北斗卫星导航系统 BDS 定位原理及其应用
北斗卫星导航系统介绍
安全1201 马振鑫
目录
1.发展历程 2.组成部分
3.定位的基本原理 4.应用前景 5.与GPS导航系统的比较
全球卫星导航系统
一、发展历程
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,缩写为BDS。截至目前，我国“北斗”卫星导航系统建 设的“三步走”规划已成功实现第一、二步。
2003年5月25日 东经110.5度
一
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
一、发展历程
二、系统组成
（1）空间段
由5颗GEO（静止轨道）卫星和30颗Non-GEO
（非静止轨道）卫星组成
GEO 卫星
MEO 卫星
空间星座
二、系统组成
实现中心与用户间的双向通信，并测量电波在中心 、卫星、用户间往返的传播时间(或距离)。
二、系统组成
2) 地面测控网(2)
主控站利用测得的主控站、卫星与用户间电波往返 的传播时间、气压高度数据、误差校正数据和卫星 星历数据，结合存储在计算中心的系统覆盖区数字 地图，对用户进行精确定位。
系统中各用户通过与计算中心的通信，间接地实现 用户与用户之间的通信。由于主控站集中了系统中 全部用户的位置、航迹等信息，可方便地实现对覆 盖区内的用户进行识别、监视和控制。
三、定位的基本原理
更具体的表述：定位采用三球交会测量原理。地 面中心通过两颗卫星向用户广播询问信号 (出站信号 ),根据用户响应的应答信号 (入站信号)测量并计算出 用户到两颗卫星的距离；然后根据中心存储的数字地 图或用户自带测高仪测出的高程，算出用户到地心的 距离，根据这三个距离就可以确定用户的位置，并通 过出站信号将定位结果告知用户。授时和报文通信功 能也在这种出、入站信号的传输过程中同时实现。
GPS、北斗系统与车辆定位管理原理及实现
一、GPS/北斗系统及其定位原理ＧＰＳ／全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。
它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。
系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
该系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，Standard Positioning Service）和军规的精确定位服务（PPS，Precise Positioning Service）两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策，Selective Availability）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。
2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。
因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。
GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。
GPS系统的组成一个随着地球自转的GPS卫星星座例子。
在此例子中，可接收到的卫星数量是以北纬45°为基准，而此数量会随着时间而变动。
北斗卫星导航定位原理与方法_随笔
《北斗卫星导航定位原理与方法》阅读札记目录一、内容概要 (2)二、北斗卫星导航系统概述 (3)三、北斗卫星导航定位原理 (4)3.1 基本定位原理 (5)3.2 信号传输与处理流程 (6)3.3 定位精度影响因素 (7)四、北斗卫星导航定位方法 (9)4.1 单星定位法 (10)4.2 多星组合定位法 (12)4.3 差分定位法 (12)五、北斗卫星导航定位技术应用 (13)5.1 民用领域应用 (15)5.2 军事领域应用 (16)5.3 其他行业应用及案例分析 (17)六、系统建设与未来发展展望 (18)6.1 当前系统建设情况分析 (20)6.2 技术创新与升级方向探讨 (21)6.3 未来应用场景拓展预测分析 (22)七、阅读心得与体会总结部分重点内容回顾与启示总结个人阅读心得和体会24一、内容概要引言：介绍了北斗卫星导航系统的发展历程、技术特点和其在全球定位系统中的作用。
同时简要概述了导航定位技术的重要性及其在各领域的应用价值。
北斗卫星导航系统概述：介绍了北斗卫星导航系统的组成、特点以及与其他全球卫星导航系统的比较。
详细阐述了北斗系统的定位原理，包括信号的传播方式、接收设备等基础知识。
导航定位原理：详细介绍了卫星导航定位的基本原理，包括卫星信号的传播、接收和解析过程。
通过详细阐述伪距定位、载波相位定位等关键技术，使读者对导航定位原理有更深入的理解。
北斗卫星导航定位方法：重点介绍了基于北斗系统的定位方法，包括单点定位、相对定位等。
详细讲解了不同定位方法的应用场景、优缺点及具体操作步骤。
同时介绍了与其他定位技术的融合应用，如GPS与北斗系统的联合定位等。
北斗系统应用领域：概述了北斗系统在各个领域的应用现状，包括航空航天、民用导航、智能交通等。
同时展望了北斗系统在未来的发展前景和应用前景。
技术挑战与发展趋势：探讨了当前北斗系统面临的技术挑战，如信号遮挡、多路径效应等问题，并提出了相应的解决方案和发展趋势。
北斗卫星系统
北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统（BDS）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，致力于向全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权用户提供进一步服务。
中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。
北斗卫星导航系统、美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统和欧盟伽利略定位系统为联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统四大核心供应商。
目录1 历史与发展早期研究试验系统中国加入欧盟伽利略计划正式系统东盟各国加入合作2 试验系统]系统组成性能3 正式系统亚太服务全球服务4 系统构成空间段地面段用户段5 原理空间定位原理)有源与无源定位精度6 技术卫星平台卫星制造与发射时间系统信号传输7 应用开放服务授权服务应用状况}1、历史与发展早期研究1970年代，中国开始研究卫星导航系统的技术和方案，但之后这项研究计划被取消。
1983年，中国航天专家陈芳允提出使用两颗静止轨道卫星实现区域性的导航功能，1989年，中国使用通信卫星进行试验，验证了其可行性，之后的北斗卫星导航试验系统就是依据此方案进行。
试验系统1994年，中国正式开始北斗卫星导航试验系统（北斗一号）的研制，并在2000年发射了两颗静止轨道卫星，实现了区域性的导航功能。
2003年又发射了一颗备份卫星，完成了北斗卫星导航试验系统的组建。
中国加入欧盟伽利略计划2003年09月，中国打算加入欧盟的伽利略定位系统计划，并在接下来的几年中投入了亿欧元的资金。
由此，人们相信中国的北斗系统只会用于自己的武装力量。
中国与欧盟在2004年10月09日正式签署伽利略计划技术合作协议。
、正式系统2004年，中国启动了具有全球导航能力的北斗卫星导航系统的建设（北斗二号），并在2007年发射一颗中地球轨道卫星，进行了大量试验。
北斗卫星导航系统
星箭组批生产，启动组网发射
2007年4月14日 MEO卫星
2009年4月15日 GEO卫星
2010年1月17日 GEO卫星
卫星
运载火箭
关键技术攻关，致力持续发展
发挥系统特色，应用初见成效
4.应用
北斗卫星导航试验系统已在多个领域发挥了非 常重要的作用，包括：
- 测绘
- 通信
- 水利
- 减灾
全球系统
作为全球系统，北斗卫星导航系统首先在2012年左 右覆盖亚太地区，并将在2020年前覆盖全球。
北斗系统第二阶段
2012年左右
北斗系统第三阶段
2020年前
33
1.基本原则 2.系统基本描述 3.系统部署 4.应用
1. 基本原则
开放性 自主性 兼容性 渐进性
2.系统基本描述
系统组成
定位原理 坐标系统 服务和性能
系统组成
空间段
5颗地球同步轨道（ GEO ）卫星和30颗Non-GEO卫星
GEO 卫星
星座
MEO 卫星
10
系统组成
地面段
坐标系统
北斗系统采用中国2000大地坐标系统 （CGS2000）。
CGS2000与国际地球参考框架ITRF的一致性约为5个
厘米，对于大多数应用来说，可以不考虑CGS2000
和 ITRF 的坐标转换。
15
服务和性能
两种全球服务 开放服务：免费、开放 • 定位精度: 10 m • 授时精度: 0 ns
2、应用：卫星导航应用增长情况
陆地应用
海洋应用
航空应用
航天应用
大众消费
北 斗 系 统 在 我 国 航 天 事 业 中 的 地 位
北斗导航卫星系统(CNSS或BDS)简介
北斗IGSO卫星介绍
IGSO卫星即倾斜地球同步轨道卫星 •由于北斗MEO卫星的发射周期较长，要完成27颗的发射需要至少10～20年的时间，为了让北斗系统 尽快的实现区域的服务，首先发射了3颗IGSO卫星，目前可观测到6颗 •这些IGSO卫星的轨道高度和GEO卫星类似，绕地球一圈也是24小时，但是轨道并不正好在赤道上， 而是和赤道面有个夹角，这种卫星在地球固定一个位置看到的轨迹是如右图所示的同地面平行的“8” 字形 •IGSO卫星虽然不是完全同地面静止的，但是大部分时候在中国境内都能看到，所以保证了北斗系统 的区域性立即可用
那么，北斗系统为什要设计用27颗MEO卫星呢？ •美国在设计 GPS 的时候，“够”的定义是保证地球上任何地点任何时间都可以定位，即能看到至少 4 颗 卫星；按照这个要求，在六轨面和轨道高度 20200km 的前提下，只要 21 颗卫星就够了，所以，GPS 选 择了 21 工作卫星 + 3 备份卫星的基础星座。同时代的 GLONASS 的设计是三轨面 21 工作卫星 + 3 备份卫 星，同样可以保证全球任何时间都能看到至少 4 颗卫星
北斗民用频段 北斗一号短报文
北斗二号
频段
Tx Rx B1I B2I B3I
Frequency(MHz)
中心频率
下限频率
上限频率
1615.68
1611.1
1620.26
2491.75
2487.17
2496.33
1561.098 1559.052 1563.144
1207.14
1196.91
1217.37
目前北斗系统的精度不够高很大一部分的原因是中国的原子钟不行
•卫星导定位中，时间系统有着极其重要的意义，在由跟踪站对卫星进行定轨时，要求卫星位置 的误差小于1cm时，相应的时刻误差应小于2.6μs；如果要求测量的距离误差小于1cm时，则信号 传播时间的测定误差应小于 0.03ns •中国的原子钟相对国外产品，体积大、质量重、精度还差了一个量级，这种高精尖的技术国外 是对中国禁运的，我们只能靠自己
浅析北斗卫星定位系统的应用与发展
浅析北斗卫星定位系统的应用与发展摘要：中国北斗卫星导航系统（Bei Dou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
本文将对北斗星定位系统的应用与发展进行浅析，以期对北斗星定位系统的未来发展方向提出可行性的建议和方向。
关键词：北斗卫星；应用；发展引言中国北斗卫星导航系统（Bei Dou Navigation Satellite System，BDS）是中国完全自主研发的全球系统，也是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
中国自主研发的这套卫星定位系统主要由空间段、地面段和用户段三部分组成。
而且，该导航系统能在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒[1]。
这些先进的技术正是标志着我国科技实力的强劲，科技引领创新、科技驱动未来，中国北斗卫星导航系统正是当今创新中最突出的表现之一。
一、北斗卫星定位系统功能概述BDS能够提供全天候、全天时的卫星导航定位信息，用户在随时都可以接收到卫星广播的询问信号。
北斗卫星定位系统的主要定位原理是基于3球交会测星原理进行定位，以2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径，可画出2个球面，另一个球面是以地心为球心，画出以用户所在位置点至地心的距离为半径的球面，3个球面的交会点即为用户的位置。
BDS是由位于太空中的导航通信卫星、地面的控制中心以及客户端三部分组成。
而且，有2颗与地球是处于同步轨道的卫星，它主要负责执行地面控制中心与客户端的无线电信号双向传输的任务。
在BDS的地面控制中心中，主要包括网管中心、主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心[2]。
BDS概述学生教学课件ppt
1 2 3
全球卫星导航系统
BDS基于全球卫星导航系统，包括GPS、 GLONASS和Galileo等，提供高精度的定位和 导航服务。
双频多模接收机
BDS采用双频多模接收机技术，可以同时接收 多种卫星信号，提高定位和导航的可靠性和精 度。
差分增强技术
BDS采用差分增强技术，通过接收多个基准站 的数据，对用户接收机的误差进行修正，提高 定位和导航的精度。
案例四：智能农业系统
智能农业系统概述
智能农业系统是指利用先进的传感器技术、通信技术、计算机 处理技术等实现农业生产智能化的一种系统。
智能农业系统组成部分
智能农业系统包括农田信息采集系统、精准施肥/药系统、智能温 室控制系统等。
智能农业系统的优势
智能农业系统可以提高农业生产效率和农产品质量，减少化肥/农 药使用量，降低生产成本，改善农村生产生活环境。
bds概述学生教学课件ppt
xx年xx月xx日
目录
• bds基本概念及发展历程 • bds技术及应用场景 • bds系统架构及组成 • bds实施及管理 • bds案例分析 • bds未来发展趋势及展望
01
bds基本概念及发展历程
bds定义与特点
北斗卫星导航系统（BDS）：是一个人造地球卫星导航 系统，用于定位、导航和定时
bds的发展历程
01ห้องสมุดไป่ตู้
2000年10月31日，第一颗北斗导航试验卫星发射成功，标志着中国成为世界上 第三个拥有独立卫星导航定位系统的国家。
02
2012年，BDS开始提供全球服务，并被国际海事组织、国际民用航空组织确认 为卫星导航系统核心供应商之一。
03
截至2020年，已成功发射了4颗试验卫星，共48颗卫星在轨工作，覆盖全球和 区域两个服务类型。
BDS是北斗卫星导航系统简称
BDS北斗卫星导航系统简称北斗系统，英文名称为BeiDou NavigationSatellite System，缩写为BDS 北斗系统是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统，可在全球范围内全天候、全天时，为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。
北斗卫星导航系统简介（一）概述[1]北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
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。
（二）发展历程北斗卫星导航系统的建设目标是：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。
按照“三步走”的发展战略，北斗卫星导航系统将于2012年前具备亚太地区区域服务能力，2020年左右建成由20余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的、覆盖全球的大型航天系统。
北斗卫星导航系统的建设历程我国建设北斗导航检测认证体系“三步走”计划第一步即区域性导航系统，已由北斗一号卫星定位系统完成，这是中国自主研发，利用地球同步卫星为用户提供全天候、覆盖中国和周边地区的卫星定位系统。
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。
北斗卫星导航系统(BDS)定位原理及其应用
覆盖范围
北斗三号
北斗三号
美国的实力让他在全球可以布设GPS的地面站，但我国想 要实现全球布设北斗地面站还是有所不及。因此，在不布 设全球地面站的情况下对北斗卫星实现控制、参数注入等 工作就尤为重要。
北斗三号
通过卫星间的位置相互定 位，假如某一些卫星的位 置定的比较准确了，就把 它们的位置也作为观测点 ，联合其他地面观测点去 定位其他的卫星。这样一 来，卫星的位置精度就能 够得到大幅提高。
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。
27
北斗二号：系统组成
用户段
用户段由北斗用户终端以及与其他GNSS兼容的 终端组成。
北斗系统的用户终端
28
北斗二号：系统组成
用户段
用户终端研制进展顺利，相关的政策和标准 也在研究和制定当中。
B3: 1250.618~1286.423MHz
截至
星座
信号（实际发射）
2012年
5GEO+5IGSO+4MEO 主要是北斗系统第二阶段信号 （区域服务）
2020年
5GEO+3IGSO+27MEO 主要是北斗系统第三阶段信号 （全球服务）
30
北斗二号：信号特征
北斗系统第二阶段信号
信号
中心频点 (MHz)
铁 路 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。
浅谈北斗卫星导航定位系统的应用与发展
浅谈北斗卫星导航定位系统的应用与发展摘要：科技发展一直以来都是我们经济、社会发展的强大技术支撑。
尤其是近年来在我国各级政府以及社会的共同支持和努力作用下，北斗卫星导航定位技术日益成熟，在系统建设方面的也逐渐趋于完善化。
为进一步了解我国北斗卫星导航定位系统的发展情况，本文以北斗卫星导航定位系统为研究对象，围绕其发展现状、应用以及发展，分别进行了深入的研究。
关键词：北斗卫星导航定位系统；发展现状；应用；发展近年来在科技发展的巨大推动作用下，世界各国在卫星导航定位技术的研究方面都取得了长足性的发展。
并且基于北斗卫星导航定位系统自身优势功能的彰显，使得其被逐渐广泛应用于交通运输、辅助驾驶、民用航空等各个领域当中。
并在传统行业的基础上开创出了互联网+北斗的全新发展模式。
在我国积极构建“一带一路”发展体系的时代背景下，我们需要在北斗卫星导航定位系统的作用下实现我国新兴产业战略规划的有效调整，以此来促进北斗系统与“一带一路”、与居民社会生活的深度融合。
为此，我们有必要结合目前社会发展总体情况来对北斗卫星导航定位系统的应用与发展情况展开一番深入的研究与探讨。
一、北斗卫星导航定位系统发展现状北斗卫星导航系统简称BDS，是由我国自行研制的即GPS、GLONASS之后的一个较为成熟的全球卫星导航系统。
该系统由用户段、地面段、空间段组成，能够全天候、全天时在全球范围内为用户提供多样化、精准化的授时、导航、定位服务。
北斗卫星导航定位系统的建设与发展主要得益于我国近年来卫星导航产业的逐步发展。
中国卫星导航协会专家指出在未来的发展中，北斗卫星导航定位系统将被广泛应用于我国民用领域，以此来满足我国国家安全、经济发展的需求。
二、北斗卫星导航定位系统的应用北斗卫星导航定位系统基于自身在导航定位、通信服务等方面的优势作用，使其拥有着足以媲美GPS的显著优势。
同时也这为北斗卫星导航定位系统在社会各领域中的应用奠定了坚实的技术基础。
总结来讲，目前北斗卫星导航定位系统主要被应用于以下几个方面：一是，交通运输。
北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战
北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战一、本文概述1、北斗卫星导航系统（BDS）简介北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内提供全天候、全天时的定位、导航和授时服务，并且具有短报文通信能力，特色鲜明。
北斗卫星导航系统自20世纪80年代开始研制，经过数十年的不懈努力，已成功发射了数十颗导航卫星，并在全球范围内实现了广泛的覆盖和应用。
北斗卫星导航系统的技术特点主要体现在高精度、高可靠性、高安全性和高服务性能等方面。
其定位精度达到了亚米级，甚至厘米级，能够满足各种高精度应用需求。
同时，北斗卫星导航系统还具有强大的抗干扰能力和高可靠性，能够在复杂环境下稳定运行，为用户提供连续、稳定的服务。
北斗卫星导航系统还采用了多重加密和安全防护措施，确保用户数据的安全性和隐私性。
北斗卫星导航系统的建成和应用，不仅提升了中国在全球卫星导航领域的地位，也为全球卫星导航系统的发展注入了新的活力。
北斗卫星导航系统的覆盖范围和服务性能不断提升，已广泛应用于交通运输、农业、气象、国土资源等多个领域，为社会发展和人民生活提供了重要的支撑和服务。
然而，北斗卫星导航系统也面临着一些挑战。
随着全球卫星导航系统竞争的加剧，如何进一步提升系统的性能和服务质量，满足不同领域的需求，是北斗卫星导航系统需要解决的问题。
北斗卫星导航系统还需要加强国际合作，推动全球卫星导航系统的协同发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
2、BDS在全球导航卫星系统（GNSS）中的地位在全球导航卫星系统（GNSS）中，北斗卫星导航系统（BDS）已经确立了自己不可或缺的地位。
作为一个成熟且不断发展的全球卫星导航系统，BDS不仅为中国，也为全球用户提供了稳定、可靠的定位、导航和授时服务。
北斗高精度卫星定位系统
北斗高精度卫星定位系统
北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
全球范围内已经有137个国家与北斗卫星导航系统签下了合作协议。
随着全球组网的成功，北斗卫星导航系统未来的国际应用空间将会不断扩展。
GPSGALILEOBDSGLONASS四大卫星定位系统的论述
GPS、GAL I LEO、BDS、GLONA S S四大卫星定位系统得论述一、基本介绍>G P S数量：由24颗卫星组成。
轨道:髙度约20 2 0 0公里,分布在6条交点互隔6 0度得轨道而上。
精度：约为1 0米。
用途：军民两用。
进展：1 9 9 3年全部建成，正在实验第二代卫星系统，计划发射2 0颗。
>GLONASS数量：2 4颗卫星组成：精度：10米左右；用途：军民两用：进展:目前已有17颗卫星在轨运行，计划2 008年全部部署到位。
>GALILEO数量：30颗中高度圆轨道卫星组成，2 7颗为工作卫星,3颗为候补：轨道：高度为2 4 1 26公里，位于3个倾角为56度得轨道平而内；精度：最高精度小于1米；用途:主要为民用；进展：2 0 05年12月28日首颗实验卫星已成功发射，预计20 08年前可开通泄位服务.>BDS数量：3颗卫星组成，2颗为工作卫星，1颗为备用卫星：用途:军民两用；进展：前两颗分别于2 0 0 0年与2003年发射成功。
二、系统组成❖空间部分>GPS : GPS得空间部分就是由24颗卫星组成（2 1颗工作卫星;3颗备用卫星），它位于距地表2 0 200km得上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨逍面4颗），轨道倾角为55°。
卫星得分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上得卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS得卫星因为大气摩擦等问题;随着时间得推移，导航精度会逐渐降低>GLONASS:GLONASS系统采用中髙轨逍得24颗卫星星座，有2 1颗工作星与3颗备份星，均匀分布在3个圆形轨道平而上，每轨道面有8颗，轨道高度H = 1 900 0km, 运行周期T=llh 1 5min.倾角i=64、8 ° .>GALILEO：如下图所示，3 0颗中轨道卫星（MEO ）组成Gal i leo得空间卫星星座。
卫星均匀地分布在高度约为2 3616km得3个轨道面上，每个轨道上有10颗，苴中包括一颗备用卫星，轨道倾角为56° ,卫星绕地球一周约14h22min,这样得布设可以满足全球无缝隙导航立位.卫星得设汁寿命为20年,每颗卫星都将搭载导航载荷与一台搜救转发器.卫星发射采用一箭多星得发射方式，每次发射可以把5颗或6颗卫星同时送入轨道。
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调制方式 MBOC(6,1,1/11) BOC（14，2）
AltBOC(15,10 ) QPSK(10) BOC(15,2.5)
服务类型 开放 授权
开放 授权 授权
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时间系统
北斗时（BDT）溯源到协调世界时UTC（NTSC）， 与UTC的时间偏差小于100纳秒。BDT的起算历元时 间是2006年1月1日零时零分零秒（UTC）。
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。
定位原理
北斗一号
“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 方法求解圆弧与地球表面的 交点即可获得用户的位置。
25
北斗二号：系统组成
地面段
地面段由主控站、上行注入站和监测站组成。
26
北斗二号：系统组成
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。
北斗导航卫星 应用系统
个 人 位 置 服 务
当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导 航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线 。你可以向当地服务提供商发送文字信息告知你的要求， 如查询最近的停车位、餐厅、旅馆或其他你想去的任何地 方，服务商会立即根据你所在的位置，帮你找到需要的信 息。然后，将一张地图发送到你的手机上，甚至还会为你 提供酒店房间、餐厅或停车位预定等增值服务。
BDT与GPS时（1980年1月6日UTC0）时和Galileo
时的互操作在北斗设计时间系统时已经考虑，BDT 与GPS时和Galileo时的时差将会被监测和发播。
33
坐标系统
北斗系统采用中国2000大地坐标系统（CGS2000）。 CGS2000与国际地球参考框架ITRF的一致性约为5个
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步。 同时，鉴于北斗一号短报文和位置报告功能的实用性，该 项功能在北斗二号中得到了保留。
定位原理
北斗二号
北斗二号：系统组成
空间段
5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星
星座
GEO 卫星
MEO 卫星
24
北斗二号：系统组成
中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星、 地球同步轨道（Geostationay Orbit，GEO）卫星 倾斜地球同步轨道（Inclind Geosynchronous Orbit，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
道 路
管
交理
通
卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。
通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信 息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路 交通管理。例如，指示车辆走畅通的道路，限制进入拥挤的道路 ，或通告司机前方拥堵的情况，建议走车辆较少的路线。如果车 辆超速行驶而发生交通事故，则撞车时的速度、位置和时间信息 均会被记录在上，作为判断是否违章的依据；如果车辆被盗或被 抢，卫星导航会很快发现并跟踪其位置，使盗贼无处藏身。
北斗三号 4星
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 （Radio Determination Satellite Service）卫星无线 电测定服务，该系统只需两颗卫星和地面高程数据 库就能实现我国及周边地区定位。
北斗一号
工作原理
北斗卫星
北斗卫星
标校站
标校站 中心控制系统
标校站 用户位置 标校站
系统组成
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。
36
覆盖范围
北斗二号
北斗三号
2017年11月5日，北斗三号第一、二颗组网卫星发射成功，开 启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。相比北斗二号系 统，北斗三号系统技术更先进、建设规模更大、系统性更强
北斗二号民用频点B1选择在1561.098MHz，而GPS的L1在 1575.42MHz。根据2017年9月最新公布的北斗三号接口控制 文件，北斗民用信号B1C和B2a现在已经完全实现和GPS等系 统的兼容，这将有利于北斗全球化应用。
覆盖范围
北斗一号
北斗二号
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（Radio Navigation Satellite Service）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。
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；
B3: 1250.618~1286.423MHz
截至
星座
信号（实际发射）
2012年
5GEO+5IGSO+4MEO 主要是北斗系统第二阶段信号 （区域服务）
2020年
5GEO+3IGSO+27MEO 主要是北斗系统第三阶段信号 （全球服务）
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北斗二号：信号特征
北斗系统第二阶段信号
信号
中心频点 (MHz)
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。
覆盖范围
北斗三号
北斗三号
美国的实力让他在全球可以布设GPS的地面站，但我国想 要实现全球布设北斗地面站还是有所不及。因此，在不布 设全球地面站的情况下对北斗卫星实现控制、参数注入等 工作就尤为重要。
北斗三号
通过卫星间的位置相互定 位，假如某一些卫星的位 置定的比较准确了，就把 它们的位置也作为观测点 ，联合其他地面观测点去 定位其他的卫星。这样一 来，卫星的位置精度就能 够得到大幅提高。
铁 路 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。
北斗一号 4星
北斗二号 23星
中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星、
地球同步轨道（Geostationay Orbit，GEO）卫星
倾斜地球同步轨道（Inclind Geosynchronous Orbit， 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
北斗卫星导航定位系统 原理及应用
陈志高 2018年03月
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
俄罗斯 GLONASS
中国北斗 BDS
欧盟 GALILEO
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
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：
码速率 (cps)
B1(I) B1(Q) B2(I) B2(Q)
B3
1561.098 1207.14 1268.52
2.046 2.046 2.046 10.23 10.23
带宽 (ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱHz)
4.092
24 24
调制方式 QPSK QPSK QPSK
服务类型
开放 授权 开放 授权 授权
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北斗二号：信号特征
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）；