北斗卫星导航系统介绍.ppt

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第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系 统在体制上的差别主要是：第二代用户机可免 发上行信号，不再依靠中心站电子高程图处理 或由用户提供高程信表息，而是直接接收卫星 单程测距信号自己定位，系统的用户容量不受 限制，并可提高用户位置隐蔽性。
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其代价是：测距精度要由星载高稳定度的 原子钟来保证，所有用户机使用稳定度 较低的石英钟，其时钟误差作为未知数 和用户的三维未知位置参数一起由4个 以上的卫星测距方程来求解。这就要求 用户在每一时刻至少可见4颗以上几何 位置合适的卫星进行测距，从而使得星 座所需卫星数量大大增多，系统投资将 显著增加。
双星定位用户提出申请服务项目并发送入站信号经两颗卫星转发到地面中心接到此信号后解调出用户发送的信息测量出用户至两颗卫星的距离对定位申请计算用户的地理坐标由于h颗卫星的位置是已知的分别为两球的球心另一球面是基本参数已确定的地球参考椭球面3球交会点为测量的用户位置
• （一）
<北斗卫星导航> 知识讲座
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四大导航系统之一
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• 北斗系统四大功能
• 短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文 通信功能，用户可以一次传送120个汉字的短 报文信息。
• 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向 用户提供20ns-100ns时间同步精度。
• 定位精度：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。
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GPS功用
• 由于GPS技术所具有的全天候、高精度 和自动测量的特点，作为先进的测量手 段和新的生产力，已经融入了国民经济 建设、国防建设和社会发展的各个应用 领域。
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GPS功用

《北斗卫星导航系统》 ppt课件
目录 CONTENT
• 北斗卫星导航系统概述 • 北斗卫星导航系统的发展历程 • 北斗卫星导航系统的应用场景 • 北斗卫星导航系统的优势与挑战 • 北斗卫星导航系统与其他卫星导
航系统的比较 • 北斗卫星导航系统的前景展望
01
北斗卫星导航系统概述
定义与特点
定义
北斗卫星导航系统是中国自主研 发的全球卫星导航系统，通过接 收卫星信号实现定位和导航功能 。
加强安全保障工作
建立健全安全保障体系， 采取有效的技术和管理措 施保障系统的安全稳定运 行。
加强国际化推广
积极参与国际合作与交流 ，加强国际化推广，提高 北斗卫星导航系统在国际 市场的认知度和接受度。
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北斗卫星导航系统与其他 卫星导航系统的比较
GPS系统
01
全球定位系统（GPS）是一个由美国开发的全球卫星导航系统。它提供了高精 度的定位和时间服务，广泛应用于军事、民用和商业领域。
特点
具有自主可控、覆盖范围广、定 位精度高、服务连续稳定等特点 ，可广泛应用于军事、民用等领 域。
系统组成与结构
系统组成
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。 空间段包括多颗卫星，地面段包括主控站、监测站和注入站 等设施，用户段包括各种类型的北斗终端设备。
系统结构
北斗卫星导航系统采用有源定位和无源定位两种定位方式。 有源定位是通过接收卫星信号并发送回地面站来实现定位， 无源定位则是通过接收卫星信号并解算出位置信息来实现定 位。
提高社会管理效率
北斗系统在公共安全、交通、应急救援等领域的应用，将提高社 会管理效率。
推动数字经济发展
通过与新一代信息技术的融合，北斗系统将为数字经济提供重要 支撑和驱动力。

北斗卫星导航产品 市场需求及发展研究报告
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国智恒集团
目录
第一章 产品简介 第二章 市场需求分析
一、市场环境分析 1、国家政策 2、行业现状 3、竞争对手分析 4、自我剖析
二、用户需求分析
第三章 发展趋势研究 第四章 结束语
2 国智恒集团
北斗卫星导航产品简介
• 定义：北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独 立运行的全球卫星导航系统。与美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、 欧盟伽利略系统并称全球四大卫星导航系统。 • 功能：在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精 度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能 力。 • 建设目标：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可 靠覆盖全球的导航系统。
4 国智恒集团
市场需求分析
3、竞争对手分析
全球四大卫星导航系统比较
历史渊源
覆盖范围 卫星数量
定位精度 用户容量 用途范围
美国GPS
70年代美国军 方开发，1994 年建设完毕 全球
24颗工作，另4 颗备用
10米
无限多
军主民辅
俄罗斯Glonass
1995年投入使用，与 GPS系统原理、功能 相似 全球
产品劣势：用户采取自动式定位；用户数目有限；定位数
据及时性差；保存能力不强，体系的抗干扰性较差；定位依
靠数字舆图等。
综上，我国北斗卫星导航系统在市场竞争中仍存在一定
阻力，在今后的研发提升过程中，应加大降成本力度，规范
市场竞争秩序。
7 国智恒集团
市场需求分析
• 用户需求分析 1）对北斗的观望态度是繁荣中国卫星导航市场的最大障碍。 2）国内市场需求日益迫切：
24颗
单点定位水平16米， 垂直25米 无限多

北斗系统致力于向全球用户提供高质量的定 位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权 用户提供进一步服务，军用与民用目的兼具。
北斗卫星导航系统简介
• 应用
北斗卫星导航系统简介
• 发展历程
➢ 试验系统（北斗一代）：1983年陈芳允院士提出，1994年开始研制， 2003年完成组建
➢ 伽利略系统合作计划 ➢ 正式系统（北斗二代）：2004年-2020年
பைடு நூலகம்
北斗一代
• 主要参数
➢ 服务区：我国及周边地区 ➢ 定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差
分状态）。 ➢ 定位时间：几秒钟 ➢ 授时精度：单向100ns，双向20ns ➢ 通信能力：双向短报文通信120个汉字
北斗一代
• 优点 ➢ 成本低 ➢ 定位快 ➢ 双向通信与授时 ➢ 位置报告
。 标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户
北斗一代
• 定位原理（双星定位法）
• 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，又可知道用户处于某一与地球基准椭球 面平行的椭球面上。即可以推算出用户位置。
1561.098MHz。
北斗二代

上海卫星导航定位产业技术创新战略联盟
行业（领 域）应用 市场
大众（个 人）应用 市场
关键及核心市场
国土资源 测绘与建筑工程 石 油物探 水陆空交通运输 灾害 预防 气象、铁路、电信 水利、 电力 城市建设、景区 农林牧 渔 ………………………
最大市场
私家车辆应用 移动终端应用 互联网应用 个人位置服务（LBS）应用 旅游休闲运动应用 游戏娱乐应用
北斗系统各个细分行业市场规模预测 (亿元)
北斗导航行业应用市场现状
1、交通运输：
两客一危（30余万辆） 2014年交通运输部、公安部、安监总局（2年内数百万台）
2、海洋渔业：
要为90%以上渔船配备必要的安全通信、避碰设备，各地政府提供70%~90%的补贴采 购北斗接收机，系统平台运营费用由地方各级政府承担。（入网用户3万余个 伴随手机用 户10万余个）
要求元器件全部国产化，实现自主可控。
“北斗二号”卫星将在2016年转换民用信号，频点和调 制方式现代化的GPS民用信号（L1C）和伽利略L1开放服 务信号。
卫星上播发区域增强信号，从而使在不改变原有北斗 接收机的基础上，使得地面的接收装备实现米级高精度定 位。
北斗全球导航卫星系统---RDSS系统
截至2013年底，我国北斗终端社会持有量已超过130万套。现阶 段我国涉足卫星导航与位置服务产业的企事业单位数量超过 11000家，从业人员数量接近33万人。
——数据来源于：中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书（2013年度）
北斗导航行业应用市场现状
预估军用市场容量过百亿。
北斗导航行业应用市场现状
每个载波信号均有正交调制的普通测距码（I 支路）和精密测距码（Q支路）。
卫星以不同地址码区分（CDMA）。

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优质
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（四）北斗导航系统的设计师都有谁？
孙家栋，生于1929年，中 国科学院院士，曾担任我 国东方红一号卫星技术总 负责人，探月工程、北斗 导航工程首任总设计师。
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杨长风，1955年生于湖 南益阳，少将军衔，曾 任国家总装备部电子信 息基础部副部长现任北 斗卫星导航系统总设计 师。
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（三）北斗系统主要功能有哪些？
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北斗卫星导航系统的独特优势：
短报文通信，即北斗系统用户终端具有双向报文通信功 能，用户可以一次传送120个汉字的短报文信息。其实就是可 以看做是现在人们平时用的“短信息”，既能够定位，又能 显示发布者的位置。北斗的双向通信功能就是指用户与用户、 用户与中心控制系统间可实现双向简短数字报文通信，GPS是 只有单向的，所以说这是北斗的优势。因此，在海洋、沙漠 和野外这些没有通信和网络的地方，安装了北斗系统终端的 用户，可以定位自己的位置，并能够向外界发布文字信息。
定位 导航 授时 通信
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民用领域： 航空、航海、通信、人员跟踪、消费 娱乐、测绘、防灾减灾、授时、车辆 监控管理和汽车导航与信息服务等。
军用领域：
① 提供精准位置定位，授时服务；
② 提升部队的指挥控制能力；
③ 实现武器精确制导；
④ 提高非战争行动中的不对保障能力。
优质
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3、当今世界有哪些卫星导航系统？
提高了许多，大部分的情况下可以获得10米左右的定位精度。美国之所以停止执行SA
பைடு நூலகம்

4、国际合作
兼容互操作是全球卫星导航系统主要供 应商达成的共识，中国致力于推进全球卫星 导航系统兼容互操作进程。
4、国际合作
鉴于各国卫星导航系统发展不平衡， 以及多边合作的差异性、技术合作的复杂 性并存，北斗系统在与世界上其它系统协 调宝贵的频率轨位资源、协调兼容与互操 作、融入国际标准化体系等方面，必将付 出很大努力。
主要内容
北斗卫星导航系统发展蓝图 北斗卫星导航系统发展状况 北斗卫星导航系统发展形势 北斗卫星导航系统发展举措
北斗卫星导航系统发展状况
1
关键技术
2
系统建设
3
应用推广
4
国际合作
1、关键技术
经过艰苦攻关，已初步突破星载原 子钟、高精度伪距测量、精密定轨与时 间同步等一系列卫星导航系统核心关键 技术。
B2: 1166.22~1217.37MHz
B3: 1250.618~1286.423MHz
星座
信号 （实际发射）
2012年 5GEO+5IGSO+4MEO
区域服务
2020年 5GEO+3IGSO+27MEO
全球服务
1、信号特征
区域服务信号
信号
B1(I) B1(Q) B2(I) B2(Q)
B3
中心频点 (MHz)
2、系统建设
建成北斗卫星导航试验系统 北斗卫星导航系统进入星座组网阶段
2、系统建设
建成北斗卫星导航试验系统
2000年分别发射北斗卫星导航试验系统第一颗、第 二颗卫星，2003年发射第三颗卫星，建成区域有源卫星 导航系统，使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航 系统的国家。该系统可为我国及周边地区的中低动态用 户提供快速定位、短报文通信和授时服务。

卫星定位基本原理—定位原理
定位原理
得到卫星和接收机之 间的距离后如何定位？
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
平面定位原理
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
卫星向地面发射电磁波，以光速传播。卫星距地面高度 约为20000km。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—定位原理
导航电文
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星定位基本原理—计算延时
计算卫星信号传播时间
t0: 卫星发出码信号 t0: 接收机同步产生相同的码信号
Δt = ？
卫星基于电路产生的伪随机码相 位对齐方式实现时间延迟量的计算。
导航是确定怎么去
导航解决怎么走的问题。规划 路径，安排时间，力求省时省力。
例如从上海瀚文小学到北京天 安门，利用卫星导航可以准确规划 出最优路径，全程约1216公里，开 车前往大概需要13小时24分。
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—日常生活
车载导航
运动记录
无处不在的卫 星导航定位
移动商店
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
迷路是不知道自己在哪里，不能和已 知的位置建立起方位和距离的联系。
定位，解决我在哪儿的问题。
怎么定位？
指南针
地图
灯塔
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—定位
定位是确定在哪儿
无线电定位
手机信号定位
卫星定位
北斗导航与位置服务重点实验室|
卫星导航定位需求—导航
伪随机码（ Pseudo Random Noice，PRN）：

3.3 星载原子钟
有卫星导航心脏之称的星载原 子钟发挥着提供时间基准的作 用
北斗三号星载原子钟，授时精度高 达10纳秒
四、北斗在行业中的应用
4.1 行业应用
沙场点兵 地震救援 渔民出海
基于北斗的集 装箱智能物流 系统
4.1 行业应用
精准农业
4.2 北斗在救灾中的应用
2008年 汶川地震 进入灾区的救援部队， 利用北斗120个字的短报文功能向指挥 部汇报送灾情。
4.3 用户终端监控
4.4 在线终端数据统计
统计近七天内所有终端的上线记录使用系统注册用户进行登录
4.5 全国省级节点网络分布地图
4.6 指挥机卫星信息状态
4.7 省级节点运行状态信息监控
4.8 终端人员管理
查看终端分配人员列 表，可选择不同属性 信息进行模糊查询， 并可执行添加、修改、 删除操作。
4.9 终端与指挥机隶属关系
选择所属单位查 看终端-指挥机 隶属关系列表， 配有导入导出模 板下载辅助功能， 可执行添加、修 改、删除操作。
4.10 终端通信分组
自定义将终端分组，便于向指定范围内成员发送报文信息，并可执行添加、修改、删除、分组操作。
4.11 北斗短报文发送
4.12 北斗短报文查询
5.1 部级主节点建设
5.1 部级主节点建设
5.2 省级分节点建设
省民政厅（局）：北斗指挥所设备1套、RDSS服务器1台。 2.4万台设备在线信息交互，不间断工作时间超过100000小时。
5.2 省级分节点建设
5.3 北斗指挥机
• 北斗指挥机G2000系列 北斗指挥型用户机，支持北斗二号RDSS信号和北斗 二号RNSS B1L1信号。北斗指挥机G2000-A: 支持 2000个民用用户。能够向全国北斗信息终端发送北 斗单播、组播和通报信息；每台指挥主机设备的通 播终端数大于2000。

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北斗二号：系统组成
地面段
地面段由主控站、上行注入站和监测站组成。
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北斗二号：系统组成
主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信 息，而后交由注入站执行信息的发送。
用户段：用户的终端。
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北斗一号
工作原理
北斗卫星
北斗卫星
标校站
标校站 中心控制系统
标校站 用户位置 标校站
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工作原理
北斗一号
第一步，由地面中心站向位于同步轨道的两颗卫星发射测距信号， 卫星分别接到信号后进行放大，然后向服务区转播；
第二步，位于服务区的用户机在接收到卫星转发的测距信号后，立 即发出应答信号，经过卫星中转，传送到中心站；
.
北斗一号 4星
北斗二号 23星
中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星、
地球同步轨道（Geostationay Orbit，GEO）卫星
倾斜地球同步轨道（Inclind Geosynchronous Orbit， IGSO）卫星
GEO和IGSO卫星在亚太地区 可视时间长，能有效增加 观测卫星数
覆盖范围
北斗一号
.
北斗二号
2007年4月14日，我国发射了第一颗北斗二号卫星，这颗 卫星采用与GPS相似的体制，即“无源定位”服务，也叫 RNSS（Radio Navigation Satellite Service）卫星无线电导 航服务，理论上，采用该种体制的卫星导航系统，用户数 量是无限制的。
第五步，中心站将计算出来的坐标数据经过卫星发送往用户机，用 户机再经过卫星向中心站发送一个回执，结束一次定位作业。

星箭组批生产，启动组网发射
2007年4月14日 MEO卫星
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
卫星
运载火箭
关键技术攻关，致力持续发展
发挥系统特色，应用初见成效
4.应用
北斗卫星导航试验系统已在多个领域发挥了非 常重要的作用，包括： - 测绘 - 通信 - 水利 - 减灾 - 海事 - 交通 - 勘探 - 森林防火等等
1980
1985
1990
1995
2000
2005
北斗系统
GALILEO
2010 2015
2、应用：卫星导航应用增长情况
陆地应用 海洋应用 航空应用 航天应用 大众消费
北 斗 系 统 在 我 国 航 天 事 业 中 的 地 位
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统﹝BeiDou （COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在
3.系统部署
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北斗一号
工作原理
北斗卫星
北斗卫星
标校站
标校站 中心控制系统
标校站 用户位置 标校站
定位原理
北斗一号
覆盖范围
北斗一号
北斗一号系统相对于GPS，在用户数量上是远远不及的。但北斗一代 解决了我国卫星导航系统的有无，是世界上第三个拥有独立卫星导航
系统的国家，同时也发展了自己的特色：短报文及位置报告，该项特
北斗三号
北斗三号卫星具有怎么特色呢？根据北斗卫星导航系统副总 设计师杨元喜院士的说法，主要体现在：从区域到全球、激 光通信、氢原子钟、卫星搜救、全球位置报告。
建成试验系统，实现从无到有
2000年10月31日 东经140度