北斗系统关键技术及应用

卫星通信与导航大作业（二）

题目：北斗系统关键技术及应用

班级：021212

学号：02121128

姓名：文威威

目录

目录 I

第一章北斗系统概述 1

第一节北斗系统工作原理 1

第二节北斗系统组成 1

第三节北斗系统功能 2

第二章北斗系统授时技术及应用 3

第一节北斗系统授时原理 3

第二节北斗系统授时应用 3

第二章北斗系统导航定位技术及应用 5

第一节北斗系统导航定位系统基本原理 5

第二节北斗系统导航定位技术的应用 5

第三章北斗系统短报文通信技术及应用 7

第一节北斗系统短报文通信概述 7

第二节北斗系统短报文通信应用 7

第四章发展与展望 8

第1章北斗系统概述

第1节北斗系统工作原理

“北斗”是中国独立自主设计、建没的卫星导航系统．也是联合国有关机构认定的全球卫星导航定位四大核心供应商之一。按照“先区域，后全球”的总体建设规划，中国在2003年正式开通的北斗卫星导航试验系统即北斗一代，成为继GPS、GLONASS之后，能够独立提供服务的三大卫星导航系统之一。

北斗一号系统定位采用三球交会测量原理进行定位，地面控制中心根据用户设备主动发送的定位申请信号，结合大地高程数据解算出用户所在位置的坐标。

北斗二号系统定位将采用多颗卫星组成卫星阵列，用户设备根据接收到的4颗以上卫星的星历数据解算出所在位置的坐标，实现无源定位。

第2节北斗系统组成

北斗卫星导航定位系统由导航通信卫星、地面控制中心和用户终端三部分组成。其中，导航通信卫星主要执行地面控制中心和用户终端间信号传递的中继服务；地面控制中心主要负责信号的发送、接收、信息处理以及整个系统的监控管理；用户终端是直接由用户使用的设备，主要用于接收地面控制中心经卫星转发的出站信号以及经卫星转发向地面控制中心发送服务申请。

第3节北斗系统功能

北斗卫星导航定位系统具有快速定位、简短数字报文通信和精密授时等三大主要功能。

快速定位：确定用户地理位置，为用户提供定位导航服务。

报文通信：为用户之间提供双向数字报文通信服务，电文最长可达120个汉字。

精密授时：根据不同的精度需求，为用户提供单向和双向两种授时功能，供用户进行时间同步。

第二章北斗系统授时技术及应用

第一节北斗系统授时原理

北斗系统授时可分为单向授时模式和双向授时模式。

在单向授时模式下，用户机不需要与地面中心站进行交互，但需已知接收机精密坐标，从而可计算出卫星信号传输时延，经修正得出本地精确的时间。中心控制站精确保持的标准北斗时间，并定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。标准时间信息经过中心站到卫星的上行传输延迟、卫星到用户机的下行延迟以及其它各种延迟(对流层、电离层等)传送到用户机，用户机通过接收导航电文及相关信息自主计算出钟差并修正本地时间，使本地时间和北斗时间同步，系统设计授时指标为100ns。

双向定时的所有信息处理都在中心控制站进行，用户机只需把接收的时标信号返回即可。其无需知道用户机位置和卫星位置，通过来回双向传播时间除以2的方式获取，更精确的反映了各种延迟信息，因此其估计精度较高。在北斗系统中单向定时精度的系统设计值为100ns，双向定时为20ns。

第2节北斗系统授时应用

（1）在电网建设中的应用

随着北斗卫星导航系统的建设与完善，基于北斗系统开展在电力系统授时方面的应用已是大势所趋。目前在电力应用领域中的授时产品主要以全球定位系统(global positioning system，GPS)和北斗一代系统为主。GPS系统由美国军方控制，对于国家安全存在巨大隐患；北斗一代系统可实现双向授时，授时精度可达20ns，但其用户容量受到极大限制，不利于授时系统的大范围推广。北斗二代系统可实现单向授时，授时精度为100ns，可满足电力领域大多数的应用需求。

（2）在AIS(Automatic Identification System)岸基网络系统中的应用

AIS系统即船舶自动识别系统，是一种工作在甚高频频段的通信系统，该系统能够有效的提高船舶航行安全。根据中国海事局的规划，我国己在沿海、沿江地区建立了庞大的岸基网络系统。岸基网络系统的运行对时间准确度要求很高，高精度的时间基准能有效的保证岸基网络系统的实时性。

为保证时间的准确度，目前不论是国内还是国外均选择采用卫星授时技术，而目前就国内而言大多采用GPS作为卫星授时的时钟源。而GPS的时钟源的精度是受美国军方控制的，因此，采用作为授时时钟源是无法保证系统的安全性。需要一个安全、精度高、稳定的时钟源。北斗卫星导航定位系统是我国拥有自主研发知识产权的、全天候卫星导航定位系统，具有授时功能，是一个不错的选择。

第2章北斗系统导航定位技术及应用

第1节北斗系统导航定位系统基本原理

卫星导航系统（卫星导航定位系统）主要包括导航星座、地面监测网和用户导航定位设备（简称用户机）三大部分。以导航卫星为基准点，用户通过接收卫星导航信号，测算出用户到导航卫星之间的距离，根据导航卫星每一时刻的速度和位置，可以确定用户当前的位置和速度。

进行卫星导航定位至少需要同时观测到4颗卫星。用户通过导航电文中的星历表，选择可以提供最佳几何图形的4颗卫星；再根据导航信号的传播时间计算出用户到导航卫星的距离；通过查询星历表的相关参数计算出4颗卫星的位置。如果用户携带与全球定位系统时间同步的精确时钟，只需要3颗卫星就可以完成导航任务，此时用户便处于3个以卫星为球心的圆球交点之上。

第2节北斗系统导航定位技术的应用

（1）北斗卫星导航系统在抗震救灾与应急指挥中的应用

在“5.12”汶川地震后的抗震救灾工作中，北斗卫星导航系统发挥了重要的作用，保障了抗震救灾与应急指挥的顺利进行,充分体现了北斗导航定位系统在抗震救灾应用中的不可替代性。

北斗卫星导航系统在“5.12”抗震救灾中的应用主要有:为“5.12”抗震救灾的救援直升机提供了导航定位;在地震造成通讯中断、道路损毁的情况下为抗震救灾提供可靠的通信保障，为灾区一线和指挥部建立了实时通信通道，把灾区的实时情况及时传回指挥部，在决策、搜救、医疗等过程中发挥了关键作用，为取得5.12抗震救灾的伟大胜利奠定了决定性的基础;为减灾防灾提供远程监测和灾情预警;为社会大众提供公共应急信息服务。

（2）北斗卫星导航系统在野外地质调查和安全保障中的应用

北斗一号卫星系统对地质调查的安全保障起着重要的应用，目前已初步形成了基于北斗一代卫星的野外地质调查管理与安全保障技术体系。

“十一五”期间，中国地质调查局牵头承担了国家发改委高技术产业化示范工程项目“基于我国卫星的野外地质调查应用高技术产业化示范工程”，研究基于国产遥感卫星和北斗一代卫星的野外地质调查服务与管理应用系统技术体系，形成了一套服务于野外地质调查的“双星野外地质调查服务与管理系统”。通过北斗一代卫星的定位功能满足地质调查领域基于位置的服务需求，利用北斗一代卫星的通讯功能实现野外人员与管理中心之间的实时通讯，保障野外人员的作业安全。