北斗雙星定位通信系統(tǒng)

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1、北斗雙星定位通信系統(tǒng)面對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的迅猛發(fā)展和導(dǎo)航技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)精確打擊中的地位和作用，我國于２０世紀(jì)８０年代開始探索適合我國國情的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)技術(shù)途徑和系統(tǒng)方法。1983年提出了雙星定位方案，與此同時(shí)美國靜止衛(wèi)星公司和歐洲本地衛(wèi)星公司也提出了類似方案。利用兩顆地球同步靜止衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域性導(dǎo)航定位并兼有簡(jiǎn)短報(bào)文通信的雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。1988-1989年利用現(xiàn)有的兩顆C頻段通信衛(wèi)星成功進(jìn)行了“雙星快速導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)”，證明了系統(tǒng)體制的正確性和可行性。實(shí)驗(yàn)表明定位精度與測(cè)距速率、兩顆衛(wèi)星的間距、測(cè)距精度和用戶高度有關(guān)。1993年進(jìn)一步進(jìn)行雙星

2、定位系統(tǒng)試驗(yàn)，1994年雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工程正式啟動(dòng)。2000年10月31日和12月21日，我國相繼成功發(fā)射了北斗系統(tǒng)第一顆和第二顆導(dǎo)航定位試驗(yàn)衛(wèi)星，2003年5月25日在西昌發(fā)射中心用長征三號(hào)運(yùn)載火箭將第三顆導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空。2004年北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)正式投入運(yùn)營。北京時(shí)間2007年2月3日凌晨零時(shí)28分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功將第四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星送入太空。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是由中國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS）該系統(tǒng)分為“北斗一代”和“北斗二代”，分別由北斗定位衛(wèi)星、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終

3、端三部分組成。北斗定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十四小時(shí)的即時(shí)定位服務(wù)，定位精度可達(dá)數(shù)十納秒(ns)的同步精度，其精度與GPS相當(dāng)。中國在2000年至2007年先后發(fā)射了四顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星，這種區(qū)域性(中國境內(nèi))的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，正在為中國陸地交通、航海、森林防火等領(lǐng)域提供著良好服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的歷史我國早在60年代末就開展了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制工作。在自行研制“子午儀”定位設(shè)備方面起步較晚，以致后來使用的大量設(shè)備中，基本上依賴進(jìn)口。70年代后期以來，國內(nèi)開展了探討適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的體制研究。先后提出過單星、雙星、三星和3-5星的區(qū)域性系統(tǒng)方案，以及

4、多星的全球系統(tǒng)的設(shè)想，并考慮到導(dǎo)航定位與通信等綜合運(yùn)用問題，但是由于種種原因，這些方案和設(shè)想都沒能夠得到實(shí)現(xiàn)。雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是一種全天候、高精度、區(qū)域性的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)航定位、雙向簡(jiǎn)短報(bào)文通信和定時(shí)授時(shí)3大功能，其中后兩項(xiàng)功能是全球定位系統(tǒng)(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我國地區(qū)與GPS定位精度相當(dāng)。整個(gè)系統(tǒng)由兩顆地球同步衛(wèi)星(分別定點(diǎn)于東經(jīng)80度和東經(jīng)140度36000公里赤道上空)、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和用戶機(jī)4大部分組成，各部分間由出站鏈路(即地面中心至衛(wèi)星至用戶鏈路)和入站鏈路(即用戶機(jī)至衛(wèi)星中心站鏈路)相連接。中心站以特定的頻率發(fā)射

5、H地球同步衛(wèi)星分別向各自天線波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有用戶廣播。當(dāng)用戶需要進(jìn)行定位／通信服務(wù)時(shí)，相對(duì)于接收信號(hào)(出站信號(hào))某一幀，提出申請(qǐng)服務(wù)項(xiàng)目并發(fā)送入站信號(hào)，經(jīng)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心，地面中心接到此信號(hào)后，解調(diào)出用戶發(fā)送的信息，測(cè)量出用戶至兩顆衛(wèi)星的距離，對(duì)定位申請(qǐng)計(jì)算用戶的地理坐標(biāo)，由于H顆衛(wèi)星的位置是已知的，分別為兩球的球心，另一球面是基本參數(shù)已確定的地球參考橢球面3球交會(huì)點(diǎn)為測(cè)量的用戶位置。系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成有：兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星、地面中心站、用戶終端。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基本工作原理是“雙星定位”：以2顆在軌衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心

6、，各以測(cè)定的衛(wèi)星至用戶終端的距離為半徑，形成2個(gè)球面，用戶終端將位于這2個(gè)球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個(gè)以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數(shù)學(xué)方法求解圓弧與地球表面的交點(diǎn)即可獲得用戶的位置。用戶利用一代“北斗”定位的辦法是這樣的，首先是用戶向地面中心站發(fā)出請(qǐng)求，地面中心站再發(fā)出信號(hào)，分別經(jīng)兩顆衛(wèi)星反射傳至用戶，地面中心站通過計(jì)算兩種途徑所需時(shí)間即可完成定位。一代“北斗”與GPS系統(tǒng)不同，對(duì)所有用戶位置的計(jì)算不是在衛(wèi)星上進(jìn)行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置及時(shí)間信息，并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管

7、理。由于在定位時(shí)需要用戶終端向定位衛(wèi)星發(fā)送定位信號(hào)，由信號(hào)到達(dá)定位衛(wèi)星時(shí)間的差值計(jì)算用戶位置，所以被稱為“有源定位”。北斗第二代導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)”將由５顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式：開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。其中5顆靜止軌道衛(wèi)星，即高度為36000公里的地球同步衛(wèi)星；5顆靜止軌道衛(wèi)星在赤道上空的分布為：58.75oE,80oE,110.5oE,140oEand160oE，提供RNSS和RDSS信號(hào)鏈路。30顆非靜止軌道衛(wèi)星由27顆中軌（MEO）衛(wèi)星和3顆傾斜同步（IGSO）衛(wèi)星組成，提供RNSS信號(hào)鏈路?27顆MEO衛(wèi)星分布在傾角為