北斗卫星导航系统(bds)定位原理及其应用

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1、陈志高2018年03月北斗卫星导航定位系统原理及应用古有北斗七星辨明方向今有北斗卫星定位九州古有北斗七星辨明方向今有北斗卫星定位九州古有北斗七星辨明方向今有北斗卫星定位九州美国GPS欧盟GALILEO俄罗斯GLONASS中国北斗BDS各有特色：美国GPS最早投入实用，系统精度最高俄罗斯格洛纳斯号称抗干扰能力最强欧洲伽利略号称系统最精密北斗是唯一可以发短信聊天的日本：基于多功能卫星的星基增强系统（MSAS）是由日本气象局和日本交通部组织实施的基于2颗多功能卫星（MTSAT）的GPS星基增强系统，类似于

2、美国的广域差分增强系统（WASS）。该系统从1996年开始实施，主要目的是为日本飞行区的飞机提供全程通信和导航服务。系统覆盖范围为日本所有飞行服务区，也可为亚太地区的机动用户播发气象数据信息。印度：GAGAN系统由印度空间局（ISRO）和印度机场管理局（AAI）联合组织开发。用于广播导航信息，并可与GPS进行兼容和互操作。空间信号覆盖整个印度大陆，能为用户提供GPS信息和差分改正信息，用于改善印度机场和航空应用的GPS定位精度和可靠性，也属于GPS星基增强系统。北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划：

3、第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力（1号）；第二步，2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成区域无源服务能力（2号）；第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力（3号）。北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划：定位终端需发射信号的为有源定位，不发信号仅靠接收信号就能定位的为无源定位。北斗一号4星北斗二号23星北斗三号4星中地球轨道（MediumEarthOrbit，MEO）卫星、地球同步轨道（GeostationayOrbit，GEO）

4、卫星倾斜地球同步轨道（InclindGeosynchronousOrbit，IGSO）卫星GEO和IGSO卫星在亚太地区可视时间长，能有效增加观测卫星数北斗一号上世纪90年代，美国GPS在海湾战争中的成功使用，坚定了我国建设自主卫星导航系统的决心。在项目立项阶段，考虑到当时的国情，我国选择了“863计划”倡导者陈芳允院士提出的双星定位原理系统，也就是我们现在所熟知的“有源定位”，也叫做RDSS（RadioDeterminationSatelliteService）卫星无线电测定服务，该系统只需两颗卫

5、星和地面高程数据库就能实现我国及周边地区定位。北斗卫星北斗卫星用户位置中心控制系统标校站标校站标校站标校站工作原理北斗一号北斗一号空间段：由3颗地球静止轨道卫星组成，两颗工作卫星定位于东经80°和140°赤道上空，另有一颗位于东经110.5°的备份卫星，可在某工作卫星失效时予以接替。地面段：由中心控制系统和标校系统组成。中心控制系统主要用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信息交换等。标校系统可提供距离观测量和校正参数。用户段：用户的终端。系统组成北斗卫星北斗卫星用户位置中心控制系

6、统标校站标校站标校站标校站工作原理北斗一号工作原理北斗一号第一步，由地面中心站向位于同步轨道的两颗卫星发射测距信号，卫星分别接到信号后进行放大，然后向服务区转播；第二步，位于服务区的用户机在接收到卫星转发的测距信号后，立即发出应答信号，经过卫星中转，传送到中心站；第三步，中心站在接收到经卫星中转的应答信号后，根据信号的时间延迟，计算出测距信号经过中心站——卫星——用户机——卫星——中心站的传递时间，并由此得出中心站——卫星——用户机的距离，由于中心站——卫星的距离已知，由此可得用户机与卫星的距离；第

7、四步，根据用上述方法得到的用户机与两颗卫星的距离数据，在中心站储存的数字地图上进行搜索，寻找符合距离条件的点，该点坐标即是所求的坐标；第五步，中心站将计算出来的坐标数据经过卫星发送往用户机，用户机再经过卫星向中心站发送一个回执，结束一次定位作业。北斗一号定位原理“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆

8、弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。北斗一号覆盖范围2007年4月14日，我国发射了第一颗北斗二号卫星，这颗卫星采用与GPS相似的体制，即“无源定位”服务，也叫RNSS（RadioNavigationSatelliteService）卫星无线电导航服务，理论上，采用该种体制的卫星导航系统，用户数量是无限制的。从2007年开始，到2012年为止，我国在5年内共发射了16颗北斗二号卫星，实现了对亚太区域的覆盖，并在2012年底正式对外提供服务，完成了北斗三步走战略的第二