“北斗二代”卫星导航系统的星座设计
北斗卫星导航定位系统解算算法的研究
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文北斗卫星导航系统定位解算算法研究摘要卫星导航定位技术由于能够为用户提供全天候、高精度、实时的定位、导航和授时服务，现已被广泛的应用于军事和民用领域。
目前，我国北斗一代系统已应用多年并在过去发挥着巨大作用，北斗二代系统还处于发展阶段。
在此背景下，本文针对了该系统的定位解算算法进行了系统的研究和仿真分析。
本文对现有的四大全球导航定位系统的组成、特点、定位原理进行了分析的同时，对各系统运行中使用的时间系统和坐标系统进行了简单的介绍，该标准是为下文算法建模仿真提供了统一标准。
然后本文在推导和分析北斗系统使用的伪距定位方法基础上，同时给出了北斗一代和北斗二代的定位方法的数学模型。
之后本文针对卫星误差的产生的不同来源，分别对各个误差源产生的机理进行了分析并给出了相应的处理方法。
在以上的总结和分析的基础上，本文的最后给出北斗卫星定位解算算法详尽的推导过程，并针对相应算法进行仿真分析。
其中涉及到的算法有最小二乘解算算法和卡尔曼滤波法。
在对算法的推导过程中，本文系统的分析了代表卫星定位精度的精度因子，由分析可知其值越小定位越准确。
基于对精度因子的研究，本文提出了一种基于几何分布的快速选星的方法。
最后使用Matlab仿真工具对算法仿真分析，并证明其可行性。
关键词北斗卫星导航系统；最小二乘法；卡尔曼滤波；选星；GDOP- I -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文Research of Positioning Solution Algorithm forCOMPASS Navigation SystemAbstractSatellite navigation and positioning technology is able to provide all-weather, high-precision, real-time positioning, navigation and timing sevices. It has been widely used in military and civilian fields.At present, our own BEIDOU generation system has been application for years and played a significant role in the past .COMPASS system is still in the development stage.In this context,this paper conducts the research to satellite positioning solution algorithm and simulation anlysis to the algorithm.In this paper,it analysis the composition,the charactersitics and the positioning principle of the existing four global navigation.At the same time,this paper introduces the time system and the coordinate system of the system with operation system.The standard provide a unified standard for modeling and simulation.Then this paper has the pseudo-distance positioning priciple to anlysis derivation for the Beidou system. Based on the principle of pseudo-range position principle, this paper has the mathematical derivation to positioning method to Beidou system and COMPASS. According to different sources of the satellite error, this paper analysis the feneration mechanis and povide the corresponding treatment. Based on the summary and anlysis, this paper has detailed derivation and simulation analysis to the algorithms of Beidou satellite posioning solution, including least square and the Kalman fiter.In this process, the paper has detailde the detailed derivation to GDOP. It is proved that the smaller GDOP value and the higher accuacy. Based on the derivation to GDOP, this paper provide the method for rapid satellite selection. And it analysis the result of the simulation and prove its feasibity.Keywords Compass Navigation System, Least Squares, Kalman filter, Satellite Selection, GDOP- II -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文目录摘要......................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章绪论. (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状及分析 (2)1.3 主要研究内容 (5)第2章卫星导航系统概述 (6)2.1 GPS全球定位系统 (6)2.2 GLONASS全球导航卫星系统 (7)2.3 欧洲的Galileo系统 (7)2.4 中国的北斗系统 (8)2.4.1 北斗一代系统 (8)2.4.2 北斗二代系统 (9)2.4.3 北斗卫星的坐标系统 (10)2.4.4 北斗卫星的时间系统 (10)2.5 本章小结 (11)第3章北斗卫星定位原理及误差分析 (12)3.1 北斗卫星导航原理 (12)3.1.1 伪距的概念 (12)3.1.2 北斗一代的定位原理 (13)3.1.3 北斗二代的定位原理 (13)3.1.4 卫星轨道运动理论 (14)3.2 卫星误差来源及消除技术 (17)3.2.1 与卫星有关的误差 (17)3.2.2 与地面接收设备相关的误差 (19)3.2.3 与信号传播有关的误差 (20)3.3 本章小结 (23)第4章北斗导航卫星定位算法 (24)4.1 基于最小二乘的PVT解算 (24)4.1.1 最小二乘原理 (24)- III -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文4.1.2 基于最小二乘的PVT解算 (25)4.2 精度因子的分析及选星方案的提出 (28)4.2.1 几何精度因子的定义 (28)4.2.2 精度因子计算的改进方法 (29)4.2.3 北斗卫星选星方法 (31)4.2.4 选星方法的提出 (33)4.3 卡尔曼滤波在PVT的应用 (35)4.3.1 递归最小二乘法 (35)4.3.2 基本的卡尔曼滤波器 (36)4.4 仿真结果及分析 (39)4.4.1 基于最小二乘的PVT解算仿真 (39)4.4.2 快速选星方法仿真 (42)4.4.3 卡尔曼滤波仿真 (42)4.5 本章小结 (44)结论 (45)参考文献 (46)攻读硕士学位期间发表的学术论文 (50)致谢............................................................................................... 错误!未定义书签。
完整版卫星导航知识问答题
1、北斗卫星导航的图标是：2、北斗卫星导航系统的星座图：3、GPS卫星导航的图标是：4、GPS卫星导航系统的星座图：3、Glonass卫星导航的图标是：4、GPS卫星导航系统的星座图：5、Galileo卫星导航的图标是：6、GPS卫星导航系统的星座图：1、美国从本世纪70年代开始研制GPS系统，于______年全面建成。
GPS系统空间星座由______颗定位卫星组成。
【答案：1994，24】2、1978年2月，首颗GPS卫星（Block-Ⅰ）发射。
3、苏联在1976年启动的GLONASS（格洛纳斯）项目，1996年初建成，已于2011年1月1日在全球正式运行，一共有______颗卫星，分布在______个平面上【答案：24，3】。
4、第一颗GLONASS卫星成功发射的时间是1982年10月12日。
5、中国的______和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统并称为全球四大卫星导航系统。
【答案：北斗】6、其中具有一定的通信能力的导航卫星系统是______。
【答案：北斗】7、北斗导航卫星系统的简称是______。
【答案：BDS】8、全球导航卫星系统基本组成包括______、______和______。
【答案：空间段，地面控制段，用户段】9、北斗导航卫星系统提供______和______两种服务方式。
【答案：开放服务，授权服务】10、北斗导航卫星系统的定位精度为______，测速精度为______，授时精度为______。
【答案：10米，0.2米/秒，50纳秒】11、满足水平和垂直定位精度均优于10m的服务范围称为______。
【答案：北斗系统公开服务区】12、北斗二号的总设计师是______。
【答案：孙家栋】13、北斗导航卫星系统完全组网后将由______颗卫星组成，其中包括______颗地球静止轨道卫星和______颗非地球静止轨道卫星。
【答案：35，5，30】14、如图1所示，北斗区域导航卫星系统分为______、______和______三种轨道类型。
今世梦圆 星耀天际——追思“北斗院士”许其凤
1953年，17岁的许其凤考入解放军测绘学院，成为一名大地测量专业学员。
1958年，许其凤毕业后留校任教，一干就是60多年，他把自己的一生都献给了自己热爱的卫星大地测量和卫星导航事业。
许其凤致力于中国新一代卫星导航系统的研究和开发，提出了发展新一代卫星导航系统的建议和主要技术途径，为我国发展独立自主的卫星导航系统做出了突出贡献。
许其凤长期从事“卫星大地测量与导航定位”领域的教学与科研工作。
20世纪60年代中期，他研发的人造卫星测向仪，不仅是当时中国最早的一批观测仪器，其精密度也毫不逊色于国际标准。
因为成功研发这台设备，许其凤获得了全国科技大奖。
面对沉甸甸的荣誉，许其凤没有停下脚步，他决心再开辟事业中的另一块疆土。
1957年10月4日，世界第一颗人造卫星升空，卫星导航定位等理论的研究与实践被迅速催生，并成为少数发达国家才能掌握和有实力实现的核心技术成果，是大国地位的必备支撑与重要标志。
基于此，从上世纪60年代就开始从事卫星大地测量工作的许其凤，觉察出卫星导航定位技术在军事应用上的潜在价值。
到了上世纪80年代初期，他敏锐地将研究方向转至卫星导航领域，并开始着手进行大量卓有成效的探索。
然而，从熟知的空间大地测量跨界到陌生的卫星定位，这并不是件简单的事情。
当时国内这一领域的研究几乎还是空白，全国从事卫星导航的研究人员仅有两三名，许其凤是其中一员。
没有自己的理论基础，很难占领制高点，许其凤决心弥补这一空白，尤其是在面对美国技术封锁的情况下，不服输的许其凤内心憋着一股劲，他敢于突破创新，敢于先行先试，终于取得了重大研究成果。
后来，许其凤带着研究成果和论文前往美国，参加当时在那里举行的首届GPS全球定位系统研讨会，他撰写的有关GPS局部定轨及对精确定位影响方面的论文，成为众人关注的焦点。
回国后，许其凤接到了外方工作邀约，在我国经济条件匮乏的40年前，面对别墅、高薪等优厚条件，许其凤毫不犹豫地拒绝了。
1982年，许其凤率先在国内开设卫星导航与精密定位课程，开始为国家测绘导航领域实现后发优势提供理论和人才储备。
北斗卫星导航系统简称北斗系统
北斗系统
1.北斗卫星导航系统简称北斗系统（BDS）,空间星座有5颗地球静止轨道（GEO）卫星、27颗中圆地球轨道（MEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星组成。
2.信号结构：
B1信号有I、Q两个支路的”测距码加导航电文“正交调制在载波上构成。
B1I信号载波频率为1561.098MHZ。
卫星发射信号的调制方式为QPSK,信号复用方式为CDMA.
3.B1I 信号测距码（以下简称CB1I 码）码速率为2.046 Mcps，码长为2046。
CB1I 码由两个线性序列G1 和G2 模二和产生平衡Gold 码后截短1 码片生成。
G1 和G2 序列分别由两个11 级线性移位寄存器生成，通过对产生G2 序列的移位寄存器不同抽头的模二和可以实现G2 序列相位的不同偏移，与G1 序列模二和后可生成不同卫星的CB1I 码。
4.。
北斗导航系统多轨道卫星星座分析与设计
Ｓ Ｏ 的 全球 卫 星 导 航 系统 。
关键词 北斗导航 系统 ； 几何排列 ；星座构型
中图分类号 Ｔ Ｎ９ ６ ７ ． ２
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｏｒ ｂ ｉ ｔ Ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｅ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｂｅ ｉ ｄ ｏ ｕ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
１ 引 言
我 国第二代卫 星导航 系统一 “ 北斗二代 ” 卫 星导航系统 的研制 已经进人组 网高峰期 。由于北 斗二 代正在 建设 中 ，
相 关 文章 和 资料 比 较 少 ， 进 行 北 斗 二 代 的 星 座 设 计 具 有 重
要意 义。
座、 玫 瑰 星 座 等 。其 中 ６星 座得 到 广泛 应 用 ， 通 常 称 为
此 基 础 上 增 加 一个 倾 斜 地球 同 步 轨 道 卫 星 星 座 ｌ ＿ ３ ］ 扩 充 成 一
其 中， Ｆ一 ０ ， １ …， Ｐ—ｌ。任一 条轨 道上 的一 颗卫 星经过它 的升交点 时， 相邻的东侧 轨道上 的对应 卫星 已经越 过它 自 己的升交点 ， 并 覆盖了 的地 心角 。 Ｎ 是 星座的卫星 总 数， 即 Ｎ—Ｐ Ｓ， Ｆ是在不 同轨道 面内的卫 星相对位置 的量 纲为 １ 的量 ， 称 为相位因子 ， 它可 以是从 ０～ Ｐ— ｌ的任何
北斗卫星导航系统的发展历程
第一代北斗卫星导航定位系统一代的北斗卫星导航系统属于区域性的有源导航定位系统。
特点是投资小、建成快，只需要两颗地球同步轨道卫星（GEO 卫星）即可进行导航定位。
在有源导航定位系统中，用户终端对两颗GEO卫星发射信号，通过记录时间差和两颗卫星在空间的距离，地面中心站（DEM)通过距离交会法求得用户的平面位置（注意是只有平面位置，没有海拔高程），地面中心站再通过卫星将计算结果告诉用户。
以上就是有源导航定位系统的工作原理，不难发现这里面有三个很严重的问题：1、地面中心站承担了很大部分的任务，资源占用高，结果就是用户数量收到限制，无法推广开来；2、用户终端必须发射信号，这在战时很容易就会暴露位置，也很容易使系统失效（只要向卫星发送错误的信号即可）；3、计算速度慢，而且进度不高。
第二代北斗卫星导航定位系统二代北斗卫星导航系统卫星星座包含14颗卫星，包括5颗地球同步轨道卫星（GEO卫星：通讯卫星，也可用于定位），5颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO卫星：备用卫星），4颗中地球轨道卫星（MEO卫星：定位解算功能）。
由于是用伪距单点定位模型进行定位，并不需要地面中心站进行计算，定位解算是在用户终端上进行的，所以用户数量不再受限，于是便能推广开来。
但二代北斗并没有抛弃有源导航定位的方法而是作为一种特殊功能保留了下来，只不过一般的接收机不支持这种功能，北斗二号于2013年正式提供服务。
第三代北斗卫星导航定位系统三代北斗卫星导航系统理论上包含5颗GEO卫星，3颗IGSO卫星，27颗MEO卫星，总计35颗卫星。
与GPS采用六轨星座系统（6*4）不同，三代BDS采用三轨星座系统,每个轨道面9颗MEO卫星，轨道面之间相隔120度均匀分布。
正如我们所见，从2017年年底开始，其实已经开始了2017年11月5日中国成功以一箭双星方式发射北斗三号组网卫星，北斗三号卫星将陆续发射，2020年将完成全球化的卫星星座部署，届时将为全球提供导航定位服务。
北斗导航与5G技术应用的研究
北斗导航与5G技术应用的研究随着经济的发展，科学技术不断进步。
在全球5G发展的过程中，我国已经成为一支重要的力量，5G设备已经建成，并进行了测试。
5G时代的到来，代表着我们以前不敢想象的东西，已经成为可能，基于先进技术的高科技产品不再是一个梦想，中国拥有北斗导航系统和5G发展的主导力量。
本文研究了北斗导航和5G技术的应用。
标签：北斗卫星导航；5G；应用互联网的快速发展促进了许多先进技术的发展，如新能源、互联网和人工智能。
分享经济的出现改变了人们的生活方式。
十年前，很多人会觉得这些技术很奇怪，难以置信，甚至难以想象。
在短短几年内，社会发生了巨大的变化，新兴技术已成为人们日常生活的重要组成部分。
一、北斗卫星导航系统以显著提高性能和卫星定位导航系统,中国已完成第二代北斗卫星导航系统的建设，目前正在部署第三代北斗卫星导航系统(见图1)。
图1北斗卫星导航系统星座结构1.系统组成。
该系统由三个部分组成:空间部分、地面部分和用户部分。
区域系统卫星星座方案包括地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜地球轨道卫星(IGSO)和中环轨道卫星(MEO)。
全球系统的空间部分由5颗地质卫星和30颗非静止轨道卫星组成。
静止轨道位于东经58.75°、80°、110.5°、140°和160°。
非静止轨道卫星组成的是27 MEO卫星和3个IGSO卫星。
MEO卫星轨道高度21500km位于三、轨道倾角55°;IGSO卫星的轨道高度36000km、55°倾角。
卫星均采用长征系列运载火箭发射。
地面部分包括主控制站、注入站和几个控制站。
主要控制站的主要任务是观测数据收集每个站、数据处理、信息生产差分卫星导航和信息的完整性、任务的规划和方案拟订、管理和控制系统等业务。
注入站的主要任务是在主控制站统一调度的框架内，控制和管理卫星导航信息、不同完整性信息的注入和有效载荷。
控制站接收指南卫星导航信号传送到主控制站，对卫星进行跟踪和监测，为确定卫星轨迹和时间同步提供观测数据。
北斗卫星工作原理
北斗卫星工作原理
北斗卫星是中国自主研发的卫星导航系统，其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 卫星布局：北斗卫星系统采用三维星座构建，由地球同步轨道卫星、倾斜轨道卫星和地球静止轨道卫星组成。
地球同步轨道卫星覆盖大范围的区域，倾斜轨道卫星负责中等纬度区域的覆盖，而地球静止轨道卫星则在中国境内提供全球导航服务。
2. 信号传输：北斗卫星通过发射信号向用户终端传输导航和定位信息。
北斗导航信号由L1、L2两个频段组成，L1频段用于民用用户，L2频段主要用于军事和高精度定位。
卫星发射的
导航信号经过大气层和其他干扰的影响后，到达地面的用户终端。
3. 用户接收：用户终端接收到卫星发射的信号后，利用接收机进行信号解算和处理。
用户接收机通过接收多颗卫星的信号，并进行计算和分析，确定用户所处的位置、速度和时间等信息。
北斗卫星系统支持单点定位、差分定位和RTK等多种定位方式，满足不同用户的需求。
4. 数据处理：接收机接收到的信号需要经过数据处理才能得到精确的定位结果。
数据处理包括伪距观测值的解算、时钟校正、轨道计算、误差校正等步骤，通过这些处理，用户可以精确地获取自身的位置和导航信息。
总体来说，北斗卫星通过卫星布局、信号传输、用户接收和数
据处理等步骤来实现导航和定位功能。
这些步骤相互配合，确保了北斗卫星系统的稳定、可靠和精准的工作。
北斗卫星系统的建立和运行促进了我国在航天领域的发展，并为民用和军事领域提供了多种应用服务。
四大全球卫星定位系统比较
北斗卫星导航系统-系统组成
系统组成：
空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星 组成
GEO 卫星
星座
Non-GEO 卫星
北斗卫星导航系统-系统组成
系统组成：
地面段：由主控站、上 行注入站和监测站组成
北斗系统地面段
北斗卫星导航系统-系统组成
第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源 服务能力。
北斗卫星导航系统-发展路线图
北斗卫星导航系统-工程任务
+ 主要任务：
研制生产5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星，在西昌 卫星发射中心用CZ-3A系列运载火箭发射共35颗卫星， 西安卫星测控中心提供卫星发射组网与运行测控支持。
四大卫星导航系统
美国的GPS 中国的北斗 俄罗斯的GLONASS 欧盟的Galileo 四大系统参数应用比较
+ 格洛纳斯卫星系统是“格洛纳斯GLONASS”是俄语中 “全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯 继续该计划。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全 球卫星导航系统。按计划，该系统将于2007年年底 之前开始运营，届时只开放俄罗斯境内卫星定位及 导航服务。到2009年年底前，其服务范围将拓展到 全球。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及 空中目标的坐标及运动速度信息等。
GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户设备三部分组成。
GPS-系统组成
GPS构成
空间部分
•24颗工作卫星组成 •距地表20200km上 空
•全球任何地方、任 何时间都可观测到4 颗以上的卫星
北斗二代B1频点导航接收机的研究与实现(iii)
生截短产生。导航电文根据速率和结构不同分为D1 （50b/s）导航电文和D2（500b/s）导航电文，在D1码 上调制有二次编码NH码，导航电文速率如表1所示。
Table 1. The navigation data rates of BD2 表 1.BD2导航电文速率
GEO I支路 Q支路 D2（500b/s） D2（500b/s） MEO/IGSO D1（50b/s），二次 编码（1kbps） D2（500b/s）
1 引言
北 斗 卫 星 导 航 系 统 （ BeiDou （ COMPASS ） 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。按照规划，北斗 卫星导航系统将由5颗静止轨道（GEO）卫星、3颗倾 斜同步轨道（IGSO）卫星和27颗中轨道（MEO）卫 星组成。其信号包括B1、B2、B3 三个频点的信号， 每个频点信号都由I、Q两个支路的“测距码+导航电 文” 正交调制在载波上。 测距码分I支路普通测距码 （C 码）和Q支路精密测距码（P码）。由于GPS发展的比 较早，也相对比较成熟，所以目前大多数的研究都是 针对GPS的，我们急需研制自己的北斗导航接收机。
基带码NCO控制 载波跟踪 环路鉴别器 载波环路 滤波器 载波 相位计数
AM1201 低噪放
1561± 20MHz 滤波器
SI4133 1561MHz本振
混频器
AD9288 采样
Figure 2. The RF module 图 2.射频模块
500us中断 读取IQ超 前、滞后、 即时相关值
C码跟踪 环路鉴别器
DSP读取伪距
同步信号
射频 模块
控制信号
基带 信号 处理
北斗卫星导航系统简介
中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其
间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控
制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就 加大了定位的误差。
此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备 的短信通讯功能就是GPS所不具备的。
*
面临挑战
一、部署进度的比拼。四大全球系统部署的时间进度是个重 大考验，捷足先登是成功的第一步。GPS在这方面遥遥领先， 格洛纳斯（GLONASS）正在恢复建设中，伽利略（Galileo） 遭遇资金困境，北斗系统若要抢占市场，在系统部署方面面 临挑战。 二、卫星性能的竞争。导航卫星设计和研制水平决定着系统 的性能，北斗卫星设计已经达到国外导航卫星水平，在未来 发展中要不断自主创新，争取在国际导航卫星研制领域处于 领先地位。 三、系统发展的博弈。未来卫星导航系统需要持续的发展建 设，以满足用户要求；需要国家持续的经费投入、人才培养、 产业推广，以确保我国北斗卫星导航系统在未来发展与国际 竞争中占据优势地位
气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气 候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升 我国气象防灾减灾的能力。 智能交通
卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路 运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶 间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫 星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务， 促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。
汶川地震中投入使用的 北斗一号卫星导航定位 系统手持机，发挥了重 要作用。
航空运输和水运
在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星 导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫 星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航 定位和安全保障。
北斗卫星导航系统(BDS)
北斗卫星导航系统（BDS）黑龙江工程学院授课目的和要求:明确北斗卫星导航系统的发展情况,并应该掌握北斗卫星导航系统的组成及其特点！重点:掌握北斗卫星导航系统的组成及其特点！难点:掌握北斗卫星导航系统的组成及其特点！我们国家为什么要研制“北斗卫星导航系统”一、当代战争的特点！(“空”和“天”的不同)二、两个例子！三、我们国家经济飞速增长、国力不断增强，国家安全的概念和范围在扩展！发展目标：致力于为全球用户提供连续、稳定、可靠的卫星导航服务，与世界其它卫星导航系统共同合作、服务全球、造福人类。
致力于满足国家安全和经济社会的发展对卫星导航的需求，促进国家信息化建设和经济发展方式的转变，实现卫星导航产业的社会效益和经济效益。
基本原则：开放；自主；兼容(兼容性和互操作)；渐进(绕过两个瓶颈) 发展步骤：按照“三步走”的总体规划，“先局部、后全球、先有源、后无源”的总体发展思路分步实施。
第一步：1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年建成区域有源服务能力。
第二步：2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年建成区域无源服务能力。
第三步：2013年持续发展北斗卫星导航系统建设，2020年建成全球无源服务能力。
地面数字高程模型图卫星1☆星下点1星下点2 ☆定位圆1定位圆2地面中心站卫星2图7——北斗一号定位原理“北斗卫星导航试验系统”的功能1、定位:提供导航信息。
2、通讯:实现双向简短数字报文通讯。
3、授时:定时为用户提供时延修正值。
“北斗卫星导航试验系统”的特点优点:卫星数目少、投资少、用户设备简单等。
缺点: 1 )只能进行局部定位。
2 )失去隐蔽性，容易暴露目标。
3 )用户数量是有限的。
4 )定位需要一定的时间(增加定位误差)。
北斗卫星导航系统（北斗二代卫星导航系统）中国“北斗卫星导航系统”星座模型目前北斗卫星导航系统卫星发射记录区域覆盖的北斗卫星导航系统2012年12月27日北斗卫星导航系统正式提供区域服务服务区域：南纬55°～北纬55°、东经70 °～东经150 °；位置精度：平面±10 m，高程±10 m；测速精度：0.2 m/s；授时精度：单向50 ns（亦可提供双向高精度授时服务，优于20 ns ）；通信服务：双向短报文服务；注：若通过广域差分系统，北斗卫星导航系统提供的服务可进一步提高。
卫星定位技术简介
卫星导航定位技术简介
美国卫星定位技术的发展
❖ 第一代卫星导航——子午卫星导航系统 优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间限制 缺点：观测时间长、不能进行连续实时定位、精度 低
❖ 第二代卫星导航——GPS(全球定位系统）
Global Positioning System 分三个阶段：
1、方案论证（1974－1978） 2、系统论证（1979－1987） 3、生产实验（1988－1993）
❖ GPS的测量精度与卫星的空中几何分布有关。 1、接收机与卫星所形成的多面体体积越大，测量精度越高。 2、卫星分布越均匀，测量精度越高。
GPS的定位方式
1、按接收机天线所处的状态： （1）静态定位 ： （2）动态定位： 用户的广泛性、定位的实时性、速度的多异性 低动态：秒速至几十米、中等动态：秒速至几百米、高动态：
Glonass系统实际处于近于崩溃的边缘。
北斗导航定位系统
❖ 系统组成 空间卫星部分、地面控制中 心、用户机
❖ 定位流程 ❖ 定位精度
卫星 地面控制中心 用户机
北斗导航定位系统
定位原理：
基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以 测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必 然位于这2个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提 供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的 非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，即可获得用户的 二维位置。
其高程可以从电子高程地图库查询，也可以从气压测高计读 取。
北斗卫星导航系统功能
❖ 快速定位：北斗导航系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快 速实时定位服务。
❖ 简短通信：北斗系统用户终端具有双向数字报文通信能力，可以一次传 送不超过120个汉字的信息。
南北两极北斗二号三频数据质量对比分析
Abstract ：The north and south poles are the last treasure house of human resources. It is very important to strengthen the investigation of the poles. Aiming at the quality assessment of Beidou-2 tri-frequency data in the north and south poles, this paper uses the Beidou -2 tri-frequency data from the IGS continuous tracking station in the polar regions to compare and analyze the visibility, DOP value, data integrity rate, and data integrity rate of the Beidou - 2 satellite in the polar regions. Signal to noise ratio and multipath. Studies have found that the number of visible satellites in low-latitude regions is more than that of the Antarctic region, and the Antarctic re gion is more than the Arctic region. The DOP value of the low-latitude region is smaller than that of the Antarctic region, and the Ant arctic region is smaller than the North Pole. In terms of data integrity, the three frequencies correspond to the same type of satellites. The low latitude is higher than the South Pole, the South is higher than the North Pole, GEO is the best, followed by IGSO, MEO is the lowest； in terms of signal-to-noise ratio, the low latitude is higher than the South Pole, and the South is higher than the North Pole ； in terms of multipath, the South Pole is lower than Low latitudes, low latitudes are lower than the North Pole. Key words: North and South poles ； Beidou-2 ； triple frequency ； data quality
北斗导航系统的卫星布局与星座组成
北斗导航系统的卫星布局与星座组成北斗导航系统作为中国自主研发的卫星导航系统，已经取得了长足的发展，并在全球范围内得到了广泛的应用。
在北斗导航系统的运行中，卫星布局与星座组成是至关重要的因素。
本文将从北斗导航系统的卫星布局和星座组成两个方面进行详细的探讨。
一、卫星布局北斗导航系统的卫星布局是指在空间中如何分布和安排卫星，以实现全球卫星导航覆盖的目标。
北斗导航系统采用了三轨三地星座布局，具体包括了地球同步轨道卫星、中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星。
1. 地球同步轨道卫星地球同步轨道卫星又称为地球静止轨道卫星，其位置相对于地球是固定不动的。
北斗导航系统采用了5颗地球同步轨道卫星，它们分别位于东经80度、110.5度、140度、160度和西经160度的位置上。
这些卫星的任务是提供区域增强覆盖，主要用于保障北斗系统在中国国内的导航服务。
2. 中圆轨道卫星中圆轨道卫星是北斗导航系统的核心卫星组成部分，它们主要用于提供全球覆盖的导航服务。
北斗导航系统总共部署了27颗中圆轨道卫星，分布在三个不同的轨道平面上，每个轨道平面上有9颗卫星。
这种布局方式可以保证在任何时刻至少有4颗卫星可见，从而能够提供准确可靠的定位和导航服务。
3. 倾斜地球同步轨道卫星倾斜地球同步轨道卫星又称为倾斜静止轨道卫星，其位置相对于地球是倾斜的。
北斗导航系统部署了3颗倾斜地球同步轨道卫星，它们分别位于北斗系统的西北、西南和东南方向，主要用于提供北纬55度以北区域的导航覆盖。
二、星座组成北斗导航系统的星座组成是指这些卫星集合在一起形成的一组星座。
北斗导航系统采用了全球组合导航卫星系统（GNSS）的星座组成方式，即由地球同步轨道卫星、中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星共同组成。
在北斗导航系统中，中圆轨道卫星是主要的星座组成部分，由27颗卫星组成。
地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星则作为辅助星座存在。
这种星座组成方式可以最大程度地保证全球覆盖和导航精度。
北斗II卫星导航系统星座仿真分析研究
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了依 据 。
关 键 词 ：北 斗 二 号 ；卫 星 导航 系统 ；全球 导航 系统 ；覆 盖 ；位 置 精 度 衰减 因子 中 图 法 分 类 号 ：Ｔ ３９ 文 献 标 识 号 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —０ ４ （ ０ ２ １—９ ３０ Ｐ ９ ０ ０７ ２ ２ １ ） ０３ １—５
卫星测量题库
卫星测量题库一．填空题1．GNSS全球导航卫星系统，主要包括GPS、（）、（）、（）等。
2.GPS系统包括（）颗工作卫星，（）颗备用卫星。
均匀分布在（）个轨道上，轨道倾角为（）。
3.随着GPS系统的发展，其应用领域逐步拓宽，主要有高精度大地测量、（）、（）、航天发射和卫星回收等。
4.GLONASS系统在系统组成和工作原理上与GPS类似，也是由卫星星座、（）、（）三大部分组成。
5.“北斗二代导航卫星系统”是我国自行研发的导航定位系统，它由5颗（）卫星、（）颗非静止轨道卫星组成。
6.GPS的地面控制部分由分布在全球的若干个跟踪站组成，跟踪站分为主控站、（）和（）。
7.根据GPS用户的要求不同，GPS接收机有许多不同的类型，按用途分为导航型、（）、（）。
8.GPS卫星信号包括测距码、（）、（）三种。
9.GPS信号接收机，按所接收的卫星信号的频率可分为码相位接收机、（）接收机、（）接收机。
10.单频接收机只能接收经调制的（）载波信号，主要用于短基线的精密导航定位。
双频接收机可以同时接收（）载波和（）载波信号，可用于长基线高精度定位。
11.测地型接收机主要采用载波相位观测值进行（）定位，主要用于精密大地测量和（）测量。
12.根据定位过程中接收机所处的状态不同，相对定位可分为（）相对定位和（）相对定位。
13.RTK技术是（）的简称，由基准站和流动站两部分组成。
14.RTK技术是GPS实时载波相位差分的简称，由（）和（）两部分组成。
15.在GPS定位中，影响测量精度的主要误差有（）、（）、（）和其他误差。
16.GPS定位误差中，与卫星有关的误差有美国的SA、AS政策，（）、（）、相对论效应。
17. GPS定位误差中，与信号传播有关的误差有电离层误差、（）、（）。
18. GPS定位误差中，与接收机有关的误差有接收机钟误差、（）、测量噪声、（）。
19.在GPS测量项目作业中，以（）和（）为主要依据，进行GPS 网的精度、密度、基准、图形等设计。
北斗导航卫星分类及本次发射的IGSO卫星的主要作用
北斗导航卫星分类及本次发射的IGSO卫星的主要作用1导航卫星简介卫星运动的基本力源为地球引力,卫星运动方程来源于万有引力定律,卫星无摄运动遵守开普勒定律,星座的设计主要考虑的是无摄力情况下的理想运动。
开普勒第一定律表明卫星运行的轨道为一椭圆,椭圆的一个焦点与地球质心重合。
考虑到地球自传运动的周期为24小时,导航卫星的轨道类型基本可以分为以下4种:1)地球静止轨道卫星(GEO星) :卫星轨道面与赤道面重合,运行周期为24小时,卫星在赤道上空静止,在地心惯性坐标系中轨道为圆轨道。
GEO卫星在区域导航服务方面具有明显优势,卫星利用率高,通讯卫星大多采用GEO卫星,因此地球静止卫星也广泛应用于全球导航系统的区域增强系统。
但是由于地球静止轨道卫星都处于赤道面内,受导航定位所需几何构形的限制。
布设地球静止轨道卫星的数量则取决于导航服务区域大小,但单用地球静止轨道卫星是不够的,还必须有相对于地球移动的高纬度卫星参与导航星座。
2)大椭圆轨道卫星:这是一种大偏心率轨道,其远地点在北半球本国高纬度上空,星下点轨迹移动缓慢, 5日内可保持近10小时有效运行。
一个轨道面内均匀分布3颗卫星,即可保持一个高纬度星位的连续存在。
其近地点在南半球,停留时间很短,卫星高度很低,用户可见区域范围小,对用户的导航贡献小。
另有一个远地点在地球背面,经度上远离服务区,本区域系统不能加以利用。
另外,这种轨道的卫星高度变化剧烈,对信道设计很不利。
3)中高度圆轨道卫星(MEO星) :周期为12小时,是经过GPS和GLONASS系统成功运行证明性能优良的全球星座轨道。
分析计算证明, 24颗倾角为55°的MEO卫星分布在3个轨道面内,可满足全球导航精度。
这种单一由MEO卫星组成的星座必须布满全部24颗卫星才能有效地投入运行,如要满足民航可用性要求和精密近进,则必须增加地球静止轨道卫星(GEO)进行区域加强。
4)倾斜地球同步轨道卫星( IGSO星) : 24小时地球同步轨道,即所谓的大“8”字形轨道,中心位于赤道某设定的经度上,高度与地球静止轨道卫星相同,卫星星下点24小时轨迹在本服务区内南北来回运动, 也是一种利用效率较高的区域星座, 介于GEO和MEO之间。
对我国二代卫星导航系统覆盖范围向北扩展星座方案的探讨
１ 北扩 问题的提出
２０ ０６年 １ ， 国测 绘 学 会 大 地 测 量 专 业 委 ０月 中
为 “ 国二代 卫 星 导航 系统 个 别 问题 探 讨 ” 学 术 我 的 报告 ①， 绍 了我 国二 代 卫 星 导 航 系 统— —北 斗 二 介 代 的有关 情况 。同 时 ， 国科 学 院 测 量 与地 球 物 理 中 研究 所 的科 研 人 员 在 会上 作 了题 为 “ 北 半球 版 世 《
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北斗导航系统多轨道卫星星座分析与设计
北斗导航系统多轨道卫星星座分析与设计
张昀申
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2013(033)004
【摘要】针对北斗二代卫星导航系统最佳几何排列问题,对所设计的星座进行GDOP值和可见星数目进行仿真分析,选择星座参数,设计出适合我国导航定位需求的GEO+MEO星座构型,在此基础上增加一个倾斜地球同步轨道卫星星座,扩充成一个GEO+ MEO+ IG-SO的全球卫星导航系统.
【总页数】3页(P47-48,54)
【作者】张昀申
【作者单位】92941部队葫芦岛125001
【正文语种】中文
【中图分类】TN967.2
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“北斗二代”卫星导航系统的星座设计
【摘要】本文阐述了“北斗二代”的星座设计需要考虑的问题，另外基于北斗史无前例的星座设计方案（中轨卫星MEO+地球同步卫星GEO+倾斜地球同步轨道卫星IGSO），增加星间链路，搭载北斗接收机，增加天线等方法进行卫星自主定轨。
【关键词】北斗二代；星座设计；自主定轨
[ Abstract ] this article elaborated “ the two generation “ of the constellation design considerations, and there was no parallel in history. Based on Beidou constellation design scheme ( satellite MEO+ geostationary satellite GEO+ inclined geosynchronous satellite IGSO ), increases inter-satellite link, with Beidou receiver, increase the antenna for satellite autonomous orbit determination.
[ Key words ] the two generation; constellation design; autonomous orbit determination
引言
美国的GPS、俄罗斯的GLONASS促进了导航定位理论的发展与应用，也促进了相关产业的发展。
继美国、俄罗斯，中国与欧盟先后启动建设自己的卫星导航系统北斗导航系统北斗系统和Galileo系统。
北斗导航系统分为“北斗一代”与“北斗二代”，自二十世纪八十年代独立建设，于2003年完成北斗卫星导航验证系统“北斗一代”，多个领域得到了广泛的应用。
接着开始新一代的全球导航定位系统的建设“北斗二代”。
北斗卫星导航系统集导航定位、授时、用户监测、短报文通信于一体，是国家重要的基础设施, 也是国际导航系统的重要组成部分发展独立自主的卫星导航系统也是国家的重大国策。
北斗二代卫星导航系统
“北斗一代”卫星导航系统的工作原理、技术手段、设备等受限于当时的国情，在定位精度、可靠度、速度等方面效果差，并且只是区域性的，虽然，“北斗一代”的运营成功也为下一代的导航系统“北斗二代”的建设提供宝贵的经验。
我国正在组建的“北斗二代”采用单程无源定位，定位原理与GPS等相同，提供全球性的定位导航服务，系统构成等与GPS类似，包括空间部分、地面监控部分、用户部分。
空间部分包括卫星、卫星星座，地面监控部分包括主控站、监测站等，用户部分包括接收机、天线等。
北斗二代系统组建时应借鉴、参考GPS 系统，并且采用更为先进的技术手段和方法，改进GPS等已有系统的不足之处。
2.1 开普勒轨道根数
卫星在地心赤道坐标系O-XYZ中的运动，地心赤道坐标系的原点在地球质心，X轴在赤道面内，指向春分点，Z轴垂直赤道面，与地球自转角速度方向一致，Y轴与X轴、Z轴构成右手系，如图2所示。
为确定卫星在卫星轨道上的运动，取6个轨道要数，也称为开普勒轨道根数。
椭圆轨道的长半径
椭圆轨道的偏心率
卫星轨道面与赤道面的夹角，即轨道倾角
升交点赤经，卫星由南半球飞往北半球与赤道的交点为升交点，升交点赤经是升交点与春分点的夹角。
卫星轨道面上近地点与升交点之间的地心角距，即近地点角距
卫星轨道面上卫星与近地点之间的地心角距，即真近点角。
其中和确定了开普勒轨道的大小和形状，和唯一地确定卫星轨道与地球之间的夹角，确定了开普勒椭圆在轨道面上的定向，确定了卫星在轨道上的瞬时位置。
图2 卫星轨道参数
2.2 Walker星座
卫星星座可以这样定义:具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的或互补的轨道上，在共享控制下协同完成特定的任务。
星座设计常采用的卫星星座有R星座，玫瑰星座，Walker2D星座等。
其中Walker星座以其独特的优势，成为导航卫星星座设计中的首选。
Walker 在研究了给定卫星数量的情况下，就如何设计星座使得覆盖面积最优的问题，提出了一系列的星座，后来经过Ballard 的扩充改进，形成了被国际上广泛使用的Walker 星座体系。
Walker 具有很好的对称性，星座采用圆轨道，星座中所有轨道平面的倾角相同，各个轨道平面的升交点在赤道圆周上均匀分布，每个轨道面上的卫星数相同，各个轨道面上的卫星等间隔分布，为使不同轨道的卫星覆盖区能够实现最好的结合，相邻轨道面卫星间的初始轨道位置相隔一定的间隔，称为星间相位。
Walker 星座共有4个参数，按照其星座的惯用符号和表示方法，可简单记为：i :T / P/ F 。
其中，i 为卫星轨道倾角，T 为卫星总数，P 为卫星轨道数目，F 是相位因子且0 ≤ F ≤ P −1。
例如全球定位系统GPS的最初星座计划为，轨道倾角63°，总卫星数24颗，卫星轨道数目3。
2.3 北斗二代星座设计
人造地球卫星按轨道高度可分为，低轨卫星LEO，中轨卫星MEO，高轨卫星HEO，地球静止卫星GEO。
图3给出了各种轨道的高度比较示意图，各种轨道均以0°倾角画出。
图3 卫星轨道高度比较示意图
图中所示的内、外范·艾伦辐射带由于包含大量电子对电子电路的破坏性，选择卫星轨道时避开这两个区域，卫星轨道较低时，大气阻力对卫星的影响不能忽略，一般认为轨道高度＜700km时，大气阻力严重影响卫星的飞行，缩短卫星的寿命，轨道高度＞1000km时，大气阻力的影响可以忽略。
所以，实际可用的轨道高度如表1所示。
表1 各种类型卫星的轨道可用范围
轨道类型卫星高度（km）
LEO 700~1500
MEO 8000~20000
GEO 35786
HEO 远地点40000
星座设计的首要考虑的是以最少数量的卫星实现对指定区域的连续覆盖，北斗二代的卫星采用的是中轨卫星MEO+地球静止卫星GEO+倾斜地球同步轨道卫星IGSO组成。
地球静止卫星GEO覆盖面积广，与地球相对静止，便于管理，在卫星通讯领域有绝对优势，但是无法为高纬度特别是两极地区提供覆盖，星间链路损耗大，通讯时延长。
中轨卫星相比GEO卫星具有较小的传输损耗和通信时延，并且容易实现全球覆盖，而地球同步轨道卫星IGSO主要解决高纬度、极地地区信号覆盖问题。
首先考虑卫星轨道高度，GEO、IGSO卫星的轨道高度很好确定，中轨卫星MEO的轨道高度则根据其运行周期（速度）确定，运行周期与轨道高度的关系为：
其中，为地球半径，为开普勒常数。
对中轨卫星，采用回归轨道，使其星下点轨迹每日重复，星座的覆盖特性以日为周期，在每天的一个时间段里通过某个固定的区域，有利于对固定区域的覆盖，例如GPS卫星的运行周期是11h58min。
回归轨道可供选择的轨道有20183km、13929km、10355km，轨道高度影响到星座的覆盖性能，轨道越高卫星的覆盖范围就越大，应该尽量采用高轨道，北斗二代中轨卫星轨道高度为21500km。