北斗卫星导航系统

四、北斗卫星导航系统

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，与美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟的“伽利略”系统并称“全球四大卫星导航系统”。

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

中国此前已成功发射4颗北斗导航试验卫星和13颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

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、覆盖全球的导航系统。

北斗卫星导航系统促进了卫星导航产业链的形成，形成了完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动了卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

该系统可在全球范围内全天候为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。中国以后生产定位服务设备的产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，还会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。

2011年12月27日起，该系统开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。

（一）特点

（1）“北斗”具有定位和通信双重作用，具备的短信通讯功能是GPS所不具备的。

（2）“北斗”定位精度为20米左右。

（3）目前“北斗”终端价格已经趋于GPS的终端价格。

（4）采用接收终端，不需铺设地面基站。

（5）灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息。

（二）优势

（1）覆盖范围：北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围为：东经约70°～140°，北纬5°～55°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6～9颗卫星（实际上最多能观测到11颗）。

（2）卫星数量和轨道特性：GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。导航卫星为准同步轨道，绕地球一周的时间为11小时58分。北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，2颗卫星的赤道角距约60°。

（3）定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100纳秒。GPS三维定位精度P码目前已由16米提高到6米，C/A码目前已由25米～100米提高到12米。

（4）用户容量：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用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的。

（5）生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，万一主控站被毁，GPS卫星仍可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。

（6）实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统计算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理时间延迟就更长了，因此对于高速运动体就加大了定位的误差。

（三）功能

1.军用功能

北斗卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。

这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说，大陆各级部队一旦配备北斗卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，可利用北斗卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。

2.民用功能

（1）个人位置服务

当进入不熟悉的地方时，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要走的路线。

（2）气象应用

北斗导航卫星气象应用的开展，可以改进我国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升我国气象防灾、减灾的能力。

除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

（3）道路交通管理

卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。

（4）铁路智能交通

卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠性、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。

（5）海运和水运服务

海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。目前在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

（6）航空运输保障

当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，为航空运输提供更多的安全保障。

（7）应急救援

卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾的时效性，大大减少人民的生命财产损失。

（四）发展进程

较之目前仍在运行的“北斗一号”，“北斗二号”在诸多方面具有优势，包括可以有效避免遭受电磁干扰和攻击，实现无源定位，在精确度方面大大提高，“北斗一号”精确度在10米之内，而“北斗二号”可以精确到“厘米”之内。

随着北斗二号的发射成功，中国自主研制的北斗卫星导航系统从2009年起进入了组网高峰期，预计在2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。

正在建设的北斗卫星导航系统空间段将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，军事定位达到厘米级，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。随着“北斗一号”卫星导航定位系统的推广应用，中国正在着力研究开发下一代卫星导航定位系统。

北斗卫星导航系统的建设应用将实现我国航天从单星研制向组批生产、从保单星成功向组网成功、从以卫星为核心向以系统为核心、从面向行业用户向大众用户的历史性转型，开启我国航天事业的新征程，并将对维护我国国家安全、推动经济社会科技文化全面发展提供重要保障。