北斗导航系统与GPS的比较

北斗导航系统与的
比
较

集美大学航海学院魏
武
财
【内容提要此文阐述了我国转斗导航系统的组成
和工作原理并与系统作了比较有助于
对北斗

导
航
系

统的
了

解

关键
词北斗导航系统双星定
位

引
言

北斗导航系统是我国自行研制的采用双星进行有
源定位可以全天候全天
时提供区域卫星导航信息
系统具有导航定位简短的数字报文通信和精密授时
功能此外北斗卫星还向中国以及周边地
区
播
发

差分信息及卫星可用性信息这将极大提高我国国防
建设和经济建设对卫星导航的需求其服务范围包
括
我国大陆台湾南沙及其它岛屿中国海日本海太
平洋部分海域及我国部分周边地区它可广泛应用
于
船舶运输公路交通铁路运输海上作业渔业
生产
水文测报森林防火环境监测等众多行业相
关
部门
也可通过系统对沿海和内河船舶进行监控调度和遇
险救援
北斗导航系统组成及工作原
理

系统
组成
空
间部分系统空间部分由静止在赤
道上空的

两颗工作卫星和一颗备份卫星组成两颗工作卫星分
别于年月日和月日发射位
于赤经
和备份卫星于年月日发
射
位
于

赤经卫星并不发射导航电文也不配
备高精度

的原子钟只是用于在地面中心站与用户之间进行双向
信号中继地面中心控制系统它是北斗导航系统的中枢包括主控站计算中心测轨站测高站以及校准站等主要用于对卫星定位测轨调整卫星运行轨道姿态控制卫星的工作测量和收集校正导航定位参量以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位用户终端。用户终端为仅带有定向天线的收发器用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发射通信请求不含定位解算处理器设备相对比较简单终端可分为定位通信型基本型用户机通信型授时型和管理型指挥型用户机系统工作原理系统定位是基于三球相交原理当用户需要进行定位服务时提出申请服务项目并发送信号经两颗卫星转发至地面中心地面中心接到此信号解调出用户发送的信息测量出用户至两颗卫星的距离以两颗卫星的已知坐标为圆心各以测定的本星至用户机距离为半径形成两个球面用户机必然位于这两个球面交线的圆弧上地面中心站配有电子高程地图它提供的是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已知目标在赤道平面北侧求解圆弧线与地球表面交点即可获得用户位置用户的位置信息经两颗卫星之一转发给申请用户另外也可以由中心站主动进行指定用户的定位定位后不将位置信息发送给用户而由中心站保存这样调度指挥和相关单位就可获得用户所在位置对于通信申请将通信内容以同样的方式发给收信用户系统还可以进行精密授时地面中心站将发送标准时间和卫星的位置信息用户进行单向授时时接收此信号与本地时钟进行比对计算出差值然后调整本地时钟与标准时间对齐单向授时精度为进行双向授时时就将对比结果经卫星转发回地面中心由地面中心精确计算出本地时钟和标准时间的差值再经两颗卫星之一转发给用户用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐双向授时精度为北斗导航系统与的比较系统于年建成它能在世界上任何地方任何时候同时接收颗卫星信号进行高精度的三维位置经度纬度和高度测定还能实时对运载体三维速度的测定和高精度授时具有很高的应用价值定位原理的比校北斗导航系统是主动式双向测距二维导航由地面中心站解算出位置后再
通过卫星转发给用户用户
接收并显示接收到的信息是被动式单向测距
三
维导航只需要接收个卫星的位置信息由用户
设

备

独立解算自己三维定位数据
星体执玻的
比
校

北斗导航系统是在赤道面上设置两颗地球同步卫
星卫星的赤道角距为犷
。
系统共有颗
卫星

分布在六个轨道面上轨道倾角
度轨道面赤道角
距为其高度约为属于中轨道卫星绕地
球一周
约
及
盖范围的
比
较

北斗导航系统是区域性卫星导航系统而
是

全球导航定位系统在全球的任何一点只要卫星
信
号

未被遮蔽或干扰都能接收
到三维坐
标

系统
容

的

比

校

北斗导航系统由于是主动双向测距系统用户设
备不仅要通过地球同步卫星向地面中心站发射申请信

北斗导航系统与的比较—魏武
财
船舶斜航时的偏航现象
天津理工学院胡
洪
奎

【内容提要船在航行中往
往发生偏航即
使
航

向

穗定性好的船也要不断调整航向此文讨
论

了
与偏

航

有关的因素及在实际航行中
怎样减小偏航的
影

响

关健
词偏航力偏航力矩绕流
预设航角

当船的航行方向与来流方向风浪传播方向
之间
有一夹角时称为斜航对于不同的角给船的
航行

带来不同的影响按照习惯分为顺浪斜浪横浪顶浪

船的航
行速
度为

风浪的传播速度为
如图所示从图中
可
知波浪相对于船的
速度

为等
于
、
今

航行如图所示只要
笋或船舶航行
时在风浪作用下就会偏
离原航向这种现象就
是船舶斜航时的偏航
船的偏航给船的正常
航
行带来了很大的影响
船舶偏航
的原因
图

由机翼绕流理论可知当流体以一个攻角流向
机翼时在机翼上产生两个力一个是垂直于来流方向
的升力用表示另一个
是沿着来流方向的阻力用
表示如图所示机
翼

就是在升力的作用下
才
能

保持在空中的飞行
图

根据船体左右结构对称的特点可将船体看成是
一
个近似的对称型机翼机翼的理论就可以应用到船

上设船的航行方向与风浪的传播方向之间有一夹
角

图
为了把船的航行状态与机翼绕流理论结合起
来

假设船不动波浪以速度沿着角的方向流向船
舶在绕流过程中船体周围所形成的流场与机翼绕
流
的流场相同水流对船体的作用力也有两个一个是垂
直于水流方向的力船在这个力的作用下偏离原
航
线

称这个力为偏航力用表示另一个是沿着水流方向
的力称为阻力阻力在垂直于船的航行方向也有分力
也造成船的偏航但是这个力与力相比要小得多为
了简单起见可不
考虑它的影响

通过上面分析计算船的偏航力就可以参照机翼
绕流理论首先对船体这样的“对称型机翼”进行简
化因为机翼是前圆后尖船体是前边尖瘦后边肥胖
如果完全参照机翼理论来计算会有很大的误差还会
使计算变得很复杂。我们知道对于中低速的大型货船
要求有丰满的线型船中部有一、。的平行
肿体肿体前后的线型变化缓慢形成船首部不是很尖
瘦根据这些特点选取椭圆柱代替船体。椭圆柱
虽然没
有平行肿体进水流段也不尖瘦但比起其他形状的物

号而且还要接收地面中心站返回的信号因此系
统

的用户容量取决于卫星的可用频带宽度信号的调
制

和编码方式以及地面
中心站的运算速度它的用户
容

量是有限的是单向测距系统用户设备只要
能

接收从导航卫星发出的导航电文就可进行测距定位
因此的用户容量是无限的
定
位
精度的比校

北斗导航系统三维定位精度约几十米系统的
水

平定位精度取决于用户高度信息的精度如果用户的高度信息精度低误差则可以达到几百米。另外由于卫星的几何分布的关系赤道区域的精度较低而极高纬度区因不能有效覆盖而无法使用三维定位精度民用码在取消选择可用性后约为巧通信能力的比较北斗导航系统同时具备定位与双向通信能力可以独立完成移动目标的定位与调度功能宝卫系统本身不具备通信能力需要和其他通讯系统结合才能实现移动目标的远程定位与监控功能结束语“北斗导航系统”顺利投人运行解决了我国自主卫星导航定位系统的有无间题是一个成功的实用的投资少的系统但该系统需要中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号从而在隐蔽体用户容量导航定位精度等方面受到限制并在体制上不能与国际上的以及将来的伽利略导航
系
统兼容因而需要在此基础上发
展我国的第二代卫
星
导航系统以满足中国经济发展的
需

求

参
考
文
献

洪大永全球定位系统技术及其
应用厦门大学出
版社
童恺中国导航定位卫星系统的进展中国航
天
刃
高路双星定位导航系统现代通信

《航海技术》
年第
期