北斗导航卫星的技术发展及展望

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1、北斗导航卫星的技术发展及展望一、前 言我国于2012年完成了北斗卫星导航区域系统的建设，可为我国及周边地区提供服务，定位精度水平方向优于10m，测速精度优于0.2m/s，授时精度优于50纳秒，同时可为特定用户提供短报文通信业务服务，北斗卫星导航系统的应用越来越广。卫星导航系统作为高精度的空间位置和时间基准，能够直接为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务，是当今国民经济、社会发展和国防建设的重要空间信息基础设施。卫星导航系统一般由空间段卫星星座、地面运行与控制系统和用户终端组成。空间段卫星星座根据卫星导航系统要求提供的服务精度、可用性、完好性

2、和服务覆盖区域范围等指标，由多颗具有完整功能和性能指标、且工作在规定的空间轨道位置、符合规定的运行构型的导航卫星所组成。导航卫星是系统中最为关键和核心的部分，其技术的发展及变化影响着整个卫星导航系统的变革和更新换代。卫星系统是整个工程系统的“重中之重”。二、卫星导航系统的工作原理“导航”原为航行之意，源于海洋船舶航行，其定义是指确定舰船、飞机、车辆等运动物体和人的位置，并引导这些运动体和人沿着选定的路线从一个地方航行到另一个地方的技术，初始形式是罗盘领航和天文导航。基于空间卫星而建立的导航系统称之为卫星导航系统。卫星导航系统是卫星作为已知位置和时间基准的导航台站，通过卫星发射的无

3、线电信号，实现确定用户的位置矢量（包括位置三维坐标、速度分量和对应坐标时的时间）的方法与系统。导航卫星作为系统中已知位置和时间坐标的标准，一般需要由多颗卫星组成星座，当星座构型设计合理时，可以保证用户全天时、全天候的连续使用。利用卫星，服务于用户位置确定的卫星无线电业务主要有两种方式：即RNSS和RDSS。无线电导航卫星业务（RNSS）：由用户根据接收到的卫星无线导航信号，自主完成位置定位和航速及航行参数计算，实现导航与定位的目的。无线电测定卫星业务（RDSS）：通过卫星，由用户以外的地面运行与控制系统完成用户定位所需的无线电导航参数的确定和位置计算，再通过卫星转发通知用户。三、

4、北斗卫星导航系统的发展北斗卫星导航系统坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，按照“先区域、再全球，先有源、后无源”的发展思路分步实施。2000年，我国建成了北斗卫星导航定位试验系统，采用RDSS原理实现了对我国及周边地区的有源导航定位及短报文通信业务服务。2012年，完成了北斗卫星导航区域系统的建设，利用RNSS原理为我国及周边地区提供无源导航定位服务，并保持北斗试验系统所具备的有源导航定位及短报文通信业务服务。北斗卫星导航系统的发展目标是：按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，建成“独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠”的覆盖全球、高性能、高可靠、高效益的北斗卫星导航系

5、统，满足国民经济和社会发展对卫星导航的需求，满足国家安全和国防建设对北斗卫星导航系统的要求，促进国家信息化建设发展。四、北斗导航卫星的任务及功能要求北斗卫星导航区域系统由空间段5颗GEO卫星、5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星组成。三种轨道的卫星按照“一次设计、组批生产、流水试验、密集发射、快速组网”的要求，开展产品设计，保证了三类卫星中大多数产品具有互换性。三种轨道卫星均基于“东三”平台完成设计。平台包括结构分系统、供配电分系统、热控分系统、测控分系统（IGSO卫星、MEO卫星设计有数管分系统）、控制分系统、推进分系统。有效载荷包括导航分系统和天线分系统，其中GEO卫星载荷包括R

6、DSS业务、时间与位置数据转发、上行注入与精密测距、RNSS业务等，IGSO和MEO卫星包括上行注入与精密测距、RNSS业务等。作为北斗区域导航卫星，其任务与功能主要包括：1．选择成熟的卫星平台，保持北斗试验系统所具有的RDSS、时间与位置数据转发业务和短报文通信功能，并与新增的RNSS业务功能任务相互兼容工作。2．卫星与地面运行与控制系统需采用双向测距比对技术，卫星具有上行注入接收和精密测距功能，并将结果传回地面。3．接收地面运行与控制系统注入的导航电文参数，并存储、处理生成下行导航电文，产生多个频点的导航信号，向地面运行与控制系统和各类用户发送。4．接收、执行地面发送的遥控指

7、令，并将卫星状态（包括卫星完好性的主要标志信息）及时下传给地面。5．在服务业务覆盖区内，保证卫星接收和发送信号的G/T值和EIRP值，保证信号的功率稳定性和时延稳定性。星座卫星工作时，各卫星发播的导航信号必须连续、稳定，其计划中断和非计划中断次数及时间符合系统要求。6．适应三种轨道混合星座多星测控业务要求，采用S频段同频段扩频测控体制，同时保留USB测控体制，以确保测控通道的可靠性和安全性，实现星座运行管理。7．卫星太阳电池阵输出功率：GEO卫星≥2500W；IGSO和MEO卫星