北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)示意圖北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS),是除美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務,其建設與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進性這4項原則。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)示意圖
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成,空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星,地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站,用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲GALILEO等其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容的終端組成。
中國此前已成功發(fā)射四顆北斗導航試驗衛(wèi)星和六顆北斗導航衛(wèi)星,將在系統(tǒng)組網和試驗基礎上,逐步擴展為全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

目前全世界有4套衛(wèi)星導航系統(tǒng):中國北斗、美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略” 衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間基礎設施,為人類帶來了巨大的社會經濟效益。中國作為發(fā)展中國家,擁有廣闊的領土和海域,高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設,努力探索和發(fā)展擁有自主知識產權的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。
2000年以來,中國已成功發(fā)射了6顆“北斗導航試驗衛(wèi)星”,建成北斗導航試驗系統(tǒng)(第一代系統(tǒng))。這個系統(tǒng)具備在中國及其周邊地區(qū)范圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能,并已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域逐步發(fā)揮重要作用。
中國正在建設的北斗衛(wèi)星導航系統(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,提供兩種服務方式,即開放服務和授權服務(屬于第二代系統(tǒng))。開放服務是在服務區(qū)免費提供定位、測速和授時服務,定位精度為10米,授時精度為50納秒,測速精度0.2米/秒。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統(tǒng)完好性信息。
中國計劃2012年左右,“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū),2020年左右覆蓋全球。我國正在實施北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設,已成功發(fā)射六顆北斗導航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設總體規(guī)劃,2012年左右,系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力;2020年左右,建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
2000年,首先建成北斗導航試驗系統(tǒng),使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)已成功應用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域,產生顯著的經濟效益和社會效益。特別是在2008年北京奧運會、汶川抗震救災中發(fā)揮了重要作用。為更好地服務于國家建設與發(fā)展,滿足全球應用需求,我國啟動實施了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設。
“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng):中國版GPS發(fā)展歷程揭密
“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),包括“北斗”衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)(“北斗一號”)和“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(“北斗二號”)。繼2007年4月和2009年4月第一、二顆“北斗二號”衛(wèi)星成功發(fā)射后,今年年初,在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號丙”運載火箭將第三顆“北斗二號”衛(wèi)星成功送入太空預定軌道,這標志著四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一的中國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程建設又邁出重要一步。“北斗二號”衛(wèi)星發(fā)射時間間隔越來越短,預示著“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網正按計劃穩(wěn)步推進。
我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展歷程
導航定位是人類社會所必需的。從古至今,人類在生產和生活實踐中發(fā)明了多種導航方法。例如,天文導航是通過觀測天體的位置來確定自身的位置和航向,此法設備簡單,但受到氣象條件的限制;無線電導航是接收海岸電臺發(fā)出的無線電波來確定艦船自身的位置,它雖不受氣象條件的影響,但由于無線電波的傳播距離有限,故用于遠航時有困難。其他導航方法也不盡如人意。從目前的技術水平和可以預見的將來看,衛(wèi)星導航技術是一種比較理想的導航工具。衛(wèi)星導航技術是指利用一組導航衛(wèi)星,對地面、海洋和空間用全戶進行精確的定位。它具有全時空、全天候、高精度、連續(xù)事實地提供導航、定位和授時的地點,已成為應用廣泛的導航定位技術。衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是重要的空間基礎設施,可提供高精度的定位、測速和授時服務,能帶來巨大的社會和經濟效益。我國高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設,一直努力探索和發(fā)展擁有自主知識產權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
早在上世紀60年代末,我國就開展了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的研制工作,但由于諸多原因而夭折。自20世紀70年代后期以來,國內開展了探討適合國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的體制研究,先后提出過單星、雙星、三星和3-5星的區(qū)域性系統(tǒng)方案,以及多星的全球系統(tǒng)的設想,并考慮到導航定位與通信等綜合運用問題,但是由于種種原因,這些方案和設想都沒能得以實現(xiàn)。在20世紀80年代到90年代,我國就結合國情,科學、合理地提出并制訂自主研制實施“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設的“三步走”規(guī)劃:第一步是試驗階段,即用少量衛(wèi)星利用地球同步靜止軌道來完成試驗任務,為“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設積累技術經驗、培養(yǎng)人才,研制一些地面應用基礎設施設備等;第二步是到2012年,計劃發(fā)射10多顆衛(wèi)星,建成覆蓋亞太區(qū)域的“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(即“北斗二號”區(qū)域系統(tǒng));第三步是到2020年,建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組網而成的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
2000年,中國“北斗”導航系統(tǒng)建成運行,成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)已成功應用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域,經濟效益和社會效益顯著,特別是在2008年中國南方冰凍災害、汶川特大地震抗震救災和北京奧運會中發(fā)揮出非常重要的作用。
北斗一號
“北斗”衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)(“北斗一號”)
“北斗”衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)(也稱“雙星定位導航系統(tǒng)”)為我國“九五”列項,其工程代號取名為“北斗一號”,其方案于1983年提出。2003年5月25日零時34分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運載火箭,成功地將第三顆“北斗一號”衛(wèi)星送入太空。前兩顆衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空,運行至今導航定位系統(tǒng)工作穩(wěn)定,狀態(tài)良好。這次發(fā)射的是導航定位系統(tǒng)的備份星,它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),確保全天候、全天時提供衛(wèi)星導航信息。這標志著我國成為繼美國GPS和俄羅斯的GLONASS后,在世界上第三個建立了完善的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家,該系統(tǒng)的建立對我國國民國防和經濟建設將起到積極作用。2007年2月3日,“北斗一號”第四顆衛(wèi)星發(fā)射成功,該衛(wèi)星不僅作為早期三顆衛(wèi)星的備份,同時還將進行“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的相關試驗。目前,“北斗一號”已有四顆衛(wèi)星在太空遨游,組成了完整的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),確保全天候、全天時提供衛(wèi)星導航資訊。
“北斗一號”是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡短數(shù)字報文通信和授時服務的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星(800E和1400E)、一顆在軌備份衛(wèi)星(110.50E)、中心控制系統(tǒng)、標校系統(tǒng)和各類用戶機等部分組成。其覆蓋范圍是北緯5 -55 ,東經70 -140 之間的心臟地區(qū),上大下小,最寬處在北緯35 左右。定位精度為水平精度100米(1 ),設立標校站之后為20米(類似差分狀態(tài)),工作頻率為2491.75MHz,系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。“北斗一號”具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設備簡單價廉、能實現(xiàn)一定區(qū)域的導航定位、通訊等多用途,可滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求。
“北斗一號”就性能來說,和美國GPS相比差距甚大。第一,覆蓋范圍也不過是初步具備了我國周邊地區(qū)的定位能力,與GPS的全球定位相差甚遠。第二,定位精度低,定位精度最高20米,而GPS可以到10米以內。第三,由于采用衛(wèi)星無線電測定體制,用戶終端機工作時要發(fā)送無線電信號,會被敵方無線電偵測設備發(fā)現(xiàn),不適合軍用。第四,無法在高速移動平臺上使用,這限制了它在航空和陸地運輸上的應用。但最重要的是,“北斗一號”是我國獨立自主建立的衛(wèi)星導航系統(tǒng),它的研制成功標志著我國打破了美、俄在此領域的壟斷地位,解決了中國自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的有無問題。它是一個成功的、實用的、投資很少的初步起步系統(tǒng)。此外,該系統(tǒng)并不排斥國內民用市場對GPS的廣泛使用。以“北斗”導航試驗系統(tǒng)為基礎,我國開始逐步實施“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設,首先滿足中國及其周邊地區(qū)的導航定位需求,并進行系統(tǒng)的組網和測試,逐步擴展為全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。
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