付志康
５
１ 武汉大学测绘学院，湖北武汉，４３００７９２ 中国气象局气象探测中心，北京，１０００８１
３ 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，
湖北武汉，４３００７９４ 广东省气象信息中心，广东广州，５１００８０
５ 中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室，
湖北武汉，４３００７４摘 要：本文利用北斗试验网的数据，结合探空观测，对北斗系统与ＧＰＳ系统，北斗、ＧＰＳ与探空系统之间进行详细的比较分析，对北斗水汽探测性能及精度给出初步分析结果。北斗系统与ＧＰＳ系统及探空系统大气可降水量的探测结果较一致，很好地反映了大气可降水量的变化情况；北斗系统解算出的大气可降水量大于ＧＰＳ系统，两个系统间存在２～３．３ｍｍ的系统误差，水汽含量较低时，一致性更好；北斗系统与探空的系统误差和标准偏差较大，定位定轨模型有待优化，系统稳定性有待提高。关键词：北斗卫星导航系统；水汽探测；大气延迟；大气可降水量中图法分类号：Ｐ２２８．４１ 文献标志码：Ａ
全球卫星导航系统（ｇｌｏｂａｌ ｎａｖｉｇ
ａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙ
ｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）是２０世纪对人类生活具有广泛重大影响的空间技术之一，
目前已经应用于大地测量、地理信息系统（ＧＩＳ）、智能交通、城市规划等各个领域。全球卫星导航系统的相关技术也被应用到大气、海洋和空间的探测和应用领域，对这些领域产生了深刻影响，目前已经在高空探测的定位测风、地基遥感水汽和电离层、海风海浪探测、无人飞机导航、授时及气象信息传输领域得到广泛应用。其中，地基ＧＮＳＳ遥感水汽探测通过获取卫星导航系统信号可以得到高时空分辨率的大气水汽资料，监测灾害性天气的产生和发展，对天气预报、气候研究和人工影响天气等有着重要的应用价值。２０世纪９０年代，Ｂｅｖｉｓ提出了ＧＰＳ气象
学［１］的概念，此后，相关研究表明通过地基ＧＰＳ水汽探测网络，可以提供高时空分辨力的大气可降水量的数据，弥补常规探空在时间和空间上的
不足［２－
３］。文献［４－
６］也在不同方向进行了研究，对地基ＧＰＳ的遥感水汽探测技术的完善和在中国的本地化发展作出了贡献。
北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国ＧＰＳ和俄罗斯的ＧＬＯ－
ＮＡＳＳ之后第３个全球卫星导航系统，
整个系统将在２０２０年形成全球覆盖能力。众多学者对北斗系统的系统性能、
观测质量、模型精度等进行了分析评估［
７－
９］。随着中国北斗卫星导航系统的逐步完善，基于北斗卫星导航系统的水汽探测技术将逐步发展起来。
本文基于北斗试验网的数据，给出了北斗水汽探测性能及精度的初步分析结果，并提出当前存在的问题，以便进一步改进相关模型和算法，提高北斗水汽探测的性能，推进北斗水汽探测的业务化进程。
１ 数据获取及处理
１．１ 数据获取
本文利用基于北斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用试验网中恩施、宜昌、荆州、咸宁和孝感等５个ＧＮＳＳ基准站数据，分别进行北斗系统与ＧＰＳ系统的比较分析，同时利用恩施、宜昌与ＧＮＳＳ基准站同址的探空站数据与探空系统进行比较分析，综合分析北斗卫星导航系统水汽探测的性能和精度。
武汉大学学报·信息科学版２０１６年３月
本文处理分析了２０１３年１２月和２０１４年６月的北斗、ＧＰＳ及探空数据，其中２０１３年１２月各站平均观测北斗卫星数约８颗，２０１４年６月各站平均观测北斗卫星数约１０颗，卫星分布不均匀，主要在南部地区，北面卫星数较少，卫星几何构型会对定位精度产生一定影响。
１．２ 北斗、ＧＰＳ数据处理方法
获取高精度水汽含量的一个重要前提是高精度的卫星定轨。北斗卫星导航系统还处于组网时期，尚未构成完整星座，不能形成良好的星间约束，同时地面观测站较少，且分布不均，因此，对其精密定轨采用下述策略：首先以ＩＧＳ提供的ＧＰＳ精密星历为时空基准，利用ＧＰＳ卫星观测数据精确确定北斗／ＧＰＳ双模接收机在ＩＧＳ框架下的基准站坐标、接收机钟差以及对流层参数，然后固定已获取的基准站坐标、接收机钟差、对流层参数，利用北斗观测数据计算北斗卫星在ＩＧＳ框架下的精密轨道，解算参数，包括卫星初始轨道参数、光压参数、卫星钟差、北斗与ＧＰＳ接收机信号延迟等，实现ＩＧＳ框架下的北斗卫星精密轨道确定。该方法通过充分利用已有ＧＰＳ系统的精密时空基准，约束地面基准站坐标、接收机钟差等参数实现高精度北斗精密定轨。利用此方法，实现ＭＥＯ与ＩＧＳＯ卫星三维定轨精度优于０．５ｍ，ＧＥＯ卫星三维定轨精度优于５ｍ的水平，ＭＥＯ和ＩＧＳＯ卫星在径向的精度略优于ＧＥＯ，三者均能达到优于１０ｃｍ的水平［１０］。
本文采用ＧＡＭＩＴ软件解算ＧＰＳ数据，采用Ｐａｎｄａ软件处理解算北斗数据。从观测数据中解算出对流层天顶总延迟（ＺＴＤ），从总延迟中减去流体静力学延迟（ＺＨＤ）得到湿延迟（ＺＷＤ），最后根据大气可降水量（ＰＷＶ）与湿延迟的转换关系得出大气可降水量。其中，对流层天顶总延迟的解算，采取在先验模型改正的基础上，进一步附加天顶方向的延迟改正参数的方法。
北斗水汽解算中首先利用Ｓａａｓｔａｍｏｉｎｅｎ经验模型，根据测站气象参数求得天顶对流层延迟改正近似值，然后依据与观测值的仰角和方位角有关的Ｄａｖｉｓ映射函数获取斜路径延迟改正初值。在数据处理过程中将残余的天顶延迟模型误差作为未知参数参与平差，为顾及大气方位的不对称性对定位结果的影响，在平差过程中进一步引入大气的水平梯度参数，最后通过平差计算来获取大气延迟的参数估值，对待定参数采取分段线性的形式处理，每２ｈ估计一个参数，求解过程中对流层延迟的湿分量变化过程采用一阶高斯－
马尔可夫过程描述，最终得出对流层天顶总延迟。１．３ 探空数据处理方法
本文使用探空秒数据来计算水汽含量。探空秒数据是由探空仪上升期间获取每秒的温度、气压、湿度等气象要素信息，其探测误差为温度±０．３℃、气压±２００Ｐａ、相对湿度±５％。
探空秒数据计算大气可降水量的方法是用各秒探测的温度、气压和湿度数据积分计算。
首先利用新系数的马格努斯公式计算饱和水汽压Ｅｔｄ：
Ｅｔｄ＝６．１１２×ｅｘｐ（１７．６２×ｔ
ｔ＋２４３．１２
）
再计算出水汽压ｅ和比湿ｑ：
ｅ＝
Ｕ·Ｅｔｄ
１００
ｑ＝
εｅ
Ｐ－１－εｅ
最后积分得出整层大气可降水量：
ＰＷＶ＝１
ｇ∫
Ｐｓ
０
ｑｄＰ
式中，ｔ为温度；Ｕ为相对湿度；ε＝０．６２２为经验常数；Ｐ为气压；Ｐｓ为测站地面气压；ｇ为地球重力加速度。
２ 北斗水汽探测分析
２．１ 北斗与ＧＰＳ系统比较分析
根据§１提到的数据处理方法，对５个ＧＮＳＳ基准站的观测数据进行处理，分别得出每站的大气可降水量，如图１所示
。
图１ 北斗与ＧＰＳ探测的大气可降水量
Ｆｉｇ．１ ＰＷＶ Ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ＢｅｉＤｏｕ ａｎｄ ＧＰＳ
典型单站的北斗、ＧＰＳ探测大气可降水量变化如图２所示。
由图２可见，北斗系统与ＧＰＳ系统探测大气可降水量的结果总体较一致，但存在明显系统性差异，北斗系统测出的大气可降水量明显高于ＧＰＳ系统。
６８２
第４１卷第３期施 闯等：
基于北斗卫星的水汽探测性能分析
图２ 单站北斗与ＧＰＳ探测大气可降水量变化Ｆｉｇ．２ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ ＰＷＶ Ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ
ＢｅｉＤｏｕ ａｎｄ
ＧＰＳ计算出北斗系统与ＧＰＳ系统之间的系统误差和标准偏差，见表１。
表１ 北斗与ＧＰＳ的系统误差和标准偏差／ｍｍＴａｂ．１ Ｓｙ
ｓｔｅｍａｔｉｃ Ｅｒｒｏｒｓ，Ｓｔａｎｄａｒｄ ＤｅｖｉａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎ ＢｅｉＤｏｕ ａｎｄ
ＧＰＳ／ｍｍ台站系统误差标准偏差孝感２．３ ２．８荆州２．４ ２．０咸宁２．０ ２．５宜昌３．３ ２．７恩施
２．６
２．８
从表１中可见，
各站北斗系统测得大气可降水量与ＧＰＳ系统均存在一个正值的系统误差，两个系统之间系统误差为２～３．３ｍｍ，
水汽含量较低时，两个系统的一致性更好。总体来看，两个系统之间的标准偏差大概在２．５ｍｍ左右，最大不超过２．８ｍｍ。上述结果反应出北斗系统大气可降水量的解算结果与ＧＰＳ系统的一致性较好，北斗水汽探测性能与ＧＰＳ接近。该系统误差可能由卫星的几何构型不同及频率差异等因素引起，随着北斗系统星座的逐步完善，利用更为密集的
北斗地面基准站数据可逐步减小系统误差。
本文分别以北斗和ＧＰＳ解算的大气水汽含量各自的平均值作为约定真值，计算两个系统各自的标准差，如图３所示
。
图３ 北斗与ＧＰＳ各自标准差
Ｆｉｇ
．３ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕ ａｎｄ ＧＰＳ由图３可见，北斗系统大气可降水量的标准差较小，系统探测稳定性更好，总体上，两个系统各自的标准差比较接近，５个站相差都不超过０．５ｍｍ。
２．２ 北斗、ＧＰＳ系统与探空系统比较分析
探空系统作为成熟的业务探测系统已稳定运
行多年，常被用作一种独立的观测手段对新型遥感探测技术进行精度评价，作为新型遥感探测技术的检验标准。本文以探空系统作为标准，使用每天三次０８时、１４时、２０时（部分日期为０８时、２０时）的探空秒数据，将北斗系统、ＧＰＳ系统探测
出的大气可降水量与利用恩施、宜昌与ＧＮＳＳ基准站同址的探空站数据的解算结果进行比较分析，
见图４。 可见，
北斗系统、ＧＰＳ系统与探空系统均有很好的一致性，能很好地反映水汽发展变化的情况，但北斗水汽探测系统性偏差更大。
表２ 北斗、ＧＰＳ与探空的系统误差和标准偏差／ｍｍＴａｂ．２ Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｅｒｒｏｒｓ，Ｓｔａｎｄａｒｄ ＤｅｖｉａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎ ＢｅｉＤｏｕ，ＧＰＳ ａｎｄ
Ｒａｄｉｏｓｏｎｄｅ／ｍｍ台站系统误差标准偏差ＧＰＳ北斗ＧＰＳ北斗宜昌１．４ ３．４ ２．４ ３．０恩施
－０．３
０．９
１．８
２．１
从表２可看出，
与探空相比，ＧＰＳ的系统误差小于２ｍｍ，ＢｅｉＤｏｕ系统比ＧＰＳ的系统误差明显偏大，其主要原因可能是北斗系统对卫星轨道的定轨及钟差精度不高，
定轨定位模型有待进一步优化。宜昌站在这一观测时期内的北斗数据质量不是很好，导致系统误差过大，原因待查。
７
８２
武汉大学学报·信息科学版２０１６年３
月
图４ 北斗、ＧＰＳ及探空探测的大气可降水量Ｆｉｇ．４ ＰＷＶ Ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ
ＢｅｉＤｏｕ，ＧＰＳ ａｎｄ Ｒａｄｉｏｓｏｎｄｅ探空系统的标准偏差方面，ＢｅｉＤｏｕ系统也比ＧＰＳ系统大，这可能是由于ＢｅｉＤｏｕ系统卫星星
座的不完善，导致在不同区域覆盖不均匀，可跟踪卫星数较少，卫星几何构型不理想，使得获取数据的稳定性不高，
随着北斗系统星座的逐步完善，这方面将会有很大改善，使得北斗系统最终满足水汽探测业务要求。
３ 结 语
本文利用北斗试验网的数据，对基于北斗卫星进行水汽探测的大气可降水量进行详细分析，同时利用与ＧＮＳＳ基准站同址的探空站数据与
探空系统进行比较，综合分析北斗卫星导航系统水汽探测的性能和精度，得出以下结论。１）北斗系统与ＧＰＳ系统及探空系统对大气可降水量的探测有较好的一致性，北斗水汽探测较好地反映了实际大气可降水量的变化情况，可应用于大气水汽探测。
２
）北斗系统解算出的大气可降水量高于ＧＰＳ系统，两个系统之间存在２～３．３ｍｍ的系统
误差，水汽含量较低时，两个系统的一致性更好。３
）北斗水汽探测与探空标准的系统误差和标准偏差还较大，定轨定位模型有待优化，系统稳定性需要进一步提高。
参 考 文 献
［１］ Ｂｅｖｉｓ Ｍ，Ｂｕｓｉｎｇｅｒ Ｓ，Ｈｅｒｒｉｎｇ
Ｔ Ａ，ｅｔ ａｌ．ＧＰＳ Ｍｅ－ｔｅｏｒｏｌｏｇｙ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＷａｔｅｒＶａｐｏｒ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｇｅｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ，１９９２，９７（Ｄ１４）：１５ ７８７－１５ ８０１［２］ Ｂｏｅｒｓ Ｒ，Ｔｒｅｇｏｎｉｎｇ Ｐ，Ｄｅｎｉｓ Ｏ’Ｂｒｉｅｎ．Ａｃｃｕｒａｃｙ
ｏｆＡｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｂｌｅ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｆｒｏｍＧＰＳ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅ－ｓｅａｒｃｈ，１９９８，１０３（Ｄ２２）：２８ ７０１－２８
７１０［３］ Ｓｅｔｈ Ｉ．Ｇｕｔｍａｎ，Ｓｔａｎｌｅｙ
Ｇ．Ｂｅｎｊａｍｉｎ．Ｔｈｅ Ｒｏｌｅ ｏｆＧｒｏｕｎｄ－Ｂａｓｅｄ ＧＰＳ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｉｎＮｕｍｅｒｉｃａｌ Ｗｅａｔｈｅｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＧＰＳ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，２００１，４（４）：１６－
２４［４］ Ｌｉ Ｃｈｅｎｇｃａｉ，Ｍａｏ Ｊｉｅｔａｉ，Ｌｉ Ｊｉａｎｇ
ｕｏ，ｅｔ ａｌ．ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，１９９９，４４（３）：３３３－３３６（李成才，毛节泰，李建国，等．全球定位系统遥感水汽总量［Ｊ］．科学通报，１９９９，４４（３）：３３３－
３３６）［５］ Ｃａｏ Ｙｕｎｃｈａｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｙｏｎｇｑｉ，Ｌｉ Ｂｉｎｇ
ｈｕａ，ｅｔ ａｌ．Ａｐｐ
ｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ ＰｒｏｆｉｌｅＳｏｕｎｄｉｎｇ ｂｙ ＧＰＳ［Ｊ］．Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，４（３）：２４１－２４５（曹云昌，陈永奇，李炳华，等．利用地基ＧＰＳ测量大气水汽廓线的方法［Ｊ］．气象科技，２００６，４（３）：２４１－
２４５）［６］ Ｓｏｎｇ Ｓｈｕｌｉ，Ｚｈｕ Ｗｅｎｙａｏ，Ｄｉｎｇ Ｊ
ｉｎｃａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｓｈａｎｇｈａｉ ＧＰＳ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ３ＤＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａ－ｔｅｒ Ｖａｐｏｒ ｔｏ Ｉｍｐ
ｒｏｖｅ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｕ－８
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第４１卷第３期施 闯等：基于北斗卫星的水汽探测性能分析
ｍｉｄｉｔｙ Ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，２００５，５０（２０）：２ ２７１－２ ２７７（宋淑丽，朱文耀，丁金才，等．上海ＧＰＳ层析水汽三维分布改善数值预报湿度场［Ｊ］．科学通报，２００５，５０（２０）：２ ２７１－２
２７７）［７］ Ｇａｏ Ｗｅｉｇｕａｎｇ，Ｓｕ Ｍｕｄａｎ，Ｌｉ Ｊｕｎｚｈｅｎｇ
，ｅｔ ａｌ．ＡＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌ－ｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２，３７（１１）：１ ３５２－１ ３５５（高为广，苏牡丹，李军正，等．北斗卫星导航系统试运行服务性能评估［Ｊ］．武汉大学学报·信息科学版，２０１２，３７（１１）：１ ３５２－１
３５５）［８］ Ｚｈａｎｇ
Ｑｉｎｇｈｕａ，Ｓｕｉ Ｌｉｆｅｎ，Ｊｉａ Ｘｉａｏｌｉｎ，ｅｔ ａｌ．ＳＩＳＥｒｒｏｒ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎａｖｉ－ｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉ－ｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１４，３９（３）：２７１－２７４（张清华，隋立芬，贾小林，等．北斗卫星导航系统空
间信号误差统计分析［Ｊ］．武汉大学学报·信息科学版，２０１４，３９（３）：２７１－
２７４）［９］ Ｚｈａｎｇ Ｑｉａｎｇ，Ｚｈａｏ Ｑｉｌｅ，Ｚｈａｎｇ
Ｈｏｎｇｐｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒＢｅｉＤｏｕ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙ
ｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｇｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１４，３９（２）：１４２－１４６（张强，赵齐乐，章红平，等．北斗卫星导航系统Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型精度评估［Ｊ］．武汉大学学报·信息科学版，２０１４，３９（２）：１４２－１４６）［１０］Ｌｉｕ Ｗｅｉｐｉｎｇ，Ｈａｏ Ｊｉｎｍｉｎｇ
，Ｌｉ Ｊｉａｎｗｅｎ，ｅｔ ａｌ．ＡＭｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｏｒｂｉｔ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕＮａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ Ｓｃｉ－ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３０（３）：２４７－２５０（刘伟平，郝金明，李建文，等．一种北斗卫星精密定轨方法［Ｊ］．测绘科学技术学报，２０１３，３０（３）：２４７－
２５０）Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｖａｐ
ｏｒ ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄ ｏｎ ＢｅｉＤｏｕ
ＳａｔｅｌｌｉｔｅＳＨＩ Ｃｈｕａｎｇ１，２，
３ ＷＡＮＧ Ｈａｉｓｈｅｎ１，
２ ＣＡＯ Ｙｕｎｃｈａｎｇ２ ＺＨＡＮＧ Ｅｎｈｏｎｇ４
ＬＩＡＮＧ Ｈｏｎｇ２ ＦＵ Ｚｈｉｋａｎｇ
５
１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｄｅｓｙ
ａｎｄ Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７９，Ｃｈｉｎａ２ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｒｅ，Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００８１，Ｃｈｉｎａ３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ＧＮＳＳ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７９，Ｃｈｉｎａ４ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００８０，Ｃｈｉｎａ５ Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｒａｉｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｅａｖｙ
Ｒａｉｎ，Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇ
ｉｃａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ－ｂａｓｅｄ ＧＮＳＳ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ
ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｇｏｔ ｈｉｇｈ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｄａｔａ ｂｙ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｍａｄｅ ｕｐｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｏｕｎｄｉｎｇ
ｉｎ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅｗｅａｔｈｅｒ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ，ｃｌｉｍａｔｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｗｅａｔｈｅｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ＢｅｉＤｏｕ ｅｘ－ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄａｔａ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｄｉｏｓｏｎｄｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｍａｄｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙ
－ｓｉｓ ａｍｏｎｇ ＢｅｉＤｏｕ，ＧＰＳ ａｎｄ ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｇａｖｅ ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａ－ｃｙ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕ ｖａｐｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ＰＷＶ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ ＢｅｉＤｏｕ，ＧＰＳ ａｎｄ ｒａｄｉｏ－ｓｏｎｄｅ，ｗｈｉｃｈ ｗｅｌｌ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ＰＷＶ．ＰＷＶ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｂｙ
ＢｅｉＤｏｕ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎｔｈａｔ ｏｆ ＧＰＳ，ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｓｙｓｔｅｍ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ２－３．３ｍｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｅｒｅｍｏｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＰＷＶ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗｅｒ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｒｒｏｒｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂｙ ＢｅｉＤｏｕ ａｎｄ ｒａｄｉｏｓｏｎｄｅ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ＢｅｉＤｏｕ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｔｒｏｐｏｓｐｈｒｉｃ ｄｅｌａｙ；ＰＷＶＦｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：ＳＨＩ Ｃｈｕａｎｇ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ＰｈＤ，ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｓ ｉｎ ｓｐａｔｉａｌ ｇｅｏｄｅｓｙ ａｎｄ ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｓ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ａｕｔｈｏｒ：ＷＡＮＧ Ｈａｉｓｈｅｎ，ＰｈＤ．ｗｈｓｂ５２０＠１６３．ｃｏｍＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔ：Ｔｈｅ Ｃｈｉｎａ Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａｊｏｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ；ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｎｏ．４１２７４０４９；ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄ ｏｆ Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ Ｙｏｕｎｇ
Ｓｃｈｏｌａｒｓ，Ｎｏ．４１３２５０１５．９
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北斗卫星定位系统工作原理 北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当北斗卫星行为系统的卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。北斗卫星定位系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于30 0m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0. 1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，
其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见北斗卫星定位系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。 工作原理1 北斗卫星定位系统接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及北斗卫星定位系统信息，如卫星状况等。 北斗卫星定位系统接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精
北斗卫星导航系统 （一）概述 北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。 随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。 卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。 （二）发展历程 20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略：2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供
服务；计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务。2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。 （三）发展目标 建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求，为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务；发展北斗产业，服务经济社会发展和民生改善；深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益。 （四）建设原则 中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统。 ——自主。坚持自主建设、发展和运行北斗系统，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力。 ——开放。免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流。 ——兼容。提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与交流，致力于为用户提供更好的服务。 ——渐进。分步骤推进北斗系统建设发展，持续提升北斗系统服务性能，不断推动卫星导航产业全面、协调和可持续发展。 （五）发展计划 目前，我国正在实施北斗三号系统建设。根据系统建设总体规划，2018年底，完成19颗卫星发射组网，完成基本系统建设，向全球提
北斗卫星导航系统详 解
北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代系统，是中国研发的卫星导航系统。北斗一号是一个已投入使用的区域性卫星导航系统，北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧盟伽利略定位系统被联合国确认为全球4个卫星导航系统核心供应商。 北斗一号 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的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。。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥“双保险”作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。 系统工作原理 “北斗一号”卫星定位系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维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 “北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。 北斗系统三大功能 快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20—100m；
xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的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。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系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维坐标，这个坐标
中国北斗卫星导航系统 （2016年6月） 中华人民共和国 国务院新闻办公室 目录 前言 一、发展目标与原则 二、持续建设和发展北斗系统 三、提供可靠安全的卫星导航服务 四、推动北斗系统应用与产业化发展 五、积极促进国际合作与交流 结束语
前言 北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。 20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略：2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务。 随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。 卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。 一、发展目标与原则 中国高度重视北斗系统建设，将北斗系统列为国家科技重大专项，支撑国家创新发展战略。 （一）发展目标 建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求，为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务；发展北斗产业，服务经济社会发展和民生改善；深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益。 （二）发展原则 中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统。 ——自主。坚持自主建设、发展和运行北斗系统，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力。 ——开放。免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流。 ——兼容。提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与交流，致力于为用户提供更好的服务。
北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告 一、原理 卫星导航信号的串行捕获算法如图1所示。 图1 卫星导航信号的串行捕获算法 接收机始终在本地不停地产生对应某特定卫星的本地伪码，并且接收机知道产生的伪码的相位，这个伪码按一定速率抽样后与接收的GPS中频信号相乘，然后再与同样知晓频率的本地产生的载波相乘。GPS中频信号由接收机的射频前端将接收到的高频信号下边频得到。实际产生对应相位相互正交的两个本地载波，分别称为同相载波和正交载波，信号与本地载波相乘后的信号分别成为，产生同相I支路信号和正交的Q 支路信号。 两支路信号分别经过一个码周期时间的积分后，平方相加。分成两路是因为C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方则是为了获得信号的功率。最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程，否则继续扫描
其它的频率或相位。 二、 MATLAB 仿真过程及结果 仿真条件设置：抽样频率16MHz ，中频5MHz ，采样时间1ms ，频率搜索步进1khz ，相位搜索步进1chip ，信号功率-200dBW ，载噪比55dB （1） 中频信号产生 卫星导航信号采用数字nco 的方式产生，如图2所示。 载波nco 控制字为：carrier_nco_word=round(f_carrier*2^N/fs); 伪码nco 控制字为：code_nco_word=round(f_code*2^N/fs); 图 2 其中载波rom 存储的是正弦信号的2^12个采样点，伪码rom 存储长度为2046的卫星伪码。这样伪码采用2psk 的方式调制到射频，加性噪声很小是理想接收中频信号如图3所示。 图3 理想中频信号 （2）噪声功率估计 实际接收机接收到的导航信号淹没在噪声中， 本程序对接收到的信号进行了 -10
北斗卫星导航系统常识 简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 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。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，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，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 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。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
北斗卫星导航系统测量型终端通用规范（预） 2014.08.14 1 范围 本标准规定了北斗卫星导航系统测量型终端（以下简称北斗测量型终端）的技术要求、检验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。 本标准适用于利用载波相位观测值进行静态测量、后处理动态测量、RTK测量的北斗测量型终端的研制、生产和使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ?GB/T 191 包装储运图标志 ?GB/T 2828.1—2003 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 ?GB 4208—2008 外壳防护等级（IP代码） ?GB/T 4857.5 包装运输包装件跌落试验方法 ?GB/T 5080.1—1986 设备可靠性试验总要求 ?GB/T 5080.7—1986 设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案 ?GB/T 5296.1—1997 消费品使用说明总则 ?GB/T 6388 运输包装收发货标志 ?GB 9254—2008 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法 ?GB/T 9969—2008 工业产品使用说明书总则 ?GB/T 12267-1990 船用导航设备通用要求和试验方法 ?GB/T 12858-1991 地面无线电导航设备环境要求和试验方法 ?GB/T 13384—2008 机电产品包装通用技术条件 ?GB/T 15868—1995 全球海上遇险与安全系统（GMDSS）船用无线电设备和海上导航设备通用要求、测试方法和要求的测试结果 ?GB/T 16611—1996 数传电台通用规范 ?GB/T 17626.3—2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 ?GB/T 19391—2003 全球卫星定位系统（GPS）术语及定义 ?GB/T 20512 GPS接收机导航定位数据输出格式
北斗GPS卫星导航系统 建 设 方 案 贵州迪辰安信科技发展有限公司 二〇一三年五月
目录 目录 (2) 第一章建设背景 (4) 第二章北斗GPS卫星导航系统简介 (7) 2.1、什么北斗卫星导航系统 (7) 2.2、北斗卫星定位原理 (8) 2.3、北斗卫星工作原理图 (8) 2.3、北斗GPS卫星导航技术指标 (9) 第二章系统设计原则 (10) 第三章系统总体设计 (11) 3.1系统架构 (11) 3.2 技术架构 (12) 3.3 平台运行环境配置 (13) 3.4 服务端程序平台 (13) 3.5 GPS数据接入公安内网 (14) 3.6 北斗GPS监控客户端功能设计 (14) 3.7系统安全 (19) 第四章项目实施 (21) 4.1实施进度 (21) 4.2实施和验收方法 (21) 4.2.1项目的实施 (21) 4.2.2项目的验收 (21) 4.3项目管理及质量控制 (22) 4.3.1项目责任制 (22) 4.3.2项目质量控制 (22) 第五章运行维护体系 (23) 5.1系统的维护 (23) 第六章经费预算 (24) 6.1 硬件配置及费用预算 (24)
6.2 软件系统费用预算 (24)
第一章建设背景 1. 概述 随着我市城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已成为公安、交通系统中的一个重要问题。过去，用于交通管理系统的设备主要是无线电通信设备，由调度中心向车辆驾驶员发出调度命令，驾驶员只能根据自己的判断说出车辆所在的大概位置，而在生疏地带或在夜间则无法确认自己的方位甚至迷路。因此，从调度管理和安全管理方面，其应用受到限制。北斗GPS定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。通过车载GPS接收机使驾驶员能够随时知道自己的具体位置。通过车载电台将GPS定位信息发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并在大屏幕电子地图上显示出来。目前，用于公安、交通系统的主要是车辆GPS定位与无线通信系统相结合的指挥管理系统。 2. 车辆GPS定位管理系统 车辆GPS定位管理系统主要是由车载GPS自主定位，结合无线通信系统对车辆进行调度管理和跟踪。已经研制成功的如车辆全球定位报警系统，警用GPS 指挥系统等。分别用于城市公共汽车调度管理，风景旅游区车船报警与调度，海关、公安、海防等部门对车船的调度与监控。监控中心部分的主要功能有：?数据跟踪功能。将移动车辆的实时位置以贞列表的方式显示出来。如车号、经度、速度、航向、时间、日期等
北斗卫星导航系统 ——世界第三套全球卫星导航系统 工程总投资：100亿元 工程期限：1994年——2020年 北京时间2007年2月3日凌晨零时28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。 北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），
是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 日期火箭卫星轨道 2000年10月31日长征三号甲北斗-1A 地球静止轨道140°E 2000年12月21日长征三号甲北斗-1B GEO 80°E 2003年05月25日长征三号甲北斗-1C GEO 110.5°E 第三颗是备用卫星 2007年02月03日长征三号甲北斗-1D GEO 86°E 第四颗是备用卫星 2007年04月14日长征三号甲北斗-2A 中地球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫星
军用新型北斗卫星导航手持机 北斗卫星导航系统的历史 我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于多种原因而夭折。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。 1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，这一系统被称为“双星定位系统”。双星定位导航系统为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”。 双星定位导航系统是一种全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能，其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系统由两颗地球同步卫星(分别定点于东经80度和东经140度36000公里赤道上空)、中心控制系统、标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路(即地面中心至卫星至用户链路)和入站链路(即用户机至卫星
北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告(附MATLAB 程序)
北斗卫星导航信号串行捕获算法MATLAB仿真报告 一、原理 卫星导航信号的串行捕获算法如图1所示。 × × ∑∫( )2 本地PRN发生器 ∫( )2 本地载波发 生器 GPS中频信号 × 判决检 波 器 ≥VT？ Yes 转跟 踪 NO 继续搜索 图1 卫星导航信号的串行捕获算法 接收机始终在本地不停地产生对应某特定卫星的本地伪码，并且接收机知道产生的伪码的相位，这个伪码按一定速率抽样后与接收的GPS中频信号相乘，然后再与同样知晓频率的本地产生的载波相乘。GPS中频信号由接收机的射频前端将接收到的高频信号下边频得到。实际产生对应相位相互正交的两个本地载波，分别称为同相载波和正交载波，信号与本地载波相乘后的信号分别成为，产生同相I支路信号和正交的Q 支路信号。 两支路信号分别经过一个码周期时间的积分后，平方相加。分成两路是因为C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方则是为了获得信号的功率。最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程，
否则继续扫描其它的频率或相位。 二、 MATLAB 仿真过程及结果 仿真条件设置：抽样频率16MHz ，中频5MHz ，采样时间1ms ，频率搜索步进1khz ，相位搜索步进1chip ，信号功率-200dBW ，载噪比55dB （1） 中频信号产生 卫星导航信号采用数字nco 的方式产生，如图2所示。 载波nco 控制字为：carrier_nco_word=round(f_carrier*2^N/fs); 伪码nco 控制字为：code_nco_word=round(f_code*2^N/fs); 32位Adder 12位载波rom 模2046计数器 伪码rom 32位Adder Divide by 2^20 溢出时输出 脉冲 carrier_nco_word code_nco_word fsample × × ＋ 幅度 加性噪声 图 2 其中载波rom 存储的是正弦信号的2^12个采样点，伪码rom 存储长度为2046的卫星伪码。这样伪码采用2psk 的方式调制到射频，加性噪声很小是理想接收中频信号如图3所示。
北斗卫星导航系统- 简介 北斗卫星导航系统 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国独立发 展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统兼容互用的全球卫星导航系统。 北斗卫星导航系统既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具备短报文通信、差分服务和完好性服务特色，是中国国家安全、经济和社会发展不可或缺的重大空间信息基础设施。 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号两代导航系统。其中北斗一号用于中国及其周边 地区的区域导航系统，北斗二号是类似美国GPS的全球卫星导航系统。[1] 北斗卫星导航系统建设目标是：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，形成完善的中国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。[2] 三步走 按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。具体如下： 第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。 第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。[3][4] 北斗卫星导航系统- 系统组成
北斗导航卫星应用战略图 北斗卫星导航系统包括北斗一号和北斗二号的2代系统，由空间段，地面段，用户段三部分 组成。 空间段 空间段包括五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星。地球静止轨道卫星分别位于东经5 8.75度、80度、110.5度、140度和160度。非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗同步 轨道卫星组成。 地面站 地面段包括主控站、卫星导航注入站和监测站等若干个地面站。 主控站主要任务是收集各个监测站段观测数据，进行数据处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，完成任务规划与调度，实现系统运行管理与控制等。 注入站主要任务是在主控站的统一调度下，完成卫星导航电文、差分完好性信息注入和有效载荷段控制管理。 监测站接收导航卫星信号，发送给主控站，实现对卫星段跟踪、监测，为卫星轨道确定和时间同步提供观测资料。 用户段 用户段包括北斗系统用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。系统采用卫星无线电测
北斗二号卫星导航系统介绍及应用 南京工业大学工业工程 北斗二号卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS ,是继美全球定位系统(GPS 和俄 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,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 10m ,授时精度优于 100ns 。 2012年 12月 27日,北斗二号系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,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。 北斗二号卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国 GPS 、俄罗斯 GLONASS 、欧盟 GALILEO 等其他卫星导航系统兼容的终端组成。 北斗二号卫星导航系统是在北斗一号的基础上建设的卫星导航系统, 但其并不是北斗一号的简单延伸, 完整构成的北斗二号卫星导航系统是一个类似于 GPS 和GLONASS 的全球导航系统。 一.研发背景 1. 重要的战略意义 战略意义一:建设北斗卫星导航系统, 是提高我国国际地位的重要载体战略意义二:是促进和推动经济社会发展的强大动力。战略意义三:是推动我国信息化建设的重要保证。战略意义四:是应对重大自然灾害的生命保障。战略意义五:是增强武器效能,维护国家安全的根本命脉 v 战略意义七:是我国履行航天国家国际责任的需要。战略意义八:对提升中国航天的能力, 推动航天强国建设意义重大。 2. 北斗一号卫星导航系统及其不足
北斗卫星定位车载终端技术方案 三、技术原理 北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统为用户提供高质量的定位、导航和授时服务，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性。北斗卫星定位车载终端采用了多模块化、组合式优化设计，内置高性能芯片，各模块之间的接口采用标准接口，充分利用系统平台、移动通讯网络、因特网络，将汽车行驶记录仪、卫星定位、卫星导航、油耗检测功能集于一体，通过无线数据通讯接口（GSM、GPRS、CDMA）和GPS接口，能与监控中心系统进行数据通信和移动位置的定位，能够满足用户的多种需求。 除具有传统行驶记录仪的功能外增加了定位导航、监控跟踪、数据实时传送、油耗检测等功能，并且能够实现对车辆实时监管、调度，遇险报警远程网络监控，彻底改变了现有汽车行驶记录仪只能实地监管、事后监督的弊端；GPS/北斗2双模卫星定位模块，可以灵活配置信号处理通道工作于单GPS模式，或单北斗2模式，或GPS/北斗2混合模式；兼容目前现有的GPS单模定位，且能实现双模捕获、双模跟踪更加智能化、集成化。因此，基于以上原理设计的卫星车载终端监控系统，大大超出了传统行驶记录仪的功能，具有极为光明的发展前景。 四、设计方案 （一）设计原则 1、先进性和适用性相结合
系统采用成熟的高新科技，以目前较为先进的方法实现需要的功能，保证系统具有深厚的发展潜力，在相当长的时间内具有领先水平。 2、通用性和安全性相结合 在系统设计过程中，均留有相应的通信接口，系统的各个模块构成一个有机的整体。系统数据库中的各种数据在交换和共享的过程中，充分考虑到了系统的安全性。对每一个用户的权限有严格的认证（司机卡身份识别）体制，对每一个用户的权限进行分级控制和限定。 3、安全可靠性 在经济条件允许范围内，从系统结构、设计方案(考虑到非法用户及病毒入侵，数据采用纠错冗余技术)、技术保障等方面综合考虑；系统尽可能地采用成熟的技术、商品化的软硬件产品，保证系统可靠稳定运行。 4、实用性 整个系统的操作以方使、简捷、高效为目标，多操作平台整体设计，统一操作，既充分体现快速反应的特点，又能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于运输交通管理层及时了解各项统计信息和决策信息，便于执法部门的远程监督。 5、可扩展性 考虑到业务功能在不断发展、变化，因此要求系统在结构、容量、通信和处理能力等方面具有可扩充性和升级能力。 （二）设计依据 1、多样化的完备的授权模式能够满足账户和权限管理上的各种需求 2、中华人民共和国道路交通安全法 3、公安部道路交通违法信息代码
北斗卫星导航系统位置报告/短报文型终端通用规 范（预） 2014.08.14 1 范围 本通用规范规定了北斗卫星导航系统位置报告/短报文型终端（简称为北斗通信终端）的技术要求（包括一般要求、功能要求、性能要求、环境适应性要求）、试验方法、检验规则、以及包装、运输和储存等要求。 本标准适用于北斗通信终端的研制、生产和使用，也是制定北斗通信终端产品标准、检验产品质量和产品应用选型的依据。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ?GB/T 191 包装储运图示标志 ?GB 2312—1980 信息交换用汉字编码字符集基本集 ?GB/T 2828.1—2003 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划 ?GB 4208—2008 外壳防护等级(IP代码) ?GB/T 4857.5 包装运输包装件跌落试验方法 ?GB/T 5080.1—1986 设备可靠性试验总要求 ?GB/T 5080.7—1986 设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案 ?GB/T 5296.1—1997 消费品使用说明总则 ?GB/T 12267—1990 船用导航设备通用要求和试验方法 ?GB/T 12858—1991 地面无线电导航设备环境要求和试验方法 ?GB/T 13384—2008 机电产品包装通用技术条件 ?GB 15702—1995 电子海图技术规范
?GB 15842—1995 移动通信设备安全要求和试验方法 ?GB/T 17626.3—2006 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 3 术语、定义和缩略语 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1.1 北斗卫星导航系统 BeiDou navigation satellite system 中国的全球卫星导航系统，简称北斗系统（BeiDou）。具有卫星无线电测定（RDSS）和卫星无线电导航（RNSS）两种业务，可以提供导航、定位、授时、位置报告和短报文服务。 3.1.2 北斗终端 BeiDou terminal 北斗系统各种用户应用终端的总称。北斗终端按照应用北斗卫星业务的不同服务模式，分为北斗RDSS终端和北斗RNSS终端两种类型；按其用途主要分为导航型终端、测量型终端、定时型终端和位置报告/短报文型终端。 3.1.3 北斗RDSS终端 BeiDou RDSS terminal 利用北斗RDSS业务，可以提供定位、导航、定时、位置报告和短报文通信全部或部分功能的终端。 3.1.4 指挥管理型终端 command and management terminal 利用北斗RDSS业务兼收下属用户的定位和通讯信息的多用户地址码，一般具有用户信息管理、通播、组播、单播、查询、调阅、指挥调度和管理功能的北斗通信终端。
北斗卫星导航系统常识简介一、北斗卫星导航系统现状 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。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性 空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对 保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象 等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，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，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。
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。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实现全覆盖。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，产生显着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。 北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科学院院士、中国工程院院士、着名测量与遥感学家李德仁介 绍说 二、卫星定位原理 北斗卫星导航系统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
北斗卫星导航系统 公开服务性能规范 （1.0版） 中国卫星导航系统管理办公室二〇一三年十二月
引言 北斗卫星导航系统空间星座由35颗卫星组成，可为全球各类用户提供公开服务。系统于2012年12月27日完成区域阶段部署，可为亚太大部分地区提供公开服务。 本规范规定了现阶段的北斗卫星导航系统公开服务性能。 .
目录 1范围 (1) 2引用文件 (2) 3术语和定义、缩略语 (3) 3.1术语和定义 (3) 3.2缩略语 (3) 4北斗系统概述 (4) 4.1空间段 (4) 4.2地面控制段 (4) 4.3用户段 (5) 4.4北斗系统公开服务区 (5) 5北斗系统空间信号特征 (7) 5.1空间信号接口特征 (7) 5.1.1空间信号射频特征 (7) 5.1.2导航电文特征 (7) 5.2空间信号性能特征 (8) 5.2.1空间信号覆盖范围 (8) 5.2.2空间信号精度 (8) 5.2.3空间信号连续性 (9) 5.2.4空间信号可用性 (9) 6北斗系统服务性能特征 (10) 6.1用户使用条件 (10) 6.2服务精度 (10) 6.3服务可用性 (10) 7北斗系统公开服务空间信号性能指标 (12) 7.1空间信号覆盖范围指标 (12) 7.2空间信号精度指标 (12) 7.2.1空间信号URE 精度指标 (12) 7.2.2空间信号URRE 精度指标 (12) 7.2.3空间信号URAE 精度指标 (13) 7.2.4空间信号UTCOE 精度指标 (13) 7.3空间信号连续性指标 (14) 7.4空间信号可用性指标 (14) 8北斗系统公开服务性能指标 (15) 8.1服务精度指标 (15) 8.2服务可用性指标 (15) 8.2.1PDOP可用性指标 (15) 8.2.2定位服务可用性指标 (15) 9其他说明 (17)
北斗卫星导航系统概述 00钟恩彬 引言 自从 1960 年美国发射第一颗导航卫星并于1964年组成美国海军导航卫星系 统(NNSS)以来，导航卫星经过了从多普勒定位技术到伪码扩频测距定位，从间断、部分覆盖导航到全天候、全天时、全覆盖导航，从单纯广播式导航到通信导航融合 技术的发展，其中运行了近二十年的美国 GPS 系统是卫星导航技术发展 的结晶。随着卫星导航系统应用价值的不断扩展， GPS 也暴露了一些不足，比如，GPS 能够解决单一用户的精确定位导航问题，但由于它是广播式的导航，用户不能与导航卫星建立通信，定位信息不能传输给用户中心，这一缺点使得它若在战场上运用时虽然能给导弹导航，但不能向指挥中心回传打击效果。我国充分吸收 GPS 的经验，于上世纪 80 年代开始研究设计自己的卫星导航系统—北斗卫星导 航系统。截至目前，我国已经发射了 16 颗组网卫星，基本实现了亚太区域覆盖，我们很快就将用上国产的北斗终端设备了。在此背景下，本文将主要从北斗卫星导航系统的基本原理、与其它系统的比较两个方面简要介绍北斗卫星导航系统。 一、北斗卫星导航系统的基本原理 卫星定位说白了就是测出几颗卫星到定位点的距离，然后在建立的三维空间坐标系中以这些距离为半径画几个球，球的交点即为定位点的坐标，至于导航就是选定一个参考点，测算出它的坐标，引导用户到该参考坐标点就是导航。 关键的问题是如何测量出实时的距离，这就需要利用电磁波在卫星与用户之间的来回传播来测算。不过实际的系统远不止这么简单，例如必须保证发射和接受同步，这就好比要使卫星和用户接收机同时开始播放同一首歌，这时站在接收机旁的人会停到两个版本的歌声，滞后的就是来自卫星的歌声，这个时延乘上光速 c 即为卫星到定位点的距离，当然，这个时延的测量也必须用精准的时钟。为了保证这些，电磁波上必须加载复杂的导航电文。导航电文不是由卫星单独产生的，而要有地面主控站来控制完成，所以为了不受制于人，我国决定开发自己的卫星导航系统。 北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端组成，空间端包括 35 颗组网卫星，其中 5 颗为静止轨道 (GEO)卫星，地面端主要有主控站、注入站
北斗卫星导航系统常识简介 一、北斗卫星导航系统现状 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，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。 北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和30颗非静止轨道卫星组成，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，截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。 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。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。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。 北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科学院院士、中国工程院院士、著名测量与遥感学家李德仁介绍说 二、卫星定位原理 北斗卫星导航系统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。