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北斗导航定位系统发展规划分析

发布时间：2014-06-24

    我国北斗系统的建设遵从开放、自主、兼容、渐进四个原则，本着先区域、后全球，先有源、后无源的指导思想先解决区域有无再惠及全球。分三步走来开展系统建设。
    第一步：1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力；
    第二步：2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无源服务能力；
    第三步：2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。
    依据无缝衔接的原则，区域无源定位系统与全球无源定位系统在信号体制和工作原理上不会有太大变化，区域无源能力的具备将启动区域应用市场的推广。
    依据自主性的原则，北斗卫星导航定位系统的用户段将更强调自主知识产权的比重。
北斗导航定位系统的发展规划
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    1、 “北斗一代”：解决有无，投资少，见效快
    北斗一代卫星导航系统确切的说为RDSS系统，采用陈芳允院士提出的“双星定位”原理，在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，两颗卫星的赤道角距约60°。采用主动式双向测距完成二维定位。地面中心控制系统结合高程数据库完成解算，为用户提供三维定位数据。
    北斗一代系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。该导航系统完全独立，不依赖其他国家的卫星资源，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。
    但就性能来说，北斗一代和美国GPS相比差距甚大。第一，覆盖范围不过是初步具备了我国周边地区的定位能力，与GPS的全球定位相差甚远。第二，定位精度低，定位精度最高20米，而GPS可以到10米以内。第三，由于采用卫星无线电测定体制，用户终端机工作时要发送无线电信号，会被敌方无线电侦测设备发现，不利于电磁隐蔽。第四，无法在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输上的应用。另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量、价格和功耗方面处于不利的地位。三维定位精度约几十米，授时精度约100ns，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，授时精度约20ns。北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于中心站的处理速度、用户允许的信道阻塞率、询问信号速率、用户的响应频率。
北斗一代与GPS性能比较
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北斗一号设备已经成功应用于军事、电力、渔业、安防监控、抢险救灾、水文监测等领域，现已有终端用户将近10万。
北斗一代典型应用
北斗一代典型应用 www.hjbaogao.com.cn

    2、 “北斗二代”：全球覆盖，大投入、大产业
    北斗二代不是“北斗一代”功能的简单延伸，它采用卫星无线电测定（RDSS）与卫星无线电导航（RNSS）集成体制，既能像GPS、GLONASS、GALILEO系统一样，为用户提供卫星无线电导航服务，又具有位置报告以及短报文通信功能，可完全替代GPS等卫星导航定位系统并部分取代海事卫星通信系统。通过测量卫星至用户的信号传播延迟，利用测距原理实现导航定位。通过4颗卫星测距，确定三维位置和时间。还延续了北斗一代的RDSS功能，短消息通信功能和对GPS、Galileo等其它系统的增强功能。
    北斗二代系统由空间段、地面段和用户段组成。空间段由5颗GEO卫星，3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星共35颗卫星组成导航星座。地面段由主控站、上行注入站和监测站组成。主控站主要任务是收集各个监测站观测数据，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。
    北斗卫星导航系统规划了三个频点，即B1，B2，B3。为用户提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。在B1和B2频点上播发普通测距码（等效GPS的民用C/A码），为民用导航用户提供定位精度在10米，测速精度在0.2m/s，授时精度在20ns的24小时不间断服务；同时，在各个频点上还播发精密测距码（等效GPS的军用P/Y码），为授权用户提供更为精确和安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
    自2007年4月14日成功发射第一颗北斗二代卫星北斗-M1，四年时间内发射了9颗卫星，形成了区域覆盖能力。2011年、2012年分别计划发射四颗星，从2011年开始进入密集组网期。按照计划今年10月将在我国开放民用用户试用。2011年还将发射2颗卫星（2011年共4颗），2012年将发射5颗卫星，到2012年将实现12（工作星）+2（试验星）颗卫星在轨的亚太地区无源定位能力。
    在定位、测速、授时精度上，北斗二代与目前的GPS系统不分上下。且因北斗二代兼具三维定位、测速、授时和通信四大功能，有其独特优势：导航与通信的集成增强了导航能力和搜索救援能力，可不依赖于其它的通信系统的实现用户信息共享和信息交换；可实现多系统兼容服务，可以通过GEO卫星提供GPS、Galileo、GLONASS等系统的区域增强信号和偏差修正信号，实现与GPS、Galileo、GLONASS等公开服务系统的相互兼容；提供区域双向授时授权服务，以双向伪距时间同步方法摆脱无源卫星时间同步与精密轨道之间的依赖关系。
北斗二代与GPS性能比较
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