中國(guó)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(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)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(dú)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(guó)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(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(cè)站等若干個(gè)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(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，軍事定位達(dá)到厘米級(jí)，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)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(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。[詳細(xì)]

工作過(guò)程

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過(guò)程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時(shí)發(fā)送詢問信號(hào)，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(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，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(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用戶的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

對(duì)定位申請(qǐng)，中心控制系統(tǒng)測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號(hào)，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(hào)，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(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，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(gè)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(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。

另外中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)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(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶。

"北斗"科普

四大功能

短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個(gè)漢字的短報(bào)文信息。可以達(dá)到一次傳送達(dá)120個(gè)漢字的信息。在遠(yuǎn)洋航行中有重要的應(yīng)用價(jià)值。
精密授時(shí)：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用戶提供20ns-100ns時(shí)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(shí)540000戶。

攻克兩大技術(shù)難題

"高精度指標(biāo)"：通過(guò)多年攻關(guān)，在信號(hào)捕獲技術(shù)、信號(hào)跟蹤技術(shù)、高精度授時(shí)技術(shù)等方面先后取得多項(xiàng)重大突破，研制成功新一代監(jiān)測(cè)接收機(jī)、地面中心站測(cè)量系統(tǒng)等重要設(shè)備，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，有力地支撐了我國(guó)北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)精度的實(shí)現(xiàn)。
"抗干擾能力"：憑借在電磁對(duì)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(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)方案，僅用不到半年時(shí)間就研制成功衛(wèi)星抗干擾設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)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(tái)使用的抗干擾產(chǎn)品。

無(wú)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(cè)系統(tǒng)是一種重要的觀測(cè)技術(shù)，可完成對(duì)大氣、海洋和空間環(huán)境的觀測(cè)，以及對(duì)環(huán)境中重要的風(fēng)、云、電進(jìn)行觀測(cè)。 北斗導(dǎo)航衛(wèi)星氣象應(yīng)用的開展，可以促進(jìn)我國(guó)天氣分析和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，也可以提高空間天氣預(yù)警業(yè)務(wù)水平，提升我國(guó)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(duì)推動(dòng)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(cè)

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(guò)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(dòng)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(shí)的速度、位置和時(shí)間信息均會(huì)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(huì)很快發(fā)現(xiàn)并跟蹤其位置，使盜賊無(wú)處藏身。 交通運(yùn)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(shí)，救援成功的關(guān)鍵在于及時(shí)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(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備可及時(shí)報(bào)告所處位置和受災(zāi)情況，有效縮短救援搜尋時(shí)間，提高搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)效，大大減少人民生命財(cái)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(cè)應(yīng)用

精密授時(shí)

精確的時(shí)間同步對(duì)于涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(yùn)行都依賴于高精度時(shí)間同步。在移動(dòng)通信中需要精密授時(shí)以確�；镜耐竭\(yùn)行，電力網(wǎng)為有效傳輸和分配電力，對(duì)時(shí)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(shí)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(yùn)行。 通信領(lǐng)域首創(chuàng)北斗/GPS光纖拉遠(yuǎn)系統(tǒng) 電力授時(shí)應(yīng)用 中國(guó)電信CDMA北斗授時(shí)應(yīng)用 中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA授時(shí)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(dòng)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(shí)間；人員搜救、水上排雷定位等。 這項(xiàng)功能用在軍事上，意味著可主動(dòng)進(jìn)行各級(jí)部隊(duì)的定位，也就是說(shuō)大陸各級(jí)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(shí)通過(guò)"北斗"系統(tǒng)掌握部隊(duì)位置，并傳遞相關(guān)命令，對(duì)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(chǎng)管理。

個(gè)人位置服務(wù)

當(dāng)你進(jìn)入不熟悉的地方時(shí)，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(huì)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(huì)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(yùn)輸方式實(shí)現(xiàn)升級(jí)與轉(zhuǎn)型。例如，在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，通過(guò)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(shí)間，降低運(yùn)輸成本，有效提高運(yùn)輸效率。未來(lái)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將提供高可靠、高精度的定位、測(cè)速、授時(shí)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。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(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(shí)，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(chǎng)跑道著陸時(shí)，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(cè)速的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)時(shí)確定飛機(jī)的瞬時(shí)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(dòng)盲降，極大提高飛行安全和機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率。通過(guò)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。

特殊貨物運(yùn)輸監(jiān)管

通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航，可實(shí)現(xiàn)對(duì)貴重貨物或危險(xiǎn)品運(yùn)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(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)中的安全，客戶希望了解貨物在運(yùn)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(shí)時(shí)查詢貨物位置或到達(dá)信息，通過(guò)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(guò)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(cè)應(yīng)用

“北斗”VS GPS

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)示意圖

GPS 即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是一個(gè)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(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)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(yùn)動(dòng)和時(shí)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(gè)主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)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(lái)的位置就越精確。

與美國(guó)GPS系統(tǒng)相比，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航是有源定位和短報(bào)文特色服務(wù)，把短信和導(dǎo)航結(jié)合是中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的獨(dú)特發(fā)明。一般來(lái)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(shí)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。

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