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北斗导航系统发展趋势初探

作者：边项泽 曹汉清

来源：《科学导报·学术》2018年第22期

摘 要：本文对北斗导航系统从整体概述，发展历程，基本构成，应用，特点等方面进行了简要概述，并对北斗导航系统的发展必要进行了分析。 关键词：北斗；导航；定位 引言

卫星导航技术是一种基于无线电导航定位和时间传递的系统，可以提供高精度、全天候的位置、速度和时间信息最近几十年的发展，它已被广泛应用于世界各个行业，已成为一个国家的重要指标和国防安全的重要支撑。

在导航系统方面，最著名的是美国GPS全球定位系统，俄罗斯GLONASS导航系统，欧盟GSLILEO卫星导航系统和中国北斗导航系统。本文将对中国的北斗导航系统进行简要概述，并对北斗导航系统的发展必要进行简述。 1 北斗导航系统概述

北斗卫星导航系统（BDS）是一个自建的独立卫星导航系统，符合国家安全和经济社会发展的需要。它为全球用户提供全天候，全天候，高精度的定位，导航和定时服务。国家重要空间基础设施

随着北斗卫星导航系统（BDS）建设和服务能力的发展，北斗导航系统已广泛应用于个人定位服务，气象应用，道路交通管理，铁路智能交通，航运水运，应急救援等领域，逐步渗透到人类社会生产和人民生活的各个方面，为全球经济和社会发展注入了新的活力。 2 北斗导航系统的发展历程

2000年，中国建成了北斗导航测试系统，成为继美国和俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家，并开始建设北斗卫星导航系统。

2012年12月27日，北斗导航系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，标志着北斗卫星导航系统正式提供区域服务

2014年11月23日，国际海事组织海事安全委员会审议通过了北斗卫星导航系统批准的导航安全通告，标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分。获得了面向海洋的应用。国际法律地位。中国的卫星导航系统已得到国际海事组织的认可。

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2017年11月5日，中国第三代导航卫星顺利升空，它标志着中国正式开始建造\北斗\全球卫星导航系统。

2018年8月25日，我国在西昌卫星发射中心以\一箭双星\方式成功发射第37、38两颗属于中圆地球轨道卫北斗导航卫星。在这两颗北斗导航卫星上，还首次装载了国际搜救组织标准设备，北斗导航系统将为全球用户提供遇险报警及定位服务。

2018年12月27日，北斗系统服务范围由区域扩展为全球，标志着北斗系统正式迈入全球时代。

3 北斗导航系统的基本构成

斗导航系统由三部分组成：空间部分，地面部分和用户部分。

空间段——北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。

地面段——北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站。 用户群—— 北斗系统用户群包括北斗兼容其他卫星导航系统芯片，模块，天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。 4 北斗导航系统的导航原理

这35颗卫星在地面以上20，000公里的固定高度繞地球运行，允许在任何时间在地面上的任何一点同时观测到四颗以上的卫星。由于卫星的位置是准确的，我们可以在卫星观测中获得从卫星到接收器的距离。利用三维坐标中的距离公式，使用三颗卫星，我们可以形成三个方程并求解观测点。位置（X，Y，Z）。考虑到卫星时钟和接收器时钟之间的误差，实际上有四个未知数，X，Y，Z和时钟差。因此，有必要引入第四颗卫星来形成四个方程来解决问题。纬度和经度和海拔。实际上，接收器通常可以锁定4颗以上的卫星。在这种情况下，可以根据卫星的星座分布将接收器分成组，每组4个，然后算法选择具有最小误差的组进行定位。提高准确性。目前，北斗导航系统的精度已达到2.5至5米，测速精度为0.2米/秒，定时精度为20纳秒。并且北斗三号的设计寿命也从8年提高到10年到12年，并提出了\保证服务不间断\指标。

5 北斗导航系统的应用 5.1 个人位置服务

当您不知道要去的路线时，您可以使用配备北斗卫星导航接收器芯片的手机或汽车卫星导航设备来查找您想要的路线。

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5.2 气象应用

北斗导航卫星气象应用的发展可以促进中国的天气分析和数值天气预报，气候变化监测和预报，提高空间天气预警服务水平，增强中国的气象防灾减灾能力。 5.3 道路交通管理

卫星导航系统将通过在车辆上安装卫星导航接收器和数据发射器，帮助减少交通拥堵并改善道路交通管理。 5.4 铁路智能交通

未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠性，高精度定位，测速和定时服务，推动铁路运输现代化，实现从传统调度到智能交通管理的转变。 5.4 海运和水运

航运和水运是当今世界上最广泛的运输方式之一，也是卫星导航系统中最早的应用之一。在各种船舶上安装卫星导航终端设备可以使海水运输更加高效和安全。北斗卫星导航系统将为各种天气条件下的水上航行船舶提供导航定位和安全保护。同时，北斗卫星导航系统独有的短信通信功能将支持各种新业务的发展。 5.5 应急救援

除导航定位外，北斗卫星导航系统还具有短信通信功能。通过卫星导航终端设备及时报告位置和灾情，有效缩短救援搜索时间，提高救灾的及时性，大大减少人员生命财产损失。 除此之外，北斗导航系统还可应用于更多的场合。 6 北斗导航系统的特点

一、北斗系统空间部分由五颗地球静止轨道卫星和三颗分布在三个轨道上的非地球静止轨道卫星组成。组成的混合星座，与GPS等其他卫星导航系统相比，北斗导航系统具有更多的高轨卫星，因此抗阻能力更强，低纬度地区的性能特征更为明显。

二、北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。

三、北斗系统创新结合了导航和通信功能，具有实时导航，快速定位，精确定时，位置报告和短消息通信服务五大功能。