北斗系统介绍

北斗系统设计及其关键技术

朱联军

（重庆邮电大学，重庆市，400065）

中文摘要：北斗卫星导航系统是中国正自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统并称全球四大卫星导航系统。本文中，对北斗系统的系统架构、信号结构、信号检测、关键技术以及取上述其他系统的区别做了一定程度的介绍。

中文关键词：北斗卫星导航系统；系统架构；信号结构；信号检测；关键技术

The design of Beidou system and it’s key technologies

zhulianjun

（Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing，400065）

Abstract: As a global satellite navigation system,the Beidou satellite navigation system is being developed by our country and it can run independently. The GPS of the United States,the Russia's GLONASS, the European Galileo satellite navigation system and the Beidou system said consist the world's top four satellite navigation system. In this paper, we will introduce the Beidou system’s architecture, the structure of the signal, the signal’s detection, key technologies ,and the different with the other’s satellite navigation system. the other of the above key technologies and systems to do a certain degree of

Key words：System’s architecture; signal’s structure; signal’s detection; Beidou satellite navigation system key technologies

0.引言

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。第一代北斗导航系统已于2003年建成并开通运行，目前在建设的是第二代北斗导航系统。第二代系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。不同于GPS，北斗的指挥机和终端之间可以双向交流。在2008年5月12日四川大地震发生后，北京武警指挥中心和四川武警部队运用“北斗”进行了上百次交流，通过北斗导航系统独有的报文功能发送了50多万条的短信，使外界在地震灾区各项通信中断的情况下了解到灾区的具体信息，为抗震救灾带来了巨大的便利。截止目前，北斗二代导航系统已发射了16颗导航卫星，服务范围基本涵盖了我国及亚太周边地区。预计到2020年，将基本建成服务范围涵盖全球的新一代北斗导航系统。

1.北斗系统的系统架构

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。

1.1北斗系统的空中段结构

北斗卫星导航系统的空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星，5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75、80°、110.5°、140、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。

1.2北斗系统的地面段结构

北斗系统的地面段由主控站、注入站、监测站组成。主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接收数据并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入站执行信息的发送。注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接受主控站的调度后，将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。监测站用于接收卫星的信号，并发送给主控站，可实现对卫星的监测，以确定卫星轨道，并为时间同步提供观测资料。

1.3 北斗系统的用户段结构

用户段即用户的终端，即可以是专用于北斗卫星导航系统的信号接收机，也可以是同时兼容其他卫星导航系统的接收机。接收机需要捕获并跟踪卫星的信号，根据数据按一定的方式进行定位计算，最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息

2.北斗系统的信号结构

Beidou I卫星导航系统主控站通过卫星向用户转发的信号包含同向（I）和正交（Q）两个通道，两个通道分别对信息进行卷积编码和扩频，然后采用QPSK方式调制到高频载波上，其中，I通道采用Kasimi码进行扩频，调制定位、通信、授时或其它服务信息；Q通道采用Gold码进行扩频，调制定位和通信信息。Beidou I信号编码、扩频、调制过程如下图所示：

导航型号的消息体如下：

表中各参数说明如下：时刻：第一帧开始时对应的时刻，单位为min。闰秒：Beidou I 系统时间与协调世界时之间相差的整秒数，单位为s。时差：Beidou I系统时间与协调世界时之间的时间差，单位为ns。卫星号：转发本次出站的授时数据对应的卫星号。卫星位置：卫星在北京坐标系P54中的位置，单位为m。卫星速度：卫星在北京坐标系P54中的速度，单位为m/s。大气延时：从主控站到卫星的对流层/电离层延时，单位为ns。电磁波传播修正模型参数：用于对电磁波传播延时进行模型修正，与系统选用的模型有关。