北斗项目基本情况
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北斗项目基本情况
一、 什么是北斗项目？
北斗项目是中国的 GPS项目，是中国自主的定位系统和 遥测系统和授时系统。
北斗卫星导航 系统〔BeiDou ( COMPASS Navigation
Satellite System 〕是中国正在实施的自主发展、独立运行 的全球卫星导航系统。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，形成完善的国家卫星导航应 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。
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 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星， 地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户 段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
二、 北斗项目历史
据了解，早在上世纪 70 年代，我国就开始研究利用卫 星进行地面定位服务，受制于当时国力不足等多方面原因， 这项名为“灯塔”的研究计划搁浅了。
1983 年，陈芳允和一位美国科学家同时提出利用地球同 步卫星进行导航定位的设想。
他认为，基于国情，我国可以先发展技术相对简单、成 本较低廉的“双星快速定位通信系统” ，这便是第一代“北 斗”卫星导航系统的雏形。陈芳允的理论是：只要发射 2 颗 地球静止轨道卫星，通过定位电波的电波数即可对地面物体 进行定位。同时，由地面控制台处理各种业务，为陆地和海 上的使用者提供定位、导航和通信服务。然而，陈芳允这一 构想，起初并未被采纳。
转机出现在 2年后。 1985年，在南京紫金山天文台召开 的全国测量技术研讨会上，执着的陈芳允再次阐述了他的 “北斗”计划，并立下军令状： “给我 2 颗卫星，就能解决 地面定位问题！ ”他充满自信的表态引起了参会部队首长的 关注，解放军总参谋部的测绘制图局对“北斗”计划表现出 极大兴趣。
1986 年 3月 3 日，陈芳允和王大珩、王淦昌、杨嘉墀等
4 位科学界泰斗联名致信中共中央， 建议发展中国的高技术， 受到邓小平的高度重视，促成我国发展高技术的“ 863”计 划。此后，国防委工委开始全面参与“北斗”计划，着手研 发应用工作。
1989 年 9 月 25 日，第一代“北斗”可行性测试，在北 京一间面积不足 30 平方的实验室内展开。结果显示，模拟 计算数值与物体实际位臵间的误差不超过 20 米，试验取得 巨大成功。 1993
年，“北斗”计划项目启动，中科院院士孙 家栋就任总设计师。
2000 年 10 月 31 日，首颗试验卫星顺利 发射。到目前为止，北斗卫星导航系统已发射了 10 颗卫星， 建成了基本系统。
第一步已实现。从 2000 年到 2003 年，我国成功发射了 三颗北斗导航试验卫星，建立起完善的北斗导航试验系统， 成为世界上继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系 统的国家。目前，已发射升空的三颗北斗卫星已成功应用于 我国的测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减 灾救灾和国家安全等诸多领域，产生了显著的经济效益和社 会效益。
第二步到 2012 年前，北斗卫星导航系统将首先提供覆 盖亚太地区的定位、导航、授时和短报文通信服务能力，目 前已成功发射了第四颗北斗导航卫星，并进入卫星密集发射 组网阶段。
第三步到 2020 年左右，建成有 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗卫星导航系统。
三、 发射记录
卫星 嵐肘日期 运戦火箭
1第1濮北斗兮拆宓卫里 ^000 L0 3L GEO
2诵北斗笄鑽试阴卫军 200Q 1221 CZ-3A GEO
X 3颗£匕斗导旅试唸卫* 2001525 CZ-3A GEO
闰4颗北斗马啟试務卫型 2007.2 3 CZ3A GEO
弟I魁斗碍毓卫里 2007 4 L4 dA MEO
第2頼北斗导啟卫里 20^4 15 CZ 3C GEO
死3毗斗兮航卫里 2010 L 17 C心3C GEO
第却删斗爭航卫建 20]tJ.c.2 CZ-3C GEO
巫$刪轉导SLG里 3010 3 1 CS-3A (GSO
北斗导航卫燮 2010 11 1 CZ-3C GEO
蔦刁顆北斗导航卫星 20ic n is CS-3A [GSO
2011.4 w CZ-3A ICSO
第9新北斗辱駅卫星 2011.7^7 CZ-3A IGSO
軌10斑北斗耳班卫星 201).12 2 CZ-3A IGSO
定位、授时、短信；
北斗与 GPS的确别，总体是差不多？应用系统总工程
师：吴光辉
四、四大系统简介
迄今，比较完善的卫星导航系统已经有美国 GPS俄罗
斯GLONAS系统以及中国的北斗卫星导航系统，欧洲计划推 出自己的卫星导航系统 Galileo。此为卫星导航“四大系统” <
1中国北斗
“北斗一号”是双向的，既有定位又有通信的系统，但 是有容量限制。由 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫 星组成，军民两用。计划 2012年覆盖我国及周边地区区域， 2020年完成全球的部署。
2美国GPS系统
美国的全球定位系统（GPS是世界上第一个全球卫星
导航系统，也是目前使用最多的全球卫星导航定位系统。它 是一个接收型的定位系统，只转播信号，用户接收就可以做 定位了，不受容量的限制。
3欧洲GALILEO系统
欧洲“伽利略”系统与GPSffi比，有较大的不同。GALILEO
系统是欧空局与欧盟在 1999 年合作启动的，该系统民用信 号精度最高可达1m,比美国GPS高10倍。计划中的GALILEO 系统由 30
颗卫星组成。 “伽利略”更多用于民用，不少专家 形象地比喻说，如果说 GPS只能找到街道，“伽利略”则可
找到车库门。
4俄罗斯GLONAS系统
GLONAS是前苏联国防部于 20世纪80年代初开始建设 的全球卫星导航系统，从某种意义上来说是冷战的产物。美 制GPS从卫星回馈到地面的 GPS信号很弱，如果对方采取多 种干扰，都会使地面 GPS接收机无法正常工作。而“格洛纳 斯”系统的卫星具有更强的抗干扰能力。
五、 卫星自主导航
我们把为轨道控制或制导所进行的航天器轨道的确定称 为航天器导航；完全利用航天器上的测量设备和计算装臵， 而不依赖于地面设备支持的导航称为航天器自主导航。要实 施航天器自主导航，要求航天器本身具有导航信息获取并实 施在轨导航解算的能力。
自1978年至今，GPS卫星已进行过多次换代和更新，从
Block I, Block H, Block DA, Block UR Block DR-M和
Block IF。在Block-IIR 之前的所有型号卫星都没有自主导
航功能，卫星广播的导航信息需由地面控制段的上行注入站 每天注入一次。导航信息中包含的星钟与星历参数都是基于 控制段的当时估算进行预报的，而 Block-IIR 卫星的重大改 进就是能够在星上自动预估星钟与星历参数，并生成导航信 息。
这种能力称为自主导航或自动导航（ AutoNav）。美国开发
自主导航能力的主要动机有如下四方面：
一是提高GPS系统的生存能力。美国认为地面控制段是
GPS系统中的薄弱环节，一旦遭到攻击可能造成整个系统瘫 痪。自主导航能保障 GPS卫星在失去地面支持的条件下，自
主运行 180 天，且能满足导航精度要求；这种能力还可以保 证在一些地面监控站失效的情况下不影响提供正常的导航 信息。
二是减少上行注入要求。上行注入站上只需发送很少数 据。
三是完好性。 星间链路测距功能提供了一种能与其星钟和 星历参数比对的独立参考基准
四是精度。 由于自主导航功能能够每小时 4 次更新星历与 星钟参数，与现有的每天更新一次相比，将有助于改进导航 精度。
六、GPS工作原理
GPS实施的是到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗 GPS卫星的精确位臵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。
GPS卫星在空中连续发送带有时间和位臵信息的无线电信 号，供GPS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。图中显示了 GPS系统的时延原理。
5叫利用疋投狀常号 性肅时
GPS系统的时间到达差原理
每颗GPS卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了 解其轨道位臵和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪卫 星的轨道位臵和系统时间。位于科罗拉多州施里弗
(Schriever )空军基地内的主控站与其运控段一起，至少 每天一次对每颗GPS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臵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。
GPS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。GPS卫星早期采用两部铯频标和 小用门说羞鶴枚绘
(\U童卫址的估号. 規的辺垃兀忡讨糅代号 列込时间 GPS|£ftaM«U« 的
R'A^il ffPW* 利用4 ■卫K的处时计却用尸的 潭屮标厠轴碑讯阿 两部铷频标，后来逐步改变为更多地米用铷频标。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 用户的三维位臵和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收 来自4颗卫星的信号。卫星导航原理如图所示。
卫星导航原理
北斗应用
1、个人位臵服务
当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或 车载卫星导航装置找到你要走的路线。你可以向当地服务提供商发送文字信息告 知你的要求，如查询最近的停车位、餐厅、旅馆或其他你想去的任何地方， 服务 商会立即根据你所在的位置，帮你找到需要的信息。然后，将一张地图发送到你 的手机上，甚至还会为你提供酒店房间、餐厅或停车位预定等增值服务。
