北斗卫星通信原理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
简介
北斗卫星定位系统是由我国建立的区域导航定位系统。
该系统由三颗(两颗工作卫星、一颗备用卫星)北斗定位卫星(北斗一号)、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。
北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务,授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度,北斗导航系统三维定位精度约几十米,授时精度约100ns。
美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m,C/A码目前己由25-100m提高到12m,授时精度日前约20ns。
北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。
三颗导航定位卫星的发射时间分别为:2000年10月31日;2000年12月21日;2003年5月25日,第三颗是备用卫星。
北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD,在ITU(国际电信联合会)登记的无线电频段为L波段(发射)和S波段(接收)。
北斗二代卫星定位系统的英文为Compass(即指南针),在ITU登记的无线电频段为L波段。
北斗一号系统的基本功能包括:定位、通信(短消息)[glow=255,red,2][/glow]和授时。
北斗二代系统的功能与GPS相同,即定位与授时。
系统工作原理:
北斗一号”卫星定位系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,又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。
从而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。
“北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°,东经70°一140°之间的心脏地区,上大下小,最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100米(1σ),
设立标校站之后为20米
(类似差分状态)。
工作频率:2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。
与GPS系统对比
1、覆盖范围:北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°一140°,北纬5°一55°。
GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)。
2、卫星数量和轨道特性:北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60°。
GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星,轨道赤道倾角55°,轨道面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道,绕地球一周11小时58分。
3、定位原理:北斗导航系统是主动式双向
测距二维导航。地面中心控制系统解算,供用户
三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维
导航。
由用户设备独立解算自位解算在那
里而不是由用户设备完成的。为了弥补这
种系统易损性,GPS正在发展星际横向数
据链技术,使万一主控站被毁后GPS卫
星可以独立运行。
而“北斗一号”系统从原理上排除了
这种可能性,一旦中心控制系统受损,系
统就不能继续工作了。
4、实时性:“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统,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。
综上所述:
北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途,可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。
缺点是不能覆盖两极地区,赤道附近定位精度差,只能二维主动式定位,且需提供用户高程数据,不能满足高动态和保密的军事用户要求,用户数量受一定限制。
但最重要的是,“北斗一号”导航系统是我国独立自主建立的卫星导少的初步起步系统。此外,该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。
相反,在此基础上还将建立中国的GPS广域差分系统。可以使受SA干扰的GPS民用码接收机的定位精度由百米级修正到数米级,可以更好的促进GPS在民间的利用。
当然,我们也需要认识到,随着我军高技术武器的不断发展,对导航定位的信息支持要求越来越高。
“一代…北斗‟只用双星定位,比GPS等投资小、建成快,”这是我国国情决定的,也对一代“北斗”的技术路线提出了特殊的要求,“所以我们的定位系统具有自己的特点。”
美国的GPS和俄罗斯的GLONASS,都是使用24颗卫星(GPS还另有3颗备份卫星,GLONASS则因经费问题损失了几颗卫星)组成网络。
这些卫星不中断地向地面站发回精确的时间和它们的位置。GPS接收器利用GPS卫星发送的信号确定卫星在太空中的位置,并根据无线电波传送的时间来计算它们间的距离。
等计算出至少3~4颗卫星的相对位置后,GPS接收器就可以用三角学来算出自己的位置。每个GPS卫星都有4个高精度的原子钟,同时还有一个实时更新的数据库,记载着其他卫星的现在位置和运行轨迹。当GPS接收器确定了一个卫星的位置时,它可以下载其他所有卫星的位置信息,这有助于它更快地得到所需的其他卫星的信息。
一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想,正式立项是在1994年。北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等3部分即可完成定位。
一代“北斗”与GPS系统不同,对所有用户位置的计算不是在卫星上进行,而是在地面中心站完成的。
因此,地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息,并负责整个系统的监控管理。
有源无源是关键不同点[glow=255,red,2][/glow]
“一代…北斗‟采用的是有源定位,GPS和GLONASS等都是无源定位”这是它们质上的不同点。
所谓有源定位就用户需要通过地面中心站联系及地面中心站的传输,通讯就不必通过其他的通讯卫星了,一星多用符合我国国情。
GPS和GLONASS没有设计通讯功能,主要原因就在于不需要地面站中转服务的无源定位不能提供通讯服务。