北斗导航技术分析
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北斗二代
• 定位技术
• 北斗二代融卫星导航与广域差分为一体，向用户实时播发卫星导航信 息、广域差分改正信息及完好性信息等。导航信息可为用户提供基本
的导航定位服务；广域增强信息根据用户的不同等级，可为用户提供
更高精度的定位精度，改善区域的导航性能，为所覆盖区域导航用户 提供全天候、高性能的导航定位服务。完好性信息可为用户提供区域 导航系统的可用性信息，当系统不可用或导航精度降低时，及时向用 户告警。
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星
IGSO：倾斜卫星同步轨道 GEO：地球静止轨道 MEO：中地球轨道
北斗一代
• 试验系统
• 北斗卫星导航试验系统又称为北斗一号，是中国的第一代卫星导航系 统，即有源区域卫星定位系统，1994年正式立项，2000年发射2颗卫
星后即能够工作，2003年又发射了一颗备份卫星，试验系统完成组建，
正式系统（北斗二代）：2004年-2020年
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星
• 北斗卫星导航系统由空间段计划由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。
北斗一代
• 定位原理（双星定位法）
• 中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号， 经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星 转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同 一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制 系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此 由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距 离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户 处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两 颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控 制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用 户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球 面平行的椭球面上。即可以推算出用户位置。
• 缺点
缺乏隐蔽性 用户容量受限制 定位精度不高， 无测速功能
北斗二代
• 正式系统
• 北斗卫星导航系统”一词一般用来特指第二代系统。此卫星导航系统 的发展目标是对全球提供无源定位，与GPS相似。在计划中，整个系
统将由35颗卫星组成，其中5颗是静止卫星，以与使用静止轨道卫星
的北斗卫星导航试验系统兼容。 • 2012年实现区域性覆盖，预计在2020年达到全球覆盖。
北斗二代
• 定位技术
题外：DGPS
• 分为局域差分（LADGPS)与广域差分(WADGPS) 两种
• WADGPS可覆盖整个国家，包括SBAS卫星就是利用静止轨道卫星建
立的地区性广域差分增强系统。现有的SBAS卫星包括EGONS(欧
洲）、WAAS（美国）、MSAS（日本）、GAGAN（印度）。 • LADGPS覆盖范围一般在10~100km，精度可达到厘米级。依靠基准 站校准发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得 精确的定位结果。电文采用的协议为RTCM-104。
北斗2代。
北斗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，军用与民用目的兼具。
北斗卫星导航系统简介
• 应用
北斗卫星导航系统简介
• 发展历程
试验系统（北斗一代）：1983年陈芳允院士提出，1994年开始研制， 2003年完成组建
伽利略系统合作计划
该系统服务范围为东经70°－140°，北纬5°－55°。在卫星的寿 命到期后（设计值8年），系统已停止工作。
北斗一代
• 系统组成
• 系统分为三个部分，分别为空间段、地面段、用户段： • 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。 • 用户段：用户的终端。
北斗二代
• 频段
B1频点：1559.052MHz－1591.788MHz B2频点：1166.220MHz－1217.370MHz
B3频点：1250.618MHz－1286.423MHz
注：其中B1、B2是民用信号，B3是军用信号。B1的标称频率为 1561.098MHz。
北斗二代
• 定位技术-三球交汇定位（与GPS定位原理一致）
北斗一代
• 工作原理
北斗一代
• 工作原理
• 首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转 发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并
同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控
制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进 行相应的数据处理。 中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐 标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。
北斗导航技术与测试介绍
硬件测试组 黄玲
概述
• • • • 1.北斗导航技术系统简介 2.一代北斗 3.二代北斗 4.北斗测试
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）
简称北斗系统，英文缩写为BDS，曾用名为COMPASS，是中国 自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定 位系统（GPS）和俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系 统, 与伽利略导航系统并称全球四大卫星导航系统 。分为北斗1代和
北斗一代
• 主要参数
服务区：我国及周边地区 定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差
分状态）。
定位时间：几秒钟 授时精度：单向100ns，双向20ns 通信能力：双向短报文通信120个汉字
北斗一代
• 优点 成本低 定位快 双向通信与授时 位置报告
北斗二代
• 定位技术
• 北斗二代融卫星导航与广域差分为一体，向用户实时播发卫星导航信 息、广域差分改正信息及完好性信息等。导航信息可为用户提供基本
的导航定位服务；广域增强信息根据用户的不同等级，可为用户提供
更高精度的定位精度，改善区域的导航性能，为所覆盖区域导航用户 提供全天候、高性能的导航定位服务。完好性信息可为用户提供区域 导航系统的可用性信息，当系统不可用或导航精度降低时，及时向用 户告警。
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星
IGSO：倾斜卫星同步轨道 GEO：地球静止轨道 MEO：中地球轨道
北斗一代
• 试验系统
• 北斗卫星导航试验系统又称为北斗一号，是中国的第一代卫星导航系 统，即有源区域卫星定位系统，1994年正式立项，2000年发射2颗卫
星后即能够工作，2003年又发射了一颗备份卫星，试验系统完成组建，
正式系统（北斗二代）：2004年-2020年
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星
• 北斗卫星导航系统由空间段计划由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。
北斗一代
• 定位原理（双星定位法）
• 中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号， 经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星 转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同 一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制 系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此 由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距 离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户 处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两 颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控 制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用 户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球 面平行的椭球面上。即可以推算出用户位置。
• 缺点
缺乏隐蔽性 用户容量受限制 定位精度不高， 无测速功能
北斗二代
• 正式系统
• 北斗卫星导航系统”一词一般用来特指第二代系统。此卫星导航系统 的发展目标是对全球提供无源定位，与GPS相似。在计划中，整个系
统将由35颗卫星组成，其中5颗是静止卫星，以与使用静止轨道卫星
的北斗卫星导航试验系统兼容。 • 2012年实现区域性覆盖，预计在2020年达到全球覆盖。
北斗二代
• 定位技术
题外：DGPS
• 分为局域差分（LADGPS)与广域差分(WADGPS) 两种
• WADGPS可覆盖整个国家，包括SBAS卫星就是利用静止轨道卫星建
立的地区性广域差分增强系统。现有的SBAS卫星包括EGONS(欧
洲）、WAAS（美国）、MSAS（日本）、GAGAN（印度）。 • LADGPS覆盖范围一般在10~100km，精度可达到厘米级。依靠基准 站校准发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得 精确的定位结果。电文采用的协议为RTCM-104。
北斗2代。
北斗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，军用与民用目的兼具。
北斗卫星导航系统简介
• 应用
北斗卫星导航系统简介
• 发展历程
试验系统（北斗一代）：1983年陈芳允院士提出，1994年开始研制， 2003年完成组建
伽利略系统合作计划
该系统服务范围为东经70°－140°，北纬5°－55°。在卫星的寿 命到期后（设计值8年），系统已停止工作。
北斗一代
• 系统组成
• 系统分为三个部分，分别为空间段、地面段、用户段： • 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。 • 用户段：用户的终端。
北斗二代
• 频段
B1频点：1559.052MHz－1591.788MHz B2频点：1166.220MHz－1217.370MHz
B3频点：1250.618MHz－1286.423MHz
注：其中B1、B2是民用信号，B3是军用信号。B1的标称频率为 1561.098MHz。
北斗二代
• 定位技术-三球交汇定位（与GPS定位原理一致）
北斗一代
• 工作原理
北斗一代
• 工作原理
• 首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转 发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并
同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控
制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进 行相应的数据处理。 中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐 标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。
北斗导航技术与测试介绍
硬件测试组 黄玲
概述
• • • • 1.北斗导航技术系统简介 2.一代北斗 3.二代北斗 4.北斗测试
北斗卫星导航系统简介
• 北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System）
简称北斗系统，英文缩写为BDS，曾用名为COMPASS，是中国 自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定 位系统（GPS）和俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系 统, 与伽利略导航系统并称全球四大卫星导航系统 。分为北斗1代和
北斗一代
• 主要参数
服务区：我国及周边地区 定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差
分状态）。
定位时间：几秒钟 授时精度：单向100ns，双向20ns 通信能力：双向短报文通信120个汉字
北斗一代
• 优点 成本低 定位快 双向通信与授时 位置报告