卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统BDS（中国）
系统介绍
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[1-2],与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。

北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务北斗卫星导航系统由空间端、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“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。

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。

该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、授时服务并兼具短报文通信能力。

[3]中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。

而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。

2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。

2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务；民用服务与GPS一样免费。

[1-2]
北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。

北斗卫星导航系统使用码分多址技术，与全球定位系统和伽利略定位系统一致，而不同于格洛纳斯系统的频分多址技术。

两者相比，码分多址有更高的频谱利用率，在由L波段的频谱资源非常有限的情况下，选择码分多址是更妥当的方式。

此外，码分多址的抗干扰性能，以及与其他卫星导航系统的兼容性能更佳
北斗卫星导航系统的官方宣布，在L波段和S波段发送导航信号，在L波段的B1、B2、B3频点上发送服务信号，包括开放的信号和需要授权的信号。

∙B1频点：1559.052MHz－1591.788MHz
∙B2频点：1166.220MHz－1217.370MHz
∙B3频点：1250.618MHz－1286.423MHz
2007年，在北斗-M1卫星发射后，被检测到于图示红色的波段上发出信号，与伽利略定位系统使用或计划使用的波段相重合。

国际电信联盟分配了E1（1590MHz）、E2（1561MHz）、E6（1269MHz）和E5B （1207MHz）四个波段给北斗卫星导航系统，这与伽利略定位系统使用或计划使用的波段存在重合。

然而，根据国际电信联盟的频段先占先得政策，若北斗系统先行使用，即拥有使用相应频段的优先权。

2007年，中国发射了北斗-M1，之后在相应波段上被检测到信号：B1 1561.098MHz±2.046MHz，1589.742MHz，1207.14MHz±12MHz，1268.52MHz±12MHz，以上波段与伽利略定位系统计划使用的波段重合，与全球卫星定位系统的L波段也有小部分重合。

北斗-M1是一个实验性的卫星，用于发射信号的测试和验证，并能以先占的原则确定对相应频率的使用权。

北斗-M1卫星在E2、E5B、E6频段进行信号传输，传输的信号分成2类，分别被称作“I”和“Q”。

“I”的信号具有较短的编码，可能会被用来作开放服务（民用），而“Q”部分的编码更长，且有更强的抗干扰性，可能会被用作需要授权的服务（军用）。

在北斗-M1发射后，法国、美国等工程师即展开了对信号的研究，研究者包括在中国引起热议的高杏欣，她和团队分析出了北斗-M1卫星的民用码信道编码方式并予以公开，但其研究内容与军用码的安全问题无关，事实上全球卫星定位系统和伽利略定位系统的民用码也早已被破解
全球定位系统GPS(美国)
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。

GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。

20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。

主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。

它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。

二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。

三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。

民用的定位精度可达10米内
GPS L1的载波频率是1575.42Mhz,而载波功率是43dbm左右，到达地面的功率大概只有-135dbm
格洛纳斯GLONASS(苏联/俄国)
SATELLITE SYSTEM”的缩写
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
采用两种频率信号
格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目，格洛纳斯系统将使用24颗卫星实现
全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。

按照设计，格洛纳斯星座卫星由中轨道的24颗卫星组成，包括21颗工作星和3颗备份星，分布于3个圆形轨道面上，轨道高度19100千米，倾角64.8°。

和GPS系统不同，格洛纳斯系统使用频分多址(FDMA)的方式，每颗格洛纳斯卫星广播两种信号，L1和L2信号。

具体地说，频率分别为L1=1602+0.5625*k(MHz)和
L2=1246+0.4375*k(MHz)，其中 k为1～24为每颗卫星的频率编号，同一颗卫星满足L1/L2=9/7。

格洛纳斯系统设计定位精度为在95%的概率条件下，水平向为100米，垂直向为150米。

GLONASS空间星座由24颗卫星组成，卫星有六种类型：BlockⅠ,BlockⅡa, BlockⅡb, BlockⅡ以及正在研制中的下一代改进型卫星GLONASS-MⅠ和GLONASS-MⅡ。

每颗GLONASS卫星都在L波段上发射两个载波信号L1和L2，民用码仅调制在L1上，而军用码在（L-1和L2）双频上，GLONASS采用频分多址（FDMA）区分卫星信号。

改频计划
GLONASS采用频分制，24颗卫星L1信号的总频带宽度为1602～
1615.5±0.51MHz。

显然该频段的高端频率与传统的射电天文频段（1610.6～1613.8MHz）重叠。

另外ITU WARC-92又决定将1016-1626.5MHz频段分配给低地球轨道（LEO）移动通信卫星使用，因此要求GLONASS改变频率，即让出高端频率。

1993年9月俄罗斯作出响应，决定在同一轨道面上相隔180°（即在地球相反两侧）的两颗卫星使用同一频道。

于是，在仍保持频分多址的情况下，系统总频道数可减少一半，因而可让出高端频率。

应该指出，在改频计划第Ⅰ和第Ⅱ阶段，不排除在新发射的卫星上使用-7～+4中的频道，并装上滤除1610.6～1613.8MHz和在（第Ⅲ阶段及其以后的发射卫星再装上）1060～1670MHz的滤波器，以消除强的带外干扰。

此外，为了保持L2与L1的间隔，改频计划还包括对L2信号频率（按L2/L1=7/9）作相应的改变。

在1996年12月的有关会议上，美国的代表要求俄罗斯加快实施GLONASS的改频计划，并希望俄罗斯能在2000年完成。

而俄罗斯的代表仍坚持原计划不能改变，因为改变计划受到因此要升级卫星和其它设备的限制。

解决GLONASS信号与其它电子系统相互干扰的另外一种有效办法是使GLONASS 象GPS那样，使用码分多址（CDMA），即所有卫星均采用相同的发射频率，该频率可以很接近GPS的或者就用GPS的频率。

这样，两个系统的兼容问题可大大改善，并使某些干扰问题降到最小。

据报道，美国洛克韦尔公司决定协助俄罗斯改进GLONASS。

其一是将GLONASS的频率改为GPS的频率，便于世界民用。

此项计划将耗资470万美元。

伽利略卫星导航系统（欧洲）
伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system）
民用方面：
GLONASS：L1=1602+0.5625*k(MHz)和L2=1246+0.4375*k(MHz) L1/L2=9/7 GPS:L1 :1575.42 +/-10 MHz L2:1227.60 +/-10 MHz
单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。

由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。

利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

北斗：B1：1561.098 B2：1207.14
1561.098 MHz (B1), 1589.742 MHz (B1-2),1207.14 MHz (B2), 1268.52 MHz (B3)每个载波信号均有正交调制的普通测距码（I支路）和精密测距码（Q支路）。

卫星以不同地址码区分（CDMA）。

伽利略：1589.74 MHz(E1:1587-1591)、1561.1 MHz(E2:1559-1563)、1278.75 MHz(E6)、1176.45MHz(E5a)、1207.14(E5b)
从上看来，伽利略的频率几乎和北斗完全重合！！不过考虑到一定的带宽以及CDMA的调制模式，信号是可以共存的。

北斗导航建设规划：
Till the year Constellation Signals (actual emission)
2012 5GEO+5IGSO+4MEO
（Regional Service） mainly COMPASS Phase(CP) II signals
2020 5GEO+3IGSO+27MEO
（Global Service） mainly CP III signals
CP II: B1, B2, and B3 as below
Component Carrier Frequency(MHz) Chip
Rate(cps) Bandwidth(MHz) Modulation Type Service Type
B1(I) 1561.098 2.046 4.092 QPSK O pen
B1(Q) 1561.098 2.046 4.092 Q PSK Authorized
B2(I) 1207.14 2.046 24 QPSK Open
B2(Q) 1207.14 10.23 24 Q PSK Authorized
B3 1268.52 10.23 24 QPSK Authorized
CP III: B1, B2 and B3 as below
Component Carrier Frequency(MHz) Chip Rate(cps) Data/Symbol Rate (bps/sps) Modulation Type Service Type
B1-Cd 1575.42 1.023 50/100 MBOC(6,1,1/11) Open
B1-Cp 1575.42 1.023 No MBOC(6,1,1/11) Open
B1-A 1575.42 2.046 50/100
BOC（14，
2） Authorized B2aD 1191.795 10.23 25/50 AltBOC(15,10 ) Open
B2aP 1191.795 10.23 No AltBOC(15,10 ) Open
B2bD 1191.795 10.23 50/100 AltBOC(15,10 ) Open
B2bP 1191.795 10.23 No AltBOC(15,10 ) Open
B3 1268.52 10.23 500bps QPSK(10) Authorized
B3-AD 1268.52 2.5575 50/100 BOC(15,2.5) Authorized
B3-AP 1268.52 2.5575 No BOC(15,2.5) Authorized
北斗导航系统性能指标（免费使用）
Open Service：free and open to users
Positioning Accuracy: 10 m
Timing Accuracy: 20 ns
Velocity Accuracy: 0.2 m/s。