姓名:李昕洲? ? ? 學(xué)號:16030120026
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【嵌牛導(dǎo)讀】:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國著眼于中國安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前已廣泛服務(wù)于行業(yè)應(yīng)用，相繼走入交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)、電力調(diào)度、應(yīng)急搜救等多個領(lǐng)域，涉及人類生活的方方面面，為全球經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展注入新活力。與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的廣泛融合，讓“北斗+”在萬物互聯(lián)時代迸發(fā)無限可能。曾經(jīng)“復(fù)移小凳扶窗立，教識中天北斗星”；而今，“明月皓空天凈漫，北斗閃耀領(lǐng)霄漢”。本來將為你詳細(xì)介紹。
【嵌牛鼻子】:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、系統(tǒng)構(gòu)成、定位原理、系統(tǒng)功能。
【嵌牛提問】:什么是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？其系統(tǒng)構(gòu)成、定位原理、系統(tǒng)功能是什么？
【嵌牛正文】:
中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認(rèn)定的供應(yīng)商。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)。2013年12月27日，正式發(fā)布了《北斗系統(tǒng)公開服務(wù)性能規(guī)范（1.0版）》和《北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件（2.0版）》系統(tǒng)文件。2014年11月23日，國際海事組織海上安全委員會審議通過了對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函，這標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式成為全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國際合法地位。該系統(tǒng)將于2018年具有面向“一帶一路”沿線國家的服務(wù)能，2020年形成全球服務(wù)能力。
系統(tǒng)構(gòu)成
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，中國2012年左右， “北斗”系統(tǒng)復(fù)蓋亞太地區(qū)，2020年左右復(fù)蓋全球。中國正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，已成功發(fā)射16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備復(fù)蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時以及短報(bào)文通信服務(wù)能力。2016年7月23日中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室總工程師張春領(lǐng)在南京舉行的“2016中國北斗與物聯(lián)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研討會”上表示，中國自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已初步具備向全球拓展的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)將于2018年形成面向“一帶一路”沿線國家的服務(wù)能力，2020年形成全球服務(wù)能力。
北斗衛(wèi)星發(fā)射列表
發(fā)射時間 火箭 衛(wèi)星編號 衛(wèi)星類型 發(fā)射地點(diǎn)
2000年10月31日 北斗-1A 北斗1號 西昌
2000年12月21日 北斗-1B
2003年5月25日 北斗-1C
2007年2月3日 北斗-1D
2007年4月14日04時11分 長征三號甲 第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（M1） 北斗2號
2009年4月15日 長征三號丙 第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G2）
2010年1月17日 第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G1）
2010年6月2日 第四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G3）
2010年8月1日05時30分 長征三號甲 第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I1）
2010年11月1日00時26分 長征三號丙 第六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G4）
2010年12月18日04時20分 長征三號甲 第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I2）
2011年4月10日04時47分 第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I3）
2011年7月27日05時44分 第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I4）
2011年12月2日05時07分 第十顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I5）
2012年2月25日0時12分 長征三號丙 第十一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星
2012年4月30日4時50分 長征三號乙 第十二、第十三顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星（“一箭雙星”）
2012年9月19日3時10分 長征三號乙 第十四、十五顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星”）
2012年10月25日23時33分 長征三號丙 第十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星
衛(wèi)星組成
發(fā)射日期 發(fā)射火箭 衛(wèi)星 軌道類別 運(yùn)行狀況 備注
2000.10.31 CZ-3A Y5 北斗-1A 廢棄衛(wèi)星軌道 停止工作 北斗一號
2000.12.21 CZ-3A Y6 北斗-1B 廢棄衛(wèi)星軌道 停止工作
2003.5.25 CZ-3A Y7 北斗-1C 地球靜止軌道 85.3°E 正常
2007.2.3 CZ-3A Y12 北斗-1D 廢棄衛(wèi)星軌道 失效
2007.4.14 CZ-3A Y13 北斗-M1 中地球軌道~21500km 正常，測試星 北斗二號
2009.4.15 CZ-3C Y3 北斗-G2 35594 x 36036 km 漂移 失效
2010.1.17 CZ-3C Y2 北斗-G1 地球靜止軌道 140°E 正常
2010.6.2 CZ-3C Y4 北斗-G3 地球靜止軌道 84°E 正常
2010.8.1 CZ-3A Y16 北斗-I1 傾斜地球同步軌道傾角55° 正常
2010.11.1 CZ-3C Y5 北斗-G4 地球靜止軌道 160°E 正常
2010.12.18 CZ-3A Y18 北斗-I2 傾斜地球同步軌道 傾角55° 正常
2011.4.10 CZ-3A Y19 北斗-I3 傾斜地球同步軌道 傾角55° 正常
2011.7.27 CZ-3A Y17 北斗-I4 傾斜地球同步軌道 傾角55° 正常
2011.12.2 CZ-3A Y23 北斗-I5 傾斜地球同步軌道 傾角55° 正常
2012.2.25 CZ-3C Y6 北斗-G5 地球靜止軌道 58.5°E 正常
2012.4.30 CZ-3B Y14 北斗-M3 中地球軌道~21500km 正常
2012.4.30 CZ-3B Y14 北斗-M4 中地球軌道~21332km 正常
2012.9.19 CZ-3B Y15 北斗-M5 中地球軌道~21332km 正常
2012.9.19 CZ-3B Y15 北斗-M6 中地球軌道~21332km 正常
2012.10.25 CZ-3C Y 北斗-G6 地球靜止軌道 110.5°E
星座構(gòu)成
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段計(jì)劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時，已為正式系統(tǒng)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務(wù)，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上），4顆中地球軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上）。
序號 衛(wèi)星 發(fā)射日期 火箭 運(yùn)行軌道 使用狀況 狀態(tài)
1 北斗-M1 2007年04月14日 長征三號甲 中地球軌道，高度21559公里，傾角56.8° 試驗(yàn)星未使用 M1
2 北斗-G2 2009年04月15日 長征三號丙 有誤差的地球靜止軌道，高度36027公里，傾角2.2° 失控未使用 G2
3 北斗-G1 2010年01月17日 長征三號丙 地球靜止軌道140.0°E，高度35807公里，傾角1.6° 使用中 G1
4 北斗-G3 2010年06月02日 長征三號丙 地球靜止軌道110.6°E，高度35809公里，傾角1.3° 使用中 G3
5 北斗-IGSO1 2010年08月01日 長征三號甲 傾斜地球同步軌道，高度35916公里，傾角54.6° 使用中 IGSO1
6 北斗-G4 2010年11月01日 長征三號丙 地球靜止軌道160.0°E，高度35815公里，傾角0.6° 使用中 G4
7 北斗-IGSO2 2010年12月18日 長征三號甲 傾斜地球同步軌道，高度35883公里， 傾角54.8° 使用中 IGSO2
8 北斗-IGSO3 2011年04月10日 長征三號甲 傾斜地球同步軌道，高度35911公里， 傾角55.9° 使用中 IGSO3
9 北斗-IGSO4 2011年07月27日 長征三號甲 傾斜地球同步軌道，高度35879公里， 傾角54.9° 使用中 IGSO4
10 北斗-IGSO5 2011年12月02日 長征三號甲 傾斜地球同步軌道，高度35880公里， 傾角54.9° 使用中 IGSO5
11 北斗-G5 2012年02月25日 長征三號丙 地球靜止軌道58.7°E，高度35801公里，傾角1.4° 使用中 G5
12 北斗-M3 2012年04月30日 長征三號乙 中地球軌道，高度21607公里，傾角55.3° 使用中 M3
13 北斗-M4 2012年04月30日 長征三號乙 中地球軌道，高度21617公里，傾角55.2° 使用中 M4
14 北斗-M5 2012年09月19日 長征三號乙 中地球軌道 ，高度21597公里，傾角55.0° 使用中 M5
15 北斗-M6 2012年09月19日 長征三號乙 中地球軌道，高度21576公里，傾角55.1° 使用中 M6
16 北斗-G6 2012年10月25日 長征三號丙 地球靜止軌道80.2°E，高度35803公里，傾角1.7° 使用中 G6
復(fù)蓋范圍
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是復(fù)蓋中國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，復(fù)蓋范圍東經(jīng)約70°~140°，北緯5°~55°。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)對東南亞實(shí)現(xiàn)全復(fù)蓋。
定位原理
35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。
由于衛(wèi)星的位置精確可知，在接收機(jī)對衛(wèi)星觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點(diǎn)的位置（X,Y,Z）?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機(jī)時鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。
事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。
衛(wèi)星定位實(shí)施的是“到達(dá)時間差”（時延）的概念：利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導(dǎo)航信息獲得從衛(wèi)星至接收機(jī)的到達(dá)時間差。
衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號，供接收機(jī)接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素，接收機(jī)接收到信號的時刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時刻延遲，通常稱之為時延，因此，也可以通過時延來確定距離。衛(wèi)星和接收機(jī)同時產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)碼，一旦兩個碼實(shí)現(xiàn)時間同步，接收機(jī)便能測定時延；將時延乘上光速，便能得到距離。
每顆衛(wèi)星上的計(jì)算機(jī)和導(dǎo)航信息發(fā)生器非常精確地了解其軌道位置和系統(tǒng)時間，而全球監(jiān)測站網(wǎng)保持連續(xù)跟蹤。
衛(wèi)星導(dǎo)航原理
蹤衛(wèi)星的軌道位置和系統(tǒng)時間。位于地面的主控站與其運(yùn)控段一起，至少每天一次對每顆衛(wèi)星注入校正數(shù)據(jù)。注入數(shù)據(jù)包括：星座中每顆衛(wèi)星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數(shù)據(jù)是在復(fù)雜模型的基礎(chǔ)上算出的，可在幾個星期內(nèi)保持有效。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間是由每顆衛(wèi)星上原子鐘的銫和銣原子頻標(biāo)保持的。這些星鐘一般來講精確到世界協(xié)調(diào)時（UTC）的幾納秒以內(nèi)，UTC是由美國海軍觀象臺的“主鐘”保持的，每臺主鐘的穩(wěn)定性為若干個10^-13秒。衛(wèi)星早期采用兩部銫頻標(biāo)和兩部銣頻標(biāo)，后來逐步改變?yōu)楦嗟夭捎勉滎l標(biāo)。通常，在任一指定時間內(nèi)，每顆衛(wèi)星上只有一臺頻標(biāo)在工作。
衛(wèi)星導(dǎo)航原理：衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時間與到達(dá)接收機(jī)的時間之差，稱為偽距。為了計(jì)算用戶的三維位置和接收機(jī)時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。
由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用的定位精度只有數(shù)十米量級。為提高定位精度，普遍采用差分定位技術(shù)（如DGPS、DGNSS），建立地面基準(zhǔn)站 (差分臺)進(jìn)行衛(wèi)星觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分定位技術(shù)，定位精度可提高到米級。
系統(tǒng)功能
四大功能
可以達(dá)到一次傳送達(dá)120個漢字的信息。在遠(yuǎn)洋航行中有重要的應(yīng)用價值。
精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。
定位精度：水平精度100米（1σ），設(shè)立標(biāo)校站之后為20米（類似差分狀態(tài)）。工作頻率：2491.75MHz。
系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：540000戶/小時。
軍用功能
“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的軍事功能與GPS類似，如：運(yùn)動目標(biāo)的定位導(dǎo)航；為縮短反應(yīng)時間的武器載具發(fā)射位置的快速定位；人員搜救、水上排雷的定位需求等。
這項(xiàng)功能用在軍事上，意味著可主動進(jìn)行各級部隊(duì)的定位，也就是說大陸各級部隊(duì)一旦配備“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，除了可供自身定位導(dǎo)航外，高層指揮部也可隨時通過“北斗”系統(tǒng)掌握部隊(duì)位置，并傳遞相關(guān)命令，對任務(wù)的執(zhí)行有相當(dāng)大的助益。換言之，大陸可利用“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)執(zhí)行部隊(duì)指揮與管制及戰(zhàn)場管理。
民用功能
個人位置服務(wù)
當(dāng)你進(jìn)入不熟悉的地方時，你可以使用裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的手機(jī)或車載衛(wèi)星導(dǎo)航裝置找到你要走的路線。
氣象應(yīng)用
北斗導(dǎo)航衛(wèi)星氣象應(yīng)用的開展，可以促進(jìn)中國天氣分析和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化監(jiān)測和預(yù)測，也可以提高空間天氣預(yù)警業(yè)務(wù)水平，提升中國氣象防災(zāi)減災(zāi)的能力。
除此之外，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的氣象應(yīng)用對推動北斗導(dǎo)航衛(wèi)星創(chuàng)新應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)拓展也具有重要的影響。
道路交通管理
衛(wèi)星導(dǎo)航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動轉(zhuǎn)發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。
鐵路智能交通
衛(wèi)星導(dǎo)航將促進(jìn)傳統(tǒng)運(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)升級與轉(zhuǎn)型。例如，在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，通過安裝衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，可極大縮短列車行駛間隔時間，降低運(yùn)輸成本，有效提高運(yùn)輸效率。未來，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將提供
高可靠、高精度的定位、測速、授時服務(wù)，促進(jìn)鐵路交通的現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)度向智能交通管理的轉(zhuǎn)型。
海運(yùn)和水運(yùn)
海運(yùn)和水運(yùn)是全世界最廣泛的運(yùn)輸方式之一，也是衛(wèi)星導(dǎo)航最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，使海上和水路運(yùn)輸更為高效和安全。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導(dǎo)航定位和安全保障。同時，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特有的短報(bào)文通信功能將支持各種新型服務(wù)的開發(fā)。
航空運(yùn)輸
當(dāng)飛機(jī)在機(jī)場跑道著陸時，最基本的要求是確保飛機(jī)相互間的安全距離。利用衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位與測速的優(yōu)勢，可實(shí)時確定飛機(jī)的瞬時位置，有效減小飛機(jī)之間的安全距離，甚至在大霧天氣情況下，可以實(shí)現(xiàn)自動盲降，極大提高飛行安全和機(jī)場運(yùn)營效率。通過將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的有效結(jié)合，將為航空運(yùn)輸提供更多的安全保障。
應(yīng)急救援
衛(wèi)星導(dǎo)航已廣泛用于沙漠、山區(qū)、海洋等人煙稀少地區(qū)的搜索救援。在發(fā)生地震、洪災(zāi)等重大災(zāi)害時，救援成功的關(guān)鍵在于及時了解災(zāi)情并迅速到達(dá)救援地點(diǎn)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除導(dǎo)航定位外，還具備短報(bào)文通信功能，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備可及時報(bào)告所處位置和受災(zāi)情況，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險(xiǎn)救災(zāi)時效，大大減少人民生命財(cái)產(chǎn)損失。
指導(dǎo)放牧
2014年10月，北斗系統(tǒng)開始在青海省牧區(qū)試點(diǎn)建設(shè)北斗衛(wèi)星放牧信息化指導(dǎo)系統(tǒng)，主要依靠牧區(qū)放牧智能指導(dǎo)系統(tǒng)管理平臺、牧民專用北斗智能終端和牧場數(shù)據(jù)采集自動站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸，并通過北斗地面站及北斗星群中轉(zhuǎn)、中繼處理，實(shí)現(xiàn)草場牧草、牛羊的動態(tài)監(jiān)控。2015年夏季，試點(diǎn)牧區(qū)的牧民就能使用專用北斗智能終端設(shè)備來指導(dǎo)放牧。
