关于北斗系统的工作原理以及精度

――关于北斗系统的工作原理以及精度（以下文字均来自公开发行刊物《航海科技动态》2001.12 作者：海研）
    北斗导航系统是我国建立的第一代卫星导航系统，在2000年10月随着2颗北斗导航实验卫星的成功发射，标志看中国拥有自主的卫星导航系统了。美国第一个拥有全球卫星定位系统(GPS)，继前苏联的全球导航卫星系统(GLONASS)后，我国的北斗导航系统是世界上第三个具有卫星导航系统的国家。

    北斗导航系统是全天候、全时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，该系统是由空间的导航通信卫星、地面控制中心和用户终端3部分组成：空间部分有2颗地球同步卫星，执行地面控制中心与用户终墙的双向无线电信号的中继任务；地面控制中心(包括民用网管中心)主要负责无线电信号的发送接收，及整个工作系统的监控管理。其中，民用网管中心负责系统内民用用户的军记、识别和运行管理；用户终端是直接由用户使用的设备．用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。

    导航通信卫星是2颗地球同步卫星，距离地面36000km，位于赤经80oE和140oE，还有1颗备用卫星，将位于赤经110.5oE，2颗卫星的升交点赤经相差60o。2颗卫星于2000年10月31日和12月21日发射成功。

    地面控制中心包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心。主要用来捌量和收集校正导航定位参数，完成测软和调整卫星的运行轨道、姿态，编制星历，形成用户定位修正数据和对用户进行定位。

北斗导航系统具有快速定位、简短通信和稻密授时的三大主要功能。

    快速定位：确定用户地理位置，为用户及主管部门提供导航。水平定位精度100m，差分定位精度小于20m。定位响应时间：1类用户5s；2类用户2s；3类用户1s。员短定位更新时间小于1s。一次性定位成功率95％。

    简短通信：北斗导航系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字报文通信能力，一般1次可传输36个汉字，经核准的用户利用连续传送方式还可以传送120个汉字。 精密授时：北斗导航系统具有单向和双向2种授时功能，根据不同的精度要求，利用定时用户终端，完成与北斗导航系统之间的时间和频率同步，提供100ns(单向授时)和20M(双向授时)的时间同步精度。

    北斗导航系统的服务区域是北纬5°一10°、东经70°一145°的区域，工作频率2491．75MHz，用户容量每小时540000次。

    北斗导航系统的定位原理：1982年提出"双星主动式卫星定位系统"，采用3球交会测星原理进行定位，2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径可作2球面；另一个球面是以地心为球心，以用户所在点至地心的距离为半径的球面；3个球面的会交点即为用户的位置。

    北斗导航系统的工作过程：用户随时都可以收到卫星广播的询问信号，这个信号是由控制中心发给2颗卫星的，经卫星转发器播发，用户响应其中1颗卫星的询问信号，通过用户发射机同时向2颗卫星发送响应信号，再经卫星转发回到地面控制中心，控制中心接收到并解调用户发送来的响应信号，根据用户的申请服务内容进行相应处理。

    北斗导航系统定位的计算方法：控制中心测出用户发出的定位响应信号到2颗卫星的2个时间延迟，由于控制中心和2颗卫星的位置是已知的，从上述的2个时间延迟量可以计算用户到第一额卫星的距离，以及用户到2额卫星距离的和，而且也知道用户处在以第一额卫星为球心的1个球面和以2颗卫星为焦点的椭球面的交线上，控制中心站存有效字地图，查寻到用户高程值，计算出用户所在点的三维坐标，再通过卫星发给用户。

    北斗导航系统通信过程：控制中心接收到用户发送来的响应信号中的通信内容，进行转换后再发送到北斗导航系统的用户终端收件人。

北斗导航系统的工作步骤总结如下：

1、控制中心向2颗卫星发送询问信号；
2、卫星接收到询问信号，经卫星转发器向服务区用户播发询问信号；
3、用户响应其中1颗卫星的询问信号，并同时向2颗卫星发送响应信号；
4、卫星收到用户响应信号，经卫星转发器发回控制中心；
5、控制中心收到用户响应信号，解调出用户申请的服务内容
6、控制中心计算出用户的三维坐标位置，再将它发送到卫星到卫星；进行相应的处理；或者用户的通信内容再发送
7、卫星又收到控制中心发来的坐标数据或者通信内容，经卫星转发器发给用户或者收件人。

    显然，北斗导航系统的工作过程是比较繁琐的，但是它采用码分多址(CI)htA)制式，抗干扰能力大大优于现有的卫星导航系统。

    北斗导航系统对民用交通系统虽然存在着用户数量有限，每秒钟容纳用户150个左右，不能覆盖全球，对数字地图的依赖性等不足之处。但是，它是我国自主的卫星导航系统，不受他国的制约，深远意义不言而喻。北斗导航系统最大的特点是具有通信功能，充分发挥它的潜力，作用是非常大。

    北斗导航系统应用在车辆或船只跟踪管理，控制中心能通过北斗导航系统的短消息通信功能和定位功能，适时地跟踪移动的车辆和船舶应用在船只遇险报警，能在短稍息电文中报出船名、遇险类型和遇险位置；还可应用在海岛上的气象数据、航标遥测遥控的数据传输。

    尽管现在交通运输普通而有效地使用GPS，作为导航的技术政策应充分发展我国自主的北斗导航系统，正如欧盟提出和实施全球卫星导航系统(GNSS)和伽利赂(NiL9)计划，打破卫星导航的垄断才能最终实现应用卫星导航。

    交通部通信中心合作开拓北斗导航系统民用的建设和营运，将大力推进我国卫星导航在交通运输事业的应用。北斗导航系统适应各行各业、各个领域广泛的需求，随着我国经济建设和航天事业的迅猛发展，北斗导航系统将拥有广阔的发展前景，对我国的社会生产和人民生活的现代化也将起到积极的推动作用。

为之骄傲.