现代卫星导航系统技术的研究进展

佘乐



现代卫星导航系统技术的研究进展

佘乐

中华通信系统有限责任公司河北分公司，河北 石家庄 050081

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，是国家正在建设的重要空间信息基础设施，可广泛用于经济社会的各个领域。从2004年4月正式运营、全面对民用用户开放至今，整个系统运行稳定，工作状态良好，已在诸多领域开始逐步发挥重要作用。目前，北斗系统的应用水平与国外卫星导航系统相比，还明显处于劣势，这与该系统作为世界上第三个投入实际应用服务的卫星导航系统的地位不相称，必须采取有力措施，推进北斗系统应用，使其更好地为我国的国防和国民经济建设服务。

北斗卫星；导航；系统研究

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS），国际注册名称COMPASS，北斗卫星导航系统是我国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，是国家和军队重要的空间基础设施，是现代战争制信息权的重要手段。中国北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后，全球第四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统能够提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，具有导航和通信相结合的服务特色[1]。

北斗卫星导航系统的建设目标是：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[2]。

北斗系统按照“三步走”的发展战略，遵循“先区域、后全球”的总体思路，建成了北斗一号、二号系统，正在开展北斗全球系统建设[3]。北斗卫星导航系统将于2012年前具备亚太地区区域服务能力，2020年左右建成由20余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的、覆盖全球的大型航天系统。截至目前，我国已成功发射22颗北斗导航卫星。北斗卫星导航系统可以为全球用户提供开放、稳定、可靠的定位定向、实时导航、精密测速、精确授时、位置报告、短信服务六大功能，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度20纳秒。

1 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）。

2 卫星导航原理

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。

3 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构成：（1）空间段：北斗导航卫星持续发射载有导航电文的无线电波，提供给地球上的各种接收机来应用。（2）地面段：为追踪及控制北斗导航卫星的运转，在地面设置了主控站、注入站和监控站，主要工作是收集数据，计算导航信息，监视系统状态，调度卫星，修正与维护每颗卫星的各项参数数据等。（3）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。可以追踪北斗导航卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间。接收机可分为袖珍式、背负式、车载、船载、机载等等。

4 定位终端工作原理

4.1 定位终端工作原理

定位终端工作原理见图1。

图1 定位终端工作原理

定位终端的工作原理及组成部分：

接收机天线：天线由接收机天线和前置放大器两部分组成。

变频和中频放大：信号通道：它是接收机的核心部分，其作用是搜索、牵引并跟踪卫星对导航电文数据实行解扩，解调出导航电文，进行伪距测量，载波相位测量及多普勒频移测量。

储存器：它主要储存卫星星历、卫星历书、伪距观测值、载波相位观测值及多普勒频移。

微处理器：它是北斗卫星导航系统接收机的灵魂，是北斗卫星导航接收机的控制部分。其作用是：对接收机自测、测定、搜谱卫星信号，进行有关计算（如观测站三维坐标、导航参数等），接收用户输入的信息（如测站点、测站号、观测员姓名、天线高、气象参数等），以及进行数据通讯等。

显示器（可通过蓝牙连接，把显示及操作部分集成于手持PDA端）电源。

4.5 北斗卫星导航系统定位终端现状

随着我国卫星导航系统的建设并投入使用，在接收机相关技术、芯片技术等领域已经取得很大的进步和成就。

[1]朱新慧.卫星导航接收机测距精度评价方法研究[J].全球定位系统，2007（5）：165-166.

[2]中国人民解放军总装备部.全球定位系统（GPS）接收机检定规程：GJB6564-2008[S].

[3]杨元喜，李金龙，王爱兵，等.北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估中国科学[J].地球科学，2014（44）：72-81.

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1009-6434（2016）05-0077-01