圖解北斗衛星導航系統

北斗前世今生我國高度重視衛星導航系統的建設，一直努力探索和發展擁有自主知識產權的衛星導航系統。早在上世紀60年代末，我國就開展了衛星導航系統的研製工作，但由於諸多原因而夭折。自20世紀70年代後期以來，國內開展了探討適合國情的衛星導航系統的體制研究，先後提出過單星、雙星、三星和3-5星的區域性系統方案，以及多星的全球系統的設想，並考慮到導航定位與通信等綜合運用問題，但是由於種種原因，這些方案和設想都沒能得以實現。在20世紀80年代到90年代，我國就結合國情，科學、合理地提出並制訂自主研製實施「北斗」衛星導航系統建設的「三步走」規劃。北斗各星發射回顧衛星發射日期軌道使用狀況系統世代衛星發射日期軌道使用狀況系統世代北斗-1A2000年10月31日地球靜止軌道 58°E正常北斗一號北斗-G32010年6月2日地球靜止軌道 84°E正常北斗二號北斗-1B2000年11月21日地球靜止軌道 80°E正常北斗-I12010年8月1日傾斜地球同步軌道 傾角55°正常北斗-1C2003年5月25日地球靜止軌道 110.5°E正常，備份星北斗-G42010年11月1日地球靜止軌道 160°E正常北斗-1D2007年2月3日超同步軌道失效，脫離軌道北斗-I22010年12月18日傾斜地球同步軌道 傾角55°正常北斗-M12007年4月14日中地球軌道 ~21500km正常，測試星北斗二號北斗-I32011年4月10日傾斜地球同步軌道 200kmX35991km，傾角55°正常北斗-G22009年4月15日漂移失效，脫離軌道北斗-I42011年7月27日傾斜地球同步軌道正常北斗-G12010年1月17日地球靜止軌道 140°E正常北斗-I52011年12月02日傾斜地球同步軌道正常四大全球衛星導航系統比較GPS[詳細]GLONASS[詳細]Galileo[詳細]COMPASS[詳細]簡要衛星測時測距導航/全球定位系統（NSTR/GPS）全球導航定位系統（Global Navigation Satellite System——GLONASS）伽俐略系統（GNSS）北斗衛星導航系統（BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System）包括北斗一號和北斗二號的2代系統衛星星座24顆（包括3顆備用衛星）軌道傾角i =55°衛星運行周期T=11h58m衛星高度H=20200km24顆衛星組成（另加1顆備用衛星）軌道偏心率e=0.01；衛星軌道傾角i =64.8°；衛星運行周期T=11h15m（恆星時11.28小時）；衛星高度H=19100km；30顆衛星組成（27顆工作衛星，3顆備用衛星）衛星的軌道傾角i =56°衛星的公轉周期T=14h23m14S恆星時軌道高度H=23616km北斗一號：由3顆同步靜止衛星組成（其中1顆在軌備用）軌道傾角i =0°；公轉周期T=24h恆星時；軌道高度H=36000km北斗二號5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星地面系統5個衛星監測跟蹤站；1個主控站；3個信息注入站。1個系統控制中心，1個指令跟蹤站（CTS），2個位於歐洲的「伽利略」控制中心和20個分布全球的「伽利略」敏感器站主控站注入站監測站定軌精度廣播星曆：切向誤差±5m；徑向誤差±3m；法向誤差±3m。精密星曆：±3厘米廣播星曆精度：小於6m衛星性能直徑1.5米；重量843.68公斤（包括310公斤燃料）螺旋陣列天線12根8塊太陽能電池翼板三組15A的鎳鎘蓄電池分為三代：第一代（自1982年以來）；GLONASS - M（自2003年以來）GLONASS - K（自2011年起）重量：750公斤（GLONASS – M為1450公斤）壽命：10年（GLONASS – M為7年）衛星壽命: 15年以上衛星重量: 每顆675公斤衛星長闊高: 2.7m x 1.2m x 1.1m太陽能集光板闊度: 18.7m太陽能集光板功率: 1500W有效載荷：2對銣鍾和氫脈衝鍾，搜索救援載荷。北斗一號壽命：8年衛星信號4台頻率相當穩定（量時精度為10-13秒）的原子鐘（2台銫鐘，2台銣鍾），由此產生一個頻率為: 10.23MHz的基準鍾頻信號。衛星配有銫原子鐘，以便為所有星載設備提供高穩定的時標信號，向地面發射兩種載波信號。定位精度測距粗碼 （C/A碼）的測距精度約為±3m；測距精碼（P碼）的測距精度約為±0.3mw 水平精度：±50~70m；垂直精度：±75m；w 測速精度：±15cm/s； 授時精度：±1μs1米，授時精度約100ns北斗一號：水平精度±20m；垂直精度±10m第二代定位精度10米定位原理利用測距交會的原理與GPS相同與GPS相同北斗一號：主動式雙向測距二維導航服務區域全球全球全球12年亞太覆蓋，20年全球覆蓋歷史淵源1973年12月，美國國防部批准陸、海、空三軍聯合研製第二代的衛星導航系統——全球定位系統（GPS）。該系統是以衛星為基礎的無線電導航系統。82年底由前蘇聯開始承建，期間因蘇聯解體，幾經周折最後由俄羅斯於96年建成。該系統與美國的全球定位系統同屬於第二代衛星定位系統。2000年歐盟已向世界無線電委員會申請並獲准建立伽利略（GNSS）系統的L頻段的頻率資源。2002年3月歐盟15國交通部長一致同意，是將來精度最高的全開放的新一代定位系統。1994年全面啟動導航系統的研製2000年10月31日，我國自行研製的第一顆北斗導航試驗衛星被成功送入太空。2007年4月14日，我國成功發射了北斗導航衛星系統的第一顆衛星，有效驗證了導航系統的技術、原理和體制。重大曆程方案論證（1974～1978年）系統論證（1979～1987年）發射11顆BlockⅠ型GPS實驗衛星（設計壽命為5年）試驗生產（1988～1993年）發射28顆BlockⅡ型和BlockⅡA型GPS工作衛星（設計壽命7.5年）第三代改善型GPS衛星BlockⅡR和BlockⅢ型GPS工作衛星從90年代末開始發射計劃發射20顆，以逐步取代第二代GPS工作衛星，改善全球定位系統。發射階段（1982-1990年）：1982年10月12日發射第一顆試驗衛星。1982年-1985年，發射了3顆模擬星和18顆原型衛星用作測試。1986年空間星座開始逐步擴展，1990年系統第一階段的測試計劃已經完成，已有10顆衛星。用戶設備的測試（1990年-1995年）完全工作階段：1996年1月18日最終布滿24顆。1994年開始進入方案論證階段；2005年12月28日，首顆伽利略試驗衛星Glove-A發射成功；2008年4月23日歐洲議會通過了「伽利略」全球衛星導航系統的最終部署方案2008年4月27日，「伽利略」系統的第二顆實驗衛星Glove B升空；2008年7月1日，歐盟委員會正式啟動了項目採購工作；2010年1歐盟表示,伽利略衛星導航系統將從2014年起投入運營。第一步是試驗階段，用少量衛星利用地球同步靜止軌道來完成試驗任務；第二步是到2012年，計劃發射10多顆衛星，建成覆蓋亞太區域的「北斗」衛星導航定位系統；第三步是到2020年，建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統，形成全球覆蓋能力。現狀現在正研製第二代GPS系統17顆星在軌運行，計劃2008年全部部署到位建設中北斗二號建設中投資總投資300億美元1995年完成組網耗資30多億美元 2001年至2011年投入47億美元由歐盟各政府和私營企業共同投資（36億歐元）優勢與不足系統成熟，民用限制較嚴格1．工作不穩定，衛星工作壽命；2．用戶設備發展緩慢，生產廠家少，設備體積大而笨重；3．採用的是FDMA，所以用戶接收機中頻率綜合器複雜；4．兼容接收機，需解決兩系統的時間和坐標系統問題。定位精度高北斗一號：1.用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當不利；2.由於設備必須包含發射機，因此在體積、重量上、價格和功耗方面處於不利的地位。3. 系統容量：每小時540000戶4.原子鐘等關鍵組件到現在還需要依賴進口
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