北斗卫星导航系统基本知识

北斗卫星导航系统基本知识
中兴恒和卫星应用科技股份有限公司
成立于2007年，专门从事北斗卫星导航系统应用的高科技股份制企业。

作为“北斗卫星”全国分理服务商之一，并同时拥有中国卫星导航定位应用管理中心颁发的“北斗导航民用服务分理许可证”和“终端设备生产许可”两项资质，国家二级保密单位。

培训目的：了解北斗卫星监控的技术优势，掌握北斗卫星监控的应用领域，以便市场部寻找客户群，与客户群进行有效沟通。

一、北斗卫星导航系统
系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

北斗卫星导航系统主要有四大功能：
（1）快速定位，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS相当；
（2）短报文通信，一次可传送多达120个汉字的信息；
（3）精密授时，精度达20纳秒。

（4）系统容纳的最大用户数：540000户/小时。

GPS系统由空间部分、地面控制系统、用户设备三部分组成，GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,用户设备部分即GPS信号接收机。

北斗卫星导航系统自身特点：
（1）“北斗”具有定位和通信双重作用,具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。

（2）“北斗”"定位精度20米左右。

（3）“北斗”终端价格已经趋于GPS终端价格。

（4）采用接收终端不需铺设地面基站。

（5）灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息。

二、北斗产品
三、北斗卫星导航系统优势介绍
北斗导航优于GPS系统之处，在于“北斗”同时具有定位和通信功能，不需要依靠其他通讯网络的支持，就能够实现自有通信体系全天候、全时空、全覆盖的通信服务。

四、北斗卫星导航系统与GPS的对比
北斗应用有五大优势：
（1）它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。

而 GPS只能定位。

（2）覆盖范围大，没有通讯盲区。

北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可为周边国家服务。

（3）特别适合于集团用户大范围监控管理和数据采集用户数据传输应用。

（4）融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，因此也可利用GPS 使之应用更加丰富。

（5）自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。

五、北斗卫星导航系统民用功能
（1）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。

（2）气象应用
北斗导航卫星气象应用的开展，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。

除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

探空仪搭载在探空气球或飞机、火箭等飞行器上，利用其中北斗接收模块，进行实时定位，输出探空仪的高程信息。

同时，数据采集模块进行数据采集，数据信息经处理后，与探空仪高程信息一起发送回地面接收单元。

地面接收单元将接收到的信号进行转换即可得到当时的大气温度、湿度、气压、风速等信息。

通过对探空系统得到的一系列数据信息的研究分析，可以为天气预报和气候研究等提供有力的支持
（3）道路交通管理、车辆定位
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。

2013年1月14日，交通运输部有消息传出，2013年3月底前，江苏、安徽、河北、陕西、山东、湖南、宁夏、贵州、天津9个示范省市区80%以上的大客车、旅游包车和危险品运输车辆，都要安装北斗导航系统的车载终端。

这是我国北斗卫星导航系统专项启动后首个民用示范工程。

该项目作为全国北斗应用的“试验田”，计划用2年时间，在9个示范省市区建设7个应用系统和一套支撑平台，安装8万台北斗终端。

在交通运输方面，北斗卫星导航应用于警用系统、物流行业、公务行政车管理、两客一危车辆管理。

警用系统
目前随着警用系统如何实现对警用车辆科学高效的信息化管理和调度。

如何满足警用地理信息（PGIS）、公安指挥调度等系统对车辆管理信息及准确定位数据的需求日益增加。

GPS导航融合我国自主知识产权的北斗卫星导航技术，全面支持北斗导航系统终端设备的接入和管理。

自主研发一套功能全面、技术先进、运行稳定覆盖各省厅及地市各级单位的车辆定位、管理系统。

并与警用地理信息（PGIS）、指挥调度、110接警等系统实现对接，提供精确可靠的车辆基础定位数据。

全面提高全省警力的现代化指挥调度水平。

同时系统具备完善的车辆运行数据管理统计功能，支持图形化实时显示。

为警用车辆的管理工作提供准确的依据，做到车辆管理公开化，数字化，高效化。

物流行业
近年来，我国的物流基础设施规模迅速扩大，企业对物流的依赖也在逐步扩大，随着企业物流信息化的迅猛发展，企业纷纷上马内部货物管理系统、仓储系统等内部物流管理系统，大大提高了企业的内部信息化，但同时也出现了忙时资源短缺（车辆、库存、人员等），闲时资源过剩等问题.企业急需企业间联合平台来提高企业资源的用率。

在国内，近年随着智慧地球等无线感知网络应用的兴起，物联网在交通、电力、医疗、环境监控等领域得到了广泛的应用。

在全球范围内，物联网技术正越来越广泛的应用于汽车制造和服务领域，并成为物联网领域最活跃最主要的业务之一。

在现代物流运输领域，公路占有着非常大的比重，
对物流运输车辆的有效监控、调度具有非常重大的现实意义。

GPS导航通过建立一个应用创新的北斗系统平台，完成物流运输车辆的统一管理、车载终端的统一接入与管理。

实现了对车辆的成本管理、司机的绩效考核、行车安全管理、车辆事故分析；实现物流运输过程的透明化。

公务行政车管理
目前政府公务车数量庞大，如何控制每车每年开销成本，缩减“三公”支出，增民利、得民心是政府部门缩短开支的一大话题。

国务院总理李克强在今年两会上回答记者提问时强调：“要让人民过上好日子，政府就要过紧日子”，要求“中央政府要带头做起，一级做给一级看。

”通过北斗定位系统，为各级政府实现了公务车辆的管理高效，提高数字化管理水平，合理调度车辆，提高办公效率，防止公车私用；减少违规驾驶，有效保障驾驶员的人身安全，避免车辆的不必要损失；实现管理成本和运营成本量化，大大节省运营成本，随意违规驾驶车辆的行为随之大大减少。

两客一危车辆
随着国内经济的持续发展，道路交通成为了交通运输行业的重要支柱。

但是由于部分运输企业监管力度不够，部分从业人员安全服务意思不强，信息安全监管不到位等情况造成了每年的道路交通事故频频发生。

给人民群众生命财产造成了巨大损失，也给当前各地经济发展工作带来了影响。

北斗导航系统及终端应用在“两客一危”车辆后，将更加方便对车辆进行动态监控，能够在偏远山区、自然灾害等情况下保持信号稳定，监控平台可通过卫星定位及时确认位置，方便搜寻工作。

道路运输安全更加有保障。

系统联网后，道路运输管理机构安全监管执法人员只要通过北斗卫星车载终端监控平台或手持执法监管终端设备，就能及时发现并纠正驾驶员超速、超员、疲劳驾驶、乱班乱线等违法违规行为。

（4）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。

（5）海运和水运
海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。

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。

同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

提供技术服务包括：向管理单位提供船舶遇险报警信息；船舶资料及身份码入网登记、变更、注销等管理；船舶实时船位监控及查询；船舶历史航迹数据回放及查询；海况、气象、渔讯、渔情、渔市等信息发布。

（6）航空运输
当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。

利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。

通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。

（7）应急救援
卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。

在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。

北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。

系统结构
系统主要由地面应急救援指挥中心、移动应急救援指挥分中心和应急救援单兵系统三部分组成。

依托通信卫星及其他辅助通讯设备可实现图像、语音、相关数据的上传于下发；依托北斗定位导航通讯卫星实现准确定位于基于短报文的应急指挥与综合显示等。

系统功能及特点
➢可预先设置存储多条路线，根据任务需要调用；
➢可人工设置北斗定位或GPS定位两种工作模式；
➢执行任务过程中，可根据指定的路线实时解算航向、速度和预达时刻，并以文字实时显示速度、航向；
➢能够实时记录救援队的航迹，并进行存储回放，可作为训练任务完成情况的讲评参考依据；
➢支持1：100万、1：50万、1:5万及更大比例尺的全国矢量地图；
远程应急通信功能
➢能够以短报文方式向地面指挥所通报情况，包括文字和图形信息；
➢能够事先编辑和存储常用报告指令，需要时便捷调用；
➢能够采用一键式发送紧急求救或遭遇危险信息，地面指挥所收到该信息后，将闪烁并配合语音提示，以便指挥人员及时进行处置。

（8）地质灾害监测
2013年北斗导航将对北京全市范围内的1141个地质灾害点，完成地质灾害监测预警全覆盖。

北斗导航技术的地质灾害监测预警已在密云设立了32个监测点，作为北京市完成“全覆盖”前的示范工程。

随着预警系统的建成和完善，北斗导航将能实现对5毫米以上地面变动的监测和预警，让有关部门和市民提前做好防灾准备。

（9）北斗定位在居家养老服务项目
家福项目是基于LBS基站定位、北斗定位、移动互联网、云计算等多种技术，并结合语音及视频技术。

是基于智能手机、电脑和互联网的“可视化”管理云平台，实现养老巡视员的定位监控、入户巡检，预约提交，信息查询等可视化管理等。

实现功能：入户巡视、家政服务、我的位置、健身娱乐、配送服务、医疗服务、生活安全、档案查询、中心通告
高精度北斗定位，能够帮助养老巡视人员时刻了解老人位置信息，同时也能够随时随地掌握巡视人员的分布状态以及派发任务执行提醒，巡视人员可以通过手机端反馈老人状况、任务执行情况等重要信息。

所有巡视人员轨迹、老人外出活动信息都被记录存储在控制中心，方便查询、统计、分析、报表。

监控中心通过北斗定位实时监控入户数据，规范巡视员入户行为；在发生紧急情况时，通过终端的紧急求助功能，可快捷联系调度中心，及时调度排查险情，保证老年人生
命安全。

通过对巡视员实时位置的掌控，通过北斗定位合理有效地调度，提升巡视响应速度。

根据以往巡视经验数据的分析汇总，对采购计划作出合理调整，减少资源浪费，对注意事项进行预告式通知及提醒，提升老龄人群的满意度。

各种巡视报表、服务统计报表、服务商预约单报表、等均可打印，方便制作领导或管理单位要求的各项报表。

准确及时提供企业管理决策分析。

（10）北斗卫星技术在新疆地质勘查应急救援保障工作中的应用
应急救援管理平台是为提高新疆地矿局应急救援管理水平而建设的一套信息采集分析系统，它以全新疆范围的15米精度的ETM遥感影像为底图，叠加各种比例尺行政区域图、热点地名地址矢量地图，野外勘查工作人员手持终端的实时定位的位置能够显示在地理底图上，同时能够与野外工作人员进行双向短报文通信，实现对野外工作人员及车辆的实时跟踪监控，对野外项目和应急资源的具体情况进行管理和查询，同时通过地理信息平台将具体位置等信息实时显示在地图上，极大的加强了安全管理部门对各野外项目生产安全的控制，同时可以将各个野外作业人员的工作情况、灾害发生地区的情况及时统计上报、汇总，并科学决策、调度和就近救援。

提高了地矿局应急救援处置的能力。

基本功能概述
北斗卫星导航系统本身具有定位、导航、测速、精密授时及短报文通信功能。

依托北斗卫星导航系统现有的功能开发的应急救援管理平台也具有跟踪定位、监控、通讯的基本功能。

在野外工作中，通过该平台可以实时对野外作业人员、车辆进行跟踪定位、监控将位置信息直观的反映在数字地图上。

同时在无公网信号的区域，野外作业人员、车辆可以按照规定协议通过北斗短报文系统发送信息，进行信息的沟通和交流。

特殊功能
基于北斗卫星导航系统的一些基本功能，应急救援管理平台又研发了一些符合新疆野外工作实际需求的特色功能并在实际中应用，下面对这些功能做一简述。

一键报警处置
应急救援管理平台能自动处理野外人员按照规定协议发出的告警信息，包括迷路、断水、断粮、有人受伤、遭遇泥石流、车祸等，使用声音、文字等方式向中心报警，并显示在地图上，同时按规定协议不断将求救人员、车辆的最后位置
信息和求救信息通过卫星网络自动向距离最近的野外人员手持终端，使用移动短信方式向相关人员转发，为及时组织救援赢得宝贵时间。

预警信息手持终端推送
当出现泥石流、沙尘暴等预警信息时，局安全管理部门可将预警信息发送在平台上，监控中心收到预警信息后，通过卫星对区域界线的识别，将相关预警信息转发到预警发生范围内的野外作业人员或车辆的北斗终端上，便于提高各单位的风险防范意识，及时对风险情况做出部署。

野外项目管理
平台上的野外项目管理模块可将野外项目信息，包括项目编号、项目单位、项目名称、项目地点、出队时间、收队时间、负责人联系方式、人员数、车辆数、通讯工具数、北斗终端、安全保障措施、作业范围、应急资源等信息显示在平台上，并将各单位的野外项目具体作业范围标绘在地图上，在统一界面上实现数据显示及处理，便于进行野外项目管理，出现紧急情况通过地图上标绘的具体位置及应急资源的显示，有利于做出及时响应，降低事故的危害程度，便于就近救援和物资的统一调配。

应用实例
2013年6月21日，在无报警救援的情况下中心监控值班人员通过物探队两部手持终端的通信信息发现丹玉化探项目组一辆汽车陷入河中，其中一名作业人员呼吸困难，急需救治，中心监控值班人员及时与物探队联系，物探队通过应急救援管理平台监控定位、指挥距离最近的野外项目作业人员进行紧急救援，在安全管理部门指挥调度、相关人员积极参与的情况下，事故车辆和人员均获得安全救助，此次事件在最短的时间内得到圆满解决，避免了人员的伤亡和财产的损失。

(11) 旅游搜救的应用
系统功能
➢使用者随身携带救援终端，根据不同情况，按下功能键；
➢救援终端通过北斗系统自动发送求救信号；
➢北斗导航系统接收到求救信号，通过解算，将求救信号和用户位置坐标转发给监控中心；
➢服务系统将救援信息通过电子邮件、短信、即时通讯等多种渠道通知呼救人员预先指定的紧急联系人，同时将救援信息发送至“当地救援部门”；
➢当地救援部门根据传回的用户位置坐标，组织有效救援
拓展服务功能
➢足迹功能：可以让亲朋好友实时在线追踪使用者所处位置，形成足迹，也可以保存足迹路线，以便日后查看。

➢发布微博：在无通信网络地区通过北斗终端发送短信，进而自动转发到绑定的微博上，实现微博互通互动；
➢SNS社区功能：在无通信网络地区实时更新状态，发布旅游探险路径，进行基于地理位置的感知体验和信息分享；
➢车辆监控：车辆离开设定范围，即启动报警程序，向应急中心发送报警信号和位置信息；在无通信网络地区实现车辆位置回传与信息互传共享。

（12）在快速消费品行业中的应用
雅迅“掌务通”（快消版）针对快消品行业拜访销售这种特殊的销售模式，以北斗移动位置管理技术应用为基础，以基层业务代表的移动位置和时间信息、标准化业务流程、终端门店生动化陈列、销售流程闭环管理、数据真实、快速采集为管控核心，通过拜访线路规划、工作过程即时拍照取证、数据即时采集反馈、即时动态数据共享、异常情况即时提醒等管理机制，实现企业对外勤销售人员工作过程即时管控的移动销售高效过程管理。

（13）北斗在电力时间同步系统中的应用
主要通过对国内电力系统时间同步系统的现状和时钟源问题的研究，以电力系统时间同步需求为导向，基于北斗卫星、GPS卫星的无线时间基准的安全可靠的高精度时间同步装置，构建一套通过有线时间基准进行组网，同时具备对系统内的时间同步装置和被授时设备进行时间精度监测功能的时间同步系统。

项目经过前期的调研和研究认为当GPS信号缺失或不确定时将影响电力系统的应用,因此需要多时间源(增加北斗时间源)。

虽然多无线源间可实现互为备用,但当无线时间信号由于气候等源因同时缺失或不稳定时会影响时间的连续应用,因此需增加有线时间同步授时源确保电力系统时间的连续、可靠的应用。

这种同步不仅仅能实现变电站内保护、控制、录波等装置的时间统一，而且可以做到增加全地区北斗无线授时和有线IEEE1588时间报文，使地面有线时间和卫星无线时间基准形
成“天地互备”的时间同步机制，再对各时间应用设备的时间监测功能对系统内的同步情况进行监视和测量，形成一套完整的同步控制管理机制，提高系统的可用性、可靠性和可管理性。

（14）北斗在司法电子监控制度中的应用
北斗/GPS双模式司法脚踝追踪定位信息服务系统，这套系统是为我国特殊人群定位、追踪、管理而特别设计的。

北斗/GPS双模式定位并结合射频技术能够实现室内室外定位追踪无盲区,通过设立电子围栏报警、射频测距报警、下载出行规程,实现对特殊人群的电子监控,节省司法成本并有利于这些人员的教育改造。

目前，北斗定位技术的电子监控设备在我国的特殊人群管理上还处于探索阶段，仍然是一项空白。

而北斗/GPS双模式司法脚踝追踪定位信息服务系统产品的完成有力地填补了我国在这方面的技术空白。

北斗/GPS双模式司法脚踝追踪定位信息服务系统包括：便携北斗定位通讯器、脚踝环形发射器、室内监测转发器、刑事官手持定位器、中心数据监测软件平台。

便携北斗定位通讯器具有可移除性，当电子监控对象离开家的时候要别在腰带上，脚踝环形发射器要永久性地套在在脚踝上（电子监控结束刑事官有权打开）。

便携北斗定位通讯器和脚踝环形发射器能直接通讯，二者是两位一体，它们能保证电子监控对象按照预设的日期程序表局限在他们的家中活动，而当他离家外出的时候提供简捷的北斗/GPS追踪。

室内监测转发器放置在电子监控对象的的家中，接收便携北斗定位通讯器的信号。

室内监测转发器用来给便携北斗定位通讯器充电并通过地面基站系统与中心数据库或监视站通讯，记录所有历史位置信息、违规信息和房屋监视居住状态。

（15）北斗警务终端的应用
北斗实现双星定位和通讯链路保障
考虑到公安侦查指挥现场情况无线通讯网络的特殊性和复杂性，系统采用北斗/GPS双模单警终端进行定位和通讯的保障。

①双星定位
其中实时定位方面首先采用GPS定位，在没有GPS卫星信号的情况下可以无缝转换到北斗卫星定位，双星定位保证定位信息完美覆盖；。