中國的“北斗”

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)解密

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推動衛(wèi)星導(dǎo)航在國民經(jīng)濟(jì)社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。

在建的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度為10米，軍事定位達(dá)到厘米級，授時精度為50納秒，測速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。[詳細(xì)]

工作過程

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。

由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。

另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。

"北斗"科普

四大功能

短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息。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)：每小時540000戶。

攻克兩大技術(shù)難題

"高精度指標(biāo)"：通過多年攻關(guān)，在信號捕獲技術(shù)、信號跟蹤技術(shù)、高精度授時技術(shù)等方面先后取得多項重大突破，研制成功新一代監(jiān)測接收機(jī)、地面中心站測量系統(tǒng)等重要設(shè)備，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，有力地支撐了我國北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計精度的實現(xiàn)。
"抗干擾能力"：憑借在電磁對抗領(lǐng)域多年積累的深厚功底，很快掌握了電磁干擾特性，創(chuàng)新性地提出了國際領(lǐng)先的技術(shù)方案，僅用不到半年時間就研制成功衛(wèi)星抗干擾設(shè)備，實現(xiàn)了我國衛(wèi)星系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的重大突破，并開發(fā)出適用于衛(wèi)星、飛機(jī)、導(dǎo)彈等各種平臺使用的抗干擾產(chǎn)品。

無處不在的“北斗”

氣象應(yīng)用

全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已在氣象領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在其基礎(chǔ)上組建的地球大氣觀測系統(tǒng)是一種重要的觀測技術(shù)，可完成對大氣、海洋和空間環(huán)境的觀測，以及對環(huán)境中重要的風(fēng)、云、電進(jìn)行觀測。 北斗導(dǎo)航衛(wèi)星氣象應(yīng)用的開展，可以促進(jìn)我國天氣分析和數(shù)值天氣預(yù)報、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，提升我國氣象防災(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。 基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的大氣、海洋和空間監(jiān)測

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。例如，指示車輛走暢通的道路，限制進(jìn)入擁擠的道路，或通告司機(jī)前方擁堵的情況，建議走車輛較少的路線。如果車輛超速行駛而發(fā)生交通事故，則撞車時的速度、位置和時間信息均會被記錄在上，作為判斷是否違章的依據(jù)；如果車輛被盜或被搶，衛(wèi)星導(dǎo)航會很快發(fā)現(xiàn)并跟蹤其位置，使盜賊無處藏身。 交通運輸應(yīng)用

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。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除導(dǎo)航定位外，還具備短報文通信功能，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備可及時報告所處位置和受災(zāi)情況，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險救災(zāi)時效，大大減少人民生命財產(chǎn)損失。 防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用 森林防火應(yīng)用 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測應(yīng)用

精密授時

精確的時間同步對于涉及國家經(jīng)濟(jì)社會安全的諸多關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要，通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、金融系統(tǒng)的有效運行都依賴于高精度時間同步。在移動通信中需要精密授時以確�；镜耐竭\行，電力網(wǎng)為有效傳輸和分配電力，對時間和頻率提出了嚴(yán)格的要求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時服務(wù)可有效應(yīng)用于通信、電力和金融系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。 通信領(lǐng)域首創(chuàng)北斗/GPS光纖拉遠(yuǎn)系統(tǒng) 電力授時應(yīng)用 中國電信CDMA北斗授時應(yīng)用 中國移動TD-SCDMA授時應(yīng)用

軍事功能

"北斗"衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的軍事功能與GPS類似，如：飛機(jī)、導(dǎo)彈、水面艦艇和潛艇的定位導(dǎo)航；彈道導(dǎo)彈機(jī)動發(fā)射車、自行火炮與多管火箭發(fā)射車等武器載具發(fā)射位置的快速定位，以縮短反應(yīng)時間；人員搜救、水上排雷定位等。 這項功能用在軍事上，意味著可主動進(jìn)行各級部隊的定位，也就是說大陸各級部隊一旦配備"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)行部隊指揮與管制及戰(zhàn)場管理。

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。你可以向當(dāng)?shù)胤⻊?wù)提供商發(fā)送文字信息告知你的要求，如查詢最近的停車位、餐廳、旅館或其他你想去的任何地方，服務(wù)商會立即根據(jù)你所在的位置，幫你找到需要的信息。然后，將一張地圖發(fā)送到你的手機(jī)上，甚至還會為你提供酒店房間、餐廳或停車位預(yù)定等增值服務(wù)。 內(nèi)蒙古軍區(qū)某邊防團(tuán)——北斗終端機(jī) 顯威巡邊一線

鐵路智能交通

衛(wèi)星導(dǎo)航將促進(jìn)傳統(tǒng)運輸方式實現(xiàn)升級與轉(zhuǎn)型。例如，在鐵路運輸領(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，降低運輸成本，有效提高運輸效率。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，實現(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)度向智能交通管理的轉(zhuǎn)型。

海運和水運

海運和水運是全世界最廣泛的運輸方式之一，也是衛(wèi)星導(dǎo)航最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。目前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)特有的短報文通信功能將支持各種新型服務(wù)的開發(fā)。

航空運輸

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，可以實現(xiàn)自動盲降，極大提高飛行安全和機(jī)場運營效率。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，將為航空運輸提供更多的安全保障。

特殊貨物運輸監(jiān)管

通過衛(wèi)星導(dǎo)航，可實現(xiàn)對貴重貨物或危險品運輸?shù)倪h(yuǎn)程跟蹤與監(jiān)管，是現(xiàn)代物流業(yè)的新應(yīng)用。為確保特殊貨物在交通運輸各個環(huán)節(jié)中的安全，客戶希望了解貨物在運輸途中的有關(guān)情況。安裝北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備的車輛，支持實時查詢貨物位置或到達(dá)信息，通過與相關(guān)設(shè)備的配合，在車輛偏離預(yù)定路徑、發(fā)生盜搶、交通事故等意外情況下，可支持車輛位置。

精細(xì)農(nóng)業(yè)

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)粗放式耕作轉(zhuǎn)為精細(xì)管理成為可能，通過將衛(wèi)星導(dǎo)航和地理信息相結(jié)合并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、降低成本、保護(hù)環(huán)境。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位服務(wù)，可有效支持現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，充分利用農(nóng)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 農(nóng)田墑情監(jiān)測應(yīng)用

“北斗”VS GPS

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)點示意圖

GPS 即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是一個中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的時間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國國防部研制和維護(hù)，可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星；地面上的1個主控站、3個數(shù)據(jù)注入站和5個監(jiān)測站及作為用戶端的GPS接收機(jī)。最少只需其中4顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能聯(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。

與美國GPS系統(tǒng)相比，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航是有源定位和短報文特色服務(wù)，把短信和導(dǎo)航結(jié)合是中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的獨特發(fā)明。一般來講，世界上其他的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只是告訴用戶什么時間、在什么地方，而北斗系統(tǒng)除此之外還可以將用戶的位置信息發(fā)送出去，使用戶想告知的其他人獲知用戶的情況。

推薦閱讀