卫星导航

卫星导航（精选12篇）

卫星导航 篇1

一、卫星导航系统对于民航业发展的意义

在卫星导航定位系统出现之后, 在各个领域之中都得到了广泛的使用, 成为社会发展的重要工具, 在民航业的发展也有着十分重要的作用, 可以说, 卫星导航系统的应用让航空业得到了革命性发展。在2005年之后, 为了满需航空业的发展, 美国、欧盟以及国际民航组织退出了新一代航空运输系统实施工作, 取得了良好的成效。

卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空业摆脱了对传统导航的依赖, 有效解决了地理条件恶劣、荒漠位置的导航问题, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。卫星导航系统的广泛应用可以提升导航工作的精确性, 在这一背景之下, 又衍生出了ADS监视技术, 该种基础可以实现飞机与飞机之间、飞机与地面之间的协同监视, 不仅有效提升航空业管制能力, 还可以最大限度的保障飞行安全。

总之, 卫星导航系统已经成为了航空系统的核心。

二、二代卫星导航系统对于我国民航的发展作用

我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 基于这一背景, 必须要建立起新型空管系统。为了实现这一目的, 需要大范围推广二代卫星导航系统, 就现阶段来看, 可以使用的有美国GPS系统、欧洲伽利略系统与俄罗斯GLONASS系统, 这些系统的应用还有一些风险, 而应用我国自主建设的第二代卫星导航系统就可以有效解决以上的安全顾虑。

中国第二代卫星导航系统是我国自主研发的新型定位系统, 这一系统可以实现定时、高精度、高动态定位, 有着良好的应用前景。但是, 在市场认可度、导航性能、配套产品上, 与美国、俄罗斯、欧盟还存在一些差异, 同时, 这一技术的发展也必然会受到竞争对手的影响。为了保障我国二代卫星导航系统可以得到顺利的使用, 必须要站在国家战略性角度进行思考, 考虑到国际环境的变化, 找准发展方向、明确发展政策, 让二代卫星导航系统可以充分的发挥出作用。

三、我国二代卫星导航系统与民航卫星导航的应用建议

3.1设置好目标

为了让二代卫星导航系统可以得到顺利的应用, 必须要致力于提升导航系统的安全性、导航精度以及可靠性, 并采取科学合理的措施解决卫星导航系统存在的法律责任与安全性问题, 从国际角度上提升我国二代卫星导航系统的地位。

3.2需要考虑的问题

3.2.1空间信号接口

为了有效推广二代卫星导航系统的使用, 需要对其空间信号接口进行科学的定义, 让接口标准化, 具体的接口内容包括系统的精度、系统可靠性、射频特征、坐标系统、电文信息等等。

3.2.2时间与坐标基准

二代卫星导航系统的发展需要科学的时间与坐标基准, 要想在民航业得到广泛的使用, 需要使用统一的时间与坐标基准, 给出具体的坐标偏差。

3.2.3国际标准

二代二星导航系统不仅需要为我国的民航业服务, 还需要为国外民航业服务, 因此, 其信号、星座与频率同需要符合国际组织的相关标准, 根据国际惯例的规定, 卫星导航系统的相关标准被国际接受需要花费三年到五年的时间, 如果计划在2020年投入使用, 那么至少需要提前五年提出申请。

3.2.4技术资料的公开

我国民航系统使用的客机有空中客车飞机、波音系列飞机, 其中大部分都有GPS能力, 要让二代卫星导航系统成为标准配置, 需要将部分必须技术资料公开, 允许国际厂家进行开发, 促进我国二代卫星导航系统的发展。

3.2.5系统兼容性

在二代卫星导航系统应用之后, 必然会出现多个卫星导航系统的共存问题, 这些系统能够提供不同的导航频率, 但是, 民航系统是十分脆弱的, 不能够依靠单独的导航系统, 必须要使用多卫星导航系统来提升其故障监测水平与定位精度。

四、结语

总而言之, 在未来阶段下, 需要在相关部门指导下深入研究二代卫星导航系统中存在的问题, 充分利用技术手段与宣传手段加强与其他国家的合作, 参与到标准化组织中, 让我国二代卫星导航系统可以得到顺利的推广。

摘要：卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 为此, 必须要研究与推广二代卫星导航系统, 本文主要分析卫星导航系统对于民航业发展的意义以及二代卫星导航系统与民航卫星导航应用方式。

关键词：代卫星导航系统,民航卫星导航,应用

参考文献

[1]李中良, 李卫民.卫星导航接收机芯片核心技术与发展趋势的分析[J].中国科技信息.2010 (03)

[2]连远锋, 赵剡, 吴发林.北斗二代卫星导航系统全球可用性分析[J].电子测量技术.2010 (02)

[3]郑雅丹, 董明科, 程宇新, 吴建军.卫星在新一代航空管理系统中的应用[A].第七届卫星通信新技术、新业务学术年会论文集[C].2011

[4]连远锋, 赵剡, 吴发林.北斗二代卫星导航系统全球可用性分析[J].电子测量技术.2010 (02)

卫星导航 篇2

教材分析

本科教学内容分为三个部分。第一部分通过对卫星导航仪的介绍，了解它的基本功能，并由此引出卫星定位导航技术。第二部分介绍了卫星定位导航技术的概念和应用，以及卫星定位系统的丞，强调了要想实现导航，首先必须定位，然后利用导航软件和数字地图进行路径的选择和优化。

学情分析

鉴于多数学生已亲身体验过卫星定位导航，可以让熟练的学生进行课堂演示，做一回“小老师”。

预设教学目标

1.认识卫星导航仪;2.认识卫星定位导航技术的应用。

教学重点 认识卫星导航仪。

教学难点

认识卫星导航技术的应用。

课时安排： 1课时 预设教学过程：

一、导入

大家知道或者了解卫星导航仪么？ 学生思考、讨论、交流。

二、新授

教师：介绍重量的知识和概念。1.生介绍卫星导航技术知识。①教师提出任务：生自读概念。②卫星导航仪又是如何工作的呢？

③生自读课本了解相关原理和知识。经验交流：把自己的亲身经历与大家分享。

2.认识卫星定位导航技术

①阅读课本，初步认识卫星导航仪。②指名学生说出卫星导航仪的操作特点。

③深入介绍，加深学生印象，使学生对物联网的应用有更加深入的了解。3.课后完成实践园。4.认识卫星导航仪的应用

①师介绍卫星导航仪的应用，使学生了解其应用非常广泛。②思考：北斗卫星导航系统的示意图，学生思考、讨论、交流。③按照要求完成探究屋的内容。（四人小组协作完成）填写成果篮。

三、课堂小结

教师：这节课同学们学习了卫星导航仪，认识卫星定位导航系统以及其在实际生活中的应用。课后希望大家通过自己的观察、调查等相关的途径，更加客观清楚的认识卫星导航仪，了解卫星定位导航的技术应用，在生活实践中体验到卫星导航带给我们的方便和巨大作用。

教后反思：

鉴于多数学生已亲身体验过卫星定位导航，建议可对卫星定位导航和百度地图导航的差异性进行适当讨论。百度地图提供了丰富的公交换乘、驾车导航的查询功能，以及最适合的路线规划，它主要是依靠的地图数据库和准确的地理位置来获得导航信息。而卫星定位导航则能根据当前的具体位置，进行实时的导航。

随着公路网的日趋增多，以及行车途中影响车速的因素愈加复杂，诸如天气、车流情况、路面质量、信号灯及路面吞吐量等，如何在出发点与目的地间选择一条最合适的路线就显得越来越重要。因此，建议在教学中适当引入对该问题的思考，激发学生科学探索的兴趣。

卫星导航定位系统 篇3

全球定位系统（GPS）

所属国家：美国

开发历程：20世纪60年代初，美国成功研制潜射弹道导弹，确定发射导弹核潜艇位置成为一个重点项目，于是在上世纪70年代，美国陆海空三军联合研制卫星导航定位系统，该计划的实施分为：方案论证和初步设计阶段、全面研制和试验阶段、实用组网阶段三步。1994年，由24颗卫星组成的导航“星座”部署完毕，GPS建设完成。出于军事目的建成的GPS导航系统是到了2000年以后，美国政府才决定取消对民用信号的干扰，使得民用定位精度得以提高。

覆盖范围：全天候（不易受任何天气影响），全球覆盖（高达98%）

导航卫星数量：24颗工作卫星和4颗备用卫星

精度：定位精度10米（民用）

优势：三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号，增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。

格洛纳斯系统（GLONASS）

所属国家：俄罗斯

开发历程：该系统由苏联于1976年开始组建，1982年发射首颗卫星入轨，直至1995年，该系统才基本得到完善。在此期间GLONASS系统曾一度由于资金缺乏无法更新，而使得整个系统发展缓慢。

覆盖范围：全球（在建中）

导航卫星数量：目前的系统由21颗工作卫星和3颗备份卫星组成

精度：建成之后将实现定位精度1米左右

优势：抗干扰能力强，目前已有包括iPhone 4S、iPhone 5、iPad 3、iPad 4、索尼Xperia系列手机、魅族MX2、Lumia 920、华硕Padfone 2等iOS、Android、Windows Phone 8系统的智能手机搭载了GLONASS和GPS双定位系统。

北斗导航系统（BDS）

所属国家：中国

开发历程：从20世纪80年代开始，我国便开始进行以静止轨道卫星实现区域导航功能的探索；1994年，正式开始对北斗卫星导航试验系统进行研究；2004年，正式启动了具有全球导航能力的“北斗二号”系统的建设。

覆盖范围：目前为区域性覆盖，范围为南纬55°到北纬55°、东经55°到东经180°，其中北纬10°到北纬55°、东经75°到东经135°为重点服务区。计划将在2020年形成全球性覆盖能力。

导航卫星颗数：到2012年年底，亚太区域服务正式开通之时，北斗系统已正式发射16颗卫星，计划到2020年对全球完成无源定位时整个系统将总共由35颗卫星组成。

精度：在面向全球免费的开放服务中，定位精度平面10米、高程10米；测速精度0.2米/秒；授时精度单向50纳秒，开放服务不提供双向高精度授时。

优势：强大的北斗导航系统除了具有其他导航系统所拥有的无源导航、定位和授时服务外，还拥有位置报告、短报文服务等“特殊技能”，能够对授权用户提供信息的收和发双向功能。

伽利略系统（GALILEO）

所属国家：欧盟

开发历程：早在20世纪90年代便提出了关于伽利略计划的构想，2003年，欧盟及欧洲航天局通过了伽利略计划的第一部分。之后该计划曾因遭到美国政府反对而几近停止，2011年10月，伽利略定位系统的首批两枚卫星由俄罗斯联盟号运载火箭搭载升空。

覆盖范围：全球（在建中）

导航卫星数量：最终会达到30颗

精度：计划地面定位服务设计误差不超过1米

优势：主要供民用，其精度优于GPS。

全球卫星导航系统 篇4

1 美国全球定位系统GPS

GPS拥有24颗导航卫星，使用码分多址的技术在两个频率广播测距码和导航数据。GPS的定位速度非常快而且精确度很高，还可以提供连续的速度和位置变化信息，这使它在导航系统中占据了相当重要的地位。

布局：21颗卫星（另外3颗备用）分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。定位精准度很高甚至达到毫米级，但对民用开放的精度只有10米。

GPS测量不需要测量站之间可视，这就使得测量工作的地址有更多的选择性，产生的费用也随之降低。随着现代科技的发展，自动控制技术的进步，某些观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。有的工作需要长时间连续工作，使用人工操作难度是相当大的，而使用GPS则可采用数据通讯方式，将收集到的信息直接传送到处理中心完全实现自动化。

WGS84坐标系统是为GPS的使用而建立的，现已成为使用最广范的基准标准系统，因而使用GPS测量得到的结果是相关联的。

2 俄罗斯“格洛纳斯”系统GLONASS

俄罗斯的GLONASS，作为导航系统其基本构成和功能都与GPS相似，可用于定位测速等。该系统共有24颗卫星投入使用，与GPS不同的是其卫星识别采用频分多址，每一颗卫星都占用一个单独的频率。GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。所有卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。

布局：已有21颗卫星（另外3颗备用），分布于3个轨道平面，导航精度在5至6米左右，而为民用使用的精度同样也只达到10米。它的定位精度比GPS略低，采用三星定位方式。

与GPS、Galileo以及北斗相比，GLONASS的定位精度稍微低一些，但由于GLONASS采用的是频分多址，各个卫星的载波频率都不一样，故它能够很好的避免整个系统同时被干扰，即抗干扰能力最好。也因为它与其它三个系统的卫星识别方式不同，其接收机不可能通用，所以在今后它将面临巨大的成本压力。

3 欧洲“伽利略”系统Galileo

欧洲为了满足本地区导航定位的需求，同时又不愿过于依赖美国的GPS系统，于是开始自行研发，Galileo系统应运而生，欧盟建立了自主的民用全球卫星定位系统。

布局：计划30颗卫星（其中3颗备用），分布于3个倾斜角为56度的轨道，轨道位置离地面高度约为24000千米，定位误差不超过1米。目前，Galileo的建设还未完成，投入实际使用的卫星只有26颗，剩余卫星将于近期发射入轨。Galileo对外开放的定位精度为10米左右，然而对于一些特殊的商用服务其精度可达到10厘米。

相比GPS,Galileo的每颗卫星都安装有特殊的收发器，即当用户发生危险时可发送求救信号，此信号被Galileo的卫星接收后会直接转发到救援中心，以便救援中心调配工作。

Galileo卫星导航定位系统的设计功能强大，它的建成将明显改善全球卫星导航定位领域的服务质量。可以看出Galileo卫星导航定位系统是非常具有潜力的，对未来的科技经济灯方面有着至关重要意义。

4 中国“北斗”系统

2012年已投入使用的北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，目前服务范围已覆盖亚太地区。北斗卫星导航系统的空间端为35颗卫星，主控站、注入站和监测站构成了系统的地面端，用户端由北斗用户终端以及与GPS、GLONASS、Galileo等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

布局：总共有35颗卫星，其中包含30颗非静止轨道卫星和5颗静止轨道卫星，目前已有16颗卫星处于运营状态，定位精度10米。采用双星定位，能实时为用户确定其所在经纬度和海拔高度。

其实北斗卫星导航系统距离我们普通人并不遥远，现在的手机以及车载导航系统只要装有北斗的接收芯片，都可以使用北斗系统的定位和导航功能快速查找和选择所需的路线。北斗在气象方面的应用，对我国的天气预报准确度和气象数据的分析有极大的帮助，提升我国天气预警业以及防灾减灾的能力。

北斗卫星导航系统可以对飞机的位置进行实时定位，将它与其它的导航设备配合使用，信息将更加精确，这便使得航空运输更加安全可靠。到2020年，35颗卫星将全部投入使用，北斗系统的建设全面完成，那时它将成为与国外先进卫星导航系统技术服务不相上下的全球卫星导航系统，授时精度可达到单向优于50纳秒，双向优于10纳秒。此外还具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁能力，并且满足各种载体需要。此时系统服务范围将由我国及亚太地区变为面向全球，定位也更加精确。与此同时，系统安全性能也必然更有保障，对于短报文的通信性能方面也会得到进一步改善。

5 结语

就目前的系统而言，北斗和GPS处于领先位置，GLONASS略逊一筹，Galileo处于建设阶段还不能实际运用。北斗在精确度和完好性方面略有优势，而GPS在连续性和可用性方面更出色，GLONASS的抗干扰能力却是其中最强的，几种卫星导航系统各有所长，随着科技的不断进步，系统将会更加成熟完善。

摘要：卫星导航系统,即“全球卫星导航系统”。其主要采用了最新的GPS导航技术。卫星导航系统现在已被广泛使用,特别是在民用航空领域,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。本文对世界范围内处于领先的四大卫星导航系统进行了分析比较,探讨了各个系统的未来发展趋势。

导航卫星测距码的优选方法 篇5

导航卫星测距码的优选方法

传统的选择民用测距码可选择组合码的范围较小,难于获得足够多的卫星地址码数和良好互相关性能.文中提出的n级线性移位寄存器的m序列及其优选对的全域搜索算法和导航卫星测距码的生成方案,能够获得所有可能的码序列组合,优选的.Gold码族能够产生足够数量的、具有良好互相关性能的测距码序列.通过对比分析优选测距码与GPS C/A码的可分配码数量、自相关及互相关函数特性,初步说明优选测距码的优越性及其优选算法的可行性.

作 者：帅平曲广吉 陈忠贵 Shuai Ping Qu Guangji Chen Zhonggui 作者单位：中国空间技术研究院,北京100094刊 名：中国空间科学技术 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：26(2)分类号：V4关键词：导航卫星 伪随机噪声码 优选法

全球卫星导航，谁家更出彩 篇6

只受人类想象力限制的应用

卫星导航系统是解决时间和位置的问题，即在哪里、什么时候。卫星导航是目前人类导航发展史上，实现空间和时间信息有机统一的最佳、最有效、最廉价的手段。卫星导航系统不仅是国家重大空间基础设施，还是国家安全的重要支撑，尤其是国家网络信息安全的重要支撑，是军队一体化联合作战的关键保障，更是战争中武器效能的倍增器，是国家战略威慑的重要组成部分。

随着卫星导航系统民用开发和推广，几乎所有的行业都会用到卫星导航，因此越来越成为经济社会发展的重要支撑。对于卫星导航的应用，业内是这么说的：卫星导航应用只受人类想象力的限制。

如今，卫星导航已成为继互联网和移动通信之后第三大经济增长点，据相关权威单位预测，其应用生产的增长率大概超过25%，预计到2020年，全球的产值要超过4千亿美元。

国际战略博弈的重点

鉴于卫星导航的重要性，它现已成为国际战略博弈的重点。世界主要国家相继斥巨资建设和发展卫星导航系统，同时出台相应的战略和政策，争夺核心利益，主要包括资源、市场、人才、资金等。

卫星导航系统简称为GNSS系统，目前全球卫星导航系统主要包括：美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗、欧盟Galileo。卫星导航系统作为一种天基无线电系统，频率资源是系统建设和运行的必备基础。由于频率资源的稀缺性，在GNSS俱乐部中，各大国均将其视为战略性资源予以激烈争夺。为此，国际上明确规定，所有频率资源都要向国际电联提出申请，由国际电联根据无线电规则进行划分并组织各国协调。由于美国GPS和俄罗斯GLONASS两系统建设在先，全球最佳、以及大部分的频率资源均已被美国和俄罗斯抢先占据，留给中国北斗和欧盟Galileo两系统可用的频率资源屈指可数，因此，中国北斗系统建设面临更大的挑战。

世界上第一个全球卫星导航系统是美国的GPS，于1973年起步，1993年底建成，在轨工作卫星31颗，系统定位精度：民用10米，军用3米。早在1991年，美国GPS开放民用，定位精度是100米，但事实上那时候已经可以达到20至50米，但当时美国并不希望全世界其他国家使用其高精度卫星导航服务，所以人为地加了干扰码。后来，美国为了尽早抢占市场，于克林顿任总统期内取消干扰码，这在当时一度引起轰动。目前美国GPS全球市场占有率在90%以上。

俄罗斯GLONASS，是世界上第二个全球卫星导航系统。起步很早，但是由于技术以及当时前苏联解体带来的经济上的困难，再加上其组织管理理念还受计划经济时期的影响，民用方面并未充分开发。普京担任总统以后，恢复重建GLONASS，并将此作为一个重大战略举措，但是目前这个系统的定位精度，从测试的应用角度来看，不如中国北斗系统。

欧盟Galileo，由欧盟15个成员国共同构建。当时欧盟打着“为欧洲市场和民用市场提供自己的卫星导航系统”的旗号，实质上是为了更好的服务于欧盟国家的国防和战略安全需要，因此刚开始欧盟提出来时，美国极力反对，并且通过各种途径做欧盟的工作，阻止欧盟建设自己的卫星导航系统。后来在Galileo启动建设之初，中欧双方曾开展过中欧Galileo合作，随着中国自主建设的北斗系统发展，欧洲对中国经济的依赖变弱；尤其是北斗系统自身建设的能力提升给Galileo带来压力，中欧Galileo合作日渐萎缩。根据Galileo建设计划，2016至2017年，欧盟预计发射18颗卫星，具备初始运行能力，这对于计划2020年具备全球服务能力的北斗系统形成了一定压力。

日本QZSS主要是区域系统，于2000年启动建设，2010年发射首颗卫星，计划2020年建成由7颗卫星组成的区域卫星导航系统，目前在轨工作卫星1颗，覆盖亚洲和大洋洲地区，可提供5米左右的定位精度，由于日美战略同盟，因此日本QZSS，同时也是美国GPS系统的区域增强与补充。

北斗导航的优越性

前段时间，网上流传一则非常火爆的信息：“80后中科院美女学霸冷漠回应：‘想破解中国北斗导航，建议更简单些的方式：那就是造时空穿越机穿越到北斗军码设计时在旁边偷听好了。”霸气回复，无疑让人加大对北斗导航技术的探窥之意。

这则新闻的背后是之前网传清华女生破解北斗的新闻，这位美女科学家解释说，事实上2012年，我国已经公布了北斗的ICD文件，告诉了大家北斗的民码格式。实际上清华女生只是破译了北斗的民码信号的伪码序列。北斗建设过程当中，民码的设计和GPS、伽利略都一样，并没有特殊设计。因此，她想破解这个没有经过加密的民码信号，是没有技术难度的，从科学研究的角度来讲就是一个信号检测与估计的问题。北斗除民码之外，还有军码，这是经过了加密等特殊设计，非常稳定可靠。

日前，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在北京出席一会议时介绍，目前卫星导航系统有两种体制，一种是无源体制，即“收音机模式”，收到信号就可以定位；一种是有源体制，类似“手机模式”，需要和卫星之间进行沟通。北斗既有有源体制，也有无源体制，即可以实现位置报告，同时可以进行短信通信，这也是北斗系统的最大特点，属于中国独创技术。

在此举例假设下，如果鲁宾逊现在带着卫星导航设备漂流到某孤岛，他若用GPS，只能知道自己在什么位置，却无法通知别人前来救援，但若用北斗导航，既可以知道自己在哪，还可以把位置发送到方圆几十公里、几百公里甚至千里之外寻求救援。

至于北斗导航好不好用，若问中国出海渔民，肯定赞誉不断。以往，他们远航一走几个月，音讯全无，令家人担心不已。如今，带上北斗导航，可以一边打鱼，一边与家人聊天，随时保持联络。在使用中，北斗系统不仅提供了位置、导航和授时等功能，而且还提供通信功能，以至于有时候渔民们聊开心了，一不小心在公海遭他国海警或军舰拦截，对方上来第一时间就是找北斗导航，以免他们的行为随时可能被传到中国大后方而成为一种不利于他们的证据。北斗导航已成为渔民出海的保护神器，不仅导航、通讯，还提供了有力的安全保障和维权的必要证据，因此，有渔民甚至把北斗跟妈祖一样捧上神坛供着。

现在，北斗系统作为《国家中长期科学和科技发展规划纲要（2006至2020）》确定重大专项之一，正在按计划稳步推进。已先期于2012年年底面向亚太地区正式提供区域服务，计划2018年进一步扩展向“一带一路”沿线国家提供服务，2020年建成由30余颗卫星构成全球卫星导航系统，面向全球提供服务。

卫星导航 篇7

北斗卫星的导航系统简称是北斗系统,英文的缩写是BDS。北斗卫星的导航系统是我国自主研发创建的、可独立运行的,并且与世界上其他卫星系统兼容共用的全球的卫星导航系统,可以在全球范围内,全天候的为各种用户进行高精确度、高效率、高可靠性的定位、导航、授时的服务。自2012年以来北斗卫星系统的覆盖地区由原来的东经的84度-160度扩大到了现如今的东经的55度-180度,系统的定位精确度也不断提高,由过去的水平25米,高度的30米到现在的水平10米,高程10米。可以说到目前为止,中国的北斗的定位系统已经基本建好,可以独立的为中国以及周边地区提供卫星的导航定位的授时服务。中国的北斗卫星的导航系统在总体性能上与美国的GPS的性能相当。而且,我国的北斗卫星的导航系统也在积极的与美国的GPS等定位系统兼容共用。

二、北斗卫星的导航系统所用到的技术介绍

北斗卫星的定位原理,北斗卫星的导航系统是由35颗卫星在距离地球两万多千米的高空中,用固定不变的周期来环绕地球进行运行,保证在任何时间、任何地点地球上都可以同时发现观测到四颗以上的卫星。北斗卫星的接收机通常情况下可以锁定四颗或更多的卫星。这个时候,卫星的接收机可以按按卫星星座的分布状况划分许多组,每个组四颗,然后运用算法挑选一个误差最小一组来进行定位,从而可以提高定位的精确度。北斗卫星的定位使用的是到达时间差即时延的概念。通过对每一颗卫星精确的定位与不断的发送卫星上的原子钟所形成的导航消息从而取得从卫星到接收机之间的到达的时间差。

北斗卫星的导航原理是距离北斗卫星的轨道的位置与系统的时间。在地面建立的主控站和运控段的同时行动,每天至少一次的对每一颗卫星进行输入校正的数据。输入的数据有:星座当中每一颗卫星轨道的位置的测定与星上的时钟校正。所输入的校正的数据都是通过复杂的模型来进行计算得出的,一般几个星期之内是有效的。北斗卫星的定位导航的系统时间是和卫星上的原子钟与铷原子的频率要保持一致的。北斗卫星的导航原理是卫星到用户之间距离的测量是根据卫星发出信号的时间和到达的接收机时间的差距得出的,这就是伪距。而为了计算用户的具体位置与接收机的时间差,至少需要通过四颗卫星的信号进行计算。因为卫星的运行轨道和卫星的时钟会存在偏差,这使得民用的卫星定位的精确度很差。所以为了提高卫星定位的精度,我们通常采用差分的定位技术。这种查分的定位技术可以大大的提高卫星导航系统的定位精确度,从而提高对用户的高质量服务。

三、北斗导航定位的性能分析

1、单点的定位。北斗卫星的导航定位性能中的单点定位是通过对北斗卫星的误差模拟改正,作出评价。从而提高北斗卫星导航定位的水平的精度、高程的精度以及三维位置的精度。2、伪距差分的定位。伪距差分的定位是一种差分定位方法,也是现今为止应用最为广泛的一种技术。在北斗卫星的基准站中可以观察所以卫星,通过基准站中已知的坐标和各个卫星的坐标,可以求出每颗卫星在每一时刻与基准站的距离。再通过和测量到的伪距进行比较,得出伪距后改成正数,再将这个数据传输到用户的接收机上,这种差分,可以提高定位的精确度。3、载波相位差分定位。北斗卫星的载波相位差分定位,是实时的处理两个测站的载波相位的观测量的差分的定位方法。在使用的过程中将基准站所采集的载波的相位发送到用户的接收机上,接着再进行求差来解算坐标。卫星的载波相位的差分定位可以使得定位的精确度大大提高。这一技术大量的应用在动态的需要极高精确度的地方。

四、小结

北斗区域的卫星的导航系统在2012年的12月27日正式宣布运行,之后为亚太地区的用户提供了精确的独立的卫星导航的定位高质量服务,同时加强了亚太地区卫星的导航定位系统服务的高精确度、独立性和可信赖性。在2014年的11月17日到21日的国际会议中,联合国的负责设立国际海运的标准的一个国际性的组织——海上安全委员会,在这一会议中中国的北斗卫星的导航定位系统被正式的纳入到了全球的无线电的导航系统中。这充分说明了,我国综合实力国际地位的提高。我国的北斗卫星导航定位系统成为继美国GPS系统与俄罗斯的格洛纳斯系统之后的第三个国际认定的海上的卫星导航定位系统。一位专门的研究中国的太空项目与信息化战争的美国加州大学的专家凯文·波尔彼得说到,这一举措是对北斗卫星导航定位系统能够在它所覆盖的范围之内提供高精确度的定位服务的认可。

参考文献

北斗卫星导航系统及其应用 篇8

1北斗卫星导航系统

为了更好的提升定位系统的性能, 我国研发制作了北斗卫星导航系统。从以下几方面进行了改进, 第一方面是导航的体制, 第二方面是测距方法, 第三方面是卫星星座, 第四方面是信号结构, 第四方面是接收机。我国计划先建设成区域性的系统, 接下来逐渐将该系统扩展成全球系统。

1.1系统组成

系统是由以下几部分组成, 第一部分是空间段, 第二部分是地面段, 第三部分是用户段。。

区域系统卫星星座计划是由以下几部分组成, 第一部分是GEO, 也就是地球静止轨道, , 第二部分是IGSO, 也就是地球倾斜轨道, 第三部分是MEO, 也就是中圆轨道。

全球系统空间段是由以下几部分组成, 第一是部分是5颗GEO卫星, 第二部分是300颗非静止轨道卫星。而非静止轨道卫星则是由以下几种卫星组成, 第一是27颗MEO卫星, 第二是3颗IGSO卫星。在这当中MEO卫星的轨道高度在21500km, 其位置在3个轨道的面上, 轨道的倾角为55度;IGSO卫星的轨道高度在三万六千米, 位置在3个轨道的面上, 轨道的倾角为55度。卫星都是采取长征系列的运载火箭来进行发射。

地面段主要是由以下几部分组成, 第一部分是主控站, 第二部分是注入站, 第三部分是若干监测站。主控站的任务是对其他监测站的数据进行收集, 然后对这些数据进行处理, 完成任务的调度, 从而更好的实现系统的控制等等。注入站要服从主控站的调派, 完成以下的工作, 第一项工作是卫星导航电文, 第二项工作是差分完好性信息注入, 第三项工作是有效载荷的控制管理。监测站的任务是接受卫星信号, 将收到的信号传送给主控站, 进而实现跟踪卫星以及监测卫星。

用户段则是由其他终端构成的。北斗用户就有着兼容的功能, 能够对GPS以及GALILEO等有着兼容的作用。

1.2工作体制

北斗卫星导航系统使用的是RDSS与RNSS集成体制, RDSS也即是卫星无线电测定, RNSS则是卫星无线电导航, 能够如同GPS以及GALILEO系统一般, 为用户提供一下几方面的服务, 第一方面是卫星无线电导航, 第二方面是位置报告的服务, 第三方面是短报文通信的服务。

1.3导航信号

系统在以下B1和B2以及B3这几个频段上发射以下几种导航信号, 一种是开放服务导航型号, 另一种是三路授权服务导航信号。B1是在1559.052至1591.788MHz的范围内, B2的范围是在1166.22至1217.37MHz, B3的范围是在1250.618至1286.423MHz。

2北斗卫星系统的应用

2.1国防应用

北斗卫星导航技术能够作用于我国的国防建设上, 能够提升我国军队的军事任务能力。系统运行以来, 在以下几方面得到了广泛的应用, 第一方面是军事训练, 第二方面是抢险救灾, 第三方面是边防执勤, 第四方面是反恐维稳。

2.2保障电力畅通

电网是一个非常重大的系统工程, 要保障电厂以及变电站设备的有效运行, 就一定要保障设备内部时钟保持一致。为了使内部的时钟保持一致, 我国电力系统只能借助于GPS, 将其作为授时手段。随着我国北斗导航系统的研发成功, 我国结束了一直以来依赖于GPS的历史, 解决了时间同步中的几个难题, 第一个难题是可靠的的时钟源, 第二个难题是全网时间同步管理, 第三个难题是远程来实施监测与维护。这样一来, 就能够非常有效的保障了我国的电力安全。

2.3在灾害救援中发挥了较大的作用

北斗系统在近些年的灾害监测中发挥了重要的作用, 例如在汶川地震中就发挥了重要的作用。

在汶川发生地震之时, 我国相关部门立即将北斗一号终端机交由给汶川地震区的救援队伍, 该终端机有许多的作用, 不仅能接收卫星的信号, 还能够用短报文来与指挥控制中心进行交流。在监控中心的屏幕中, 指挥者可以了解每一个救援分队的位置, 可以通过报文形式来传送监控的命令。

2.4自动测报气象

为解决无人区的气象数据观测, 我国有关部门经过了多年的实验, 研发制作了气象测报的设备——北斗终端设备。如下图, 该设备很好的解决了我国气象局的数字报文自动传输汇集。此外, 北斗设备逐渐的应用到了人工影响天气作业领域, 取得了较好的成效, 如图1所示。

3结语

随着科技的不断发展与进步, 北斗卫星导航系统也将得到更好的发展, 在今后的社会各领域之中得到更加广泛的应用, 进而惠及大众。在今后, 我国的科研人员一定高研究发展北斗卫星导航系统, 让其在我国的军事上、经济上、气象预测上等等都能够起到更好的作用, 促进我国综合国力的提升。

摘要：北斗系统已经广泛应用到社会各领域之中, 取得了较大的成效, 在社会各领域之中有着极其重要的作用。

关键词：北斗系统,系统建设,应用推广

参考文献

[1]唐金元.北斗卫星导航区域系统发展应用综述[J].全球定位系统, 2013 (05) :47-52.

[2]唐金元, 于潞, 王思臣.北斗卫星导航定位系统应用现状分析[J].全球定位系统, 2008 (02) :26-30.

2015年世界导航卫星发展回顾 篇9

1 美国积极发展

3月25日、7月16日、10月31日, 美国先后用德尔他-4和宇宙神-5火箭成功发射了第9、10、11颗GPS-2F导航卫星。

GPS -2F由波音公司研制, 采用AS - 40 0 0平台, 尺寸2.49m×2.03m×2.24m, 发射质量1, 630kg, 总功率1, 900W, 设计寿命12年。它载有2台高稳定铷钟和1台单铯钟, 增加了L5为1176.45MHz的民用频率, 信号功率也提高10倍, 并采用星间链路和自主导航新技术, 使GPS卫星可自主运行60~180天, 有助于商用航空和救援任务。增加L5频率有利于保障民航安全, 改善电离层延迟误差修正;有利于载波相位模糊度的实时解算, 削弱多路径效应的影响等。其采用更先进的星上原子钟, 授时精度达到8ns。它的抗核打击能力也有所提高, 设计寿命进一步延长到15年, 从而降低了成本。

目前, GPS军用定位精度为1~5m, 民用定位精度为6~12m。2016年2月3日, 美国将发射最后1颗GPS-2F导航卫星。

从2017年开始, 美国将开始发射新一代导航卫星GPS-3A, 此后, 美国的GPS布网频率将会逐渐加快, 而卫星的寿命更长, 定位精度将会更高, 抗干扰能力更强。

2 欧洲加速发射

3月27日、9月11日、12月17日, 欧洲伽利略-全运行能力-FM3, FM4, FM5, FM6, FM7, FM8 (也称之为第7, 8, 9, 10, 11, 12颗“伽利略”) 导航卫星, 先后3次以“一箭二星”方式由俄罗斯联盟-STB/弗雷盖特-MT运载火箭发射升空。

这些导航卫星都是由德国OHB系统集团公司建造, 有效载荷由萨瑞卫星技术公司提供, 每颗卫星重约717kg, 尺寸2.91m×1.7m×1.4m, 寿命末期功率1, 900W, 设计寿命12年。卫星上装有4台原子钟:2台氢钟和2个铷钟, 氢钟使用氢原子超稳定的1.4 GH z跃迁, 可实现每12h漂移小于0.45n s的定时精度;铷原子钟的鲁棒性和可靠性高, 但精度低, 每12h的精度为1.8ns。

欧洲阿里安航天公司未来还计划发射14颗“伽利略”导航卫星, 其中, 2颗由1枚俄罗斯“联盟”运载火箭发射, 另外12颗分别由3枚阿里安-5运载火箭发射。

“伽利略”卫星导航系统是由欧盟主导的新一代民用全球卫星导航系统, 由两个地面控制中心和30颗卫星组成, 卫星运行在3个夹角为120°的地球中圆轨道, 每个面上有9颗卫星和1颗备份星轨道高度和倾角高于GPS, GLONASS, 预定于2020年实现全部卫星组网。

3 印度稳步前进

3月2 8日, 印度用“极轨卫星运载火箭”成功发射了印度区域导航卫星系统-1D, 这是印度第4颗“印度区域导航卫星系统”卫星, 达到了让该卫星系统完全生效、使导航接收器能够计算位置的最小卫星数量。

“印度区域导航卫星系统”最终由3颗地球静止轨道卫星和4颗倾斜地球同步轨道卫星组成, 其中, 3颗地球静止轨道卫星分别位于东经32 . 5°, 83°, 131.5°, 4颗倾斜地球同步轨道卫星位于2个不同的29°倾角轨道上, 经度跨越55°和111.75°, 每个轨道上的2颗卫星相间180°, 通过这样的轨道设计, 它能最大限度地提高覆盖区域内的定位精度, 并将所需卫星数量降到最低。预计在2016年前, 印度还将发射3颗“印度区域导航卫星系统”卫星, 从而建成总共由7颗卫星组成的“印度区域导航卫星系统”星座。

“印度区域导航卫星系统”卫星使用I-1K平台, 尺寸1.58m×1.5m×1.5m, 设计寿命10年, 发射质量1, 425kg。干质量614kg, 功率1, 660W, 寿命10年。每颗卫星装有两个有效载荷—— 一个导航有效载荷 (包括高精度铷钟) 和一个测距有效载荷。导航有效载荷将向用户发送导航服务信号, 而测距有效载荷利用卫星上的C频段脉冲转发器帮助精确确定卫星的距离 (卫星载有测距系统和角锥棱镜, 用于精确计算轨道) 。卫星提供对所有用户开放的标准定位服务和高精度授权用户定位服务, 精度10~20m。服务覆盖南纬30°到北纬50°、东经30°到130°的区域。星座由1个大的核心运行中心和21个分布在印度的位置和跟踪站支持。目前, 印度境内已经建立多达15个地面站, 负责导航参数生成和传输、卫星控制、卫星测距与监视等。

与美国的GPS系统类似, “印度区域导航卫星系统”是通过多颗导航星的测量值定位, 不过, “印度区域导航卫星系统”的重点是为南亚和周围水域进行导航, 应用于海上交通、车辆与船舶的跟踪、通信和测绘等民用领域, 信号能够覆盖印度全境。

它可为印度本国和印度大陆周边1, 500km的区域提供位置信息, 包括供两种服务:向所有用户提供的标准位置服务和向授权用户提供的受限服务。它能应用于陆地、航空、海洋导航、灾难管理、车辆跟踪和舰队管理、移动电话集成、精确授时、绘图和测绘数据采集、为旅行者提供陆地导航援助、为驾驶人员提供视频和语音导航等。

鉴于卫星导航系统在军民领域的广泛使用, 拥有本国的这类系统一直是印度孜孜不倦的追求, 尤其是印度军方一直希望能借助卫星导航系统提高精确制导武器的命中率。尽管印军已分别同美俄签订获取美国GPS和俄罗斯GLONASS导航系统军码的协定, 但使用外国卫星导航系统的主动权毕竟不在自己手中, 为此印军一直是“印度区域导航卫星系统”的坚定支持者。

“印度区域导航卫星系统”与美国GPS系统和欧洲“伽利略”星座兼容, 使用S频段和L5频段导航信号, 未来还能进一步扩展, 向全球提供导航服务, 不过要打造这样的全球版卫星导航定位系统, 印度至少还需要再发射10多颗卫星。

4 中国新星亮相

2 015 年1月1 2日至16日, 中国卫星导航定位应用管理中心与欧盟代表团在捷克布拉格举行了“北斗”与“伽利略”卫星导航系统第4次频率磋商会谈。在本次会谈中, 欧盟代表团接受了中国卫星导航定位应用管理中心提出的频率共用理念, 同意在国际电联框架下完成卫星导航频率协调。至此, 中欧导航系统结束了长达8年之久的频率纷争, 双方携手走向共同发展。

3月3 0日、7月2 5日和9月3 0日, 我国新一代“北斗”导航卫星—— 第17颗、第18颗、第19颗和第20颗“北斗”导航卫星陆续升空, 这标志着我国“北斗”卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施, 为“北斗”卫星导航系统全球组网建设提供依据。卫星采用了以高精度星载原子钟、星座自主运行等为代表的卫星载荷关键技术、以轻量化、长寿命、高可靠为典型特征的卫星平台关键技术、以基于星地链路和星间链路的导航卫星运行控制关键技术, 以及对关键器件部组件国产化的试验验证, 为后续导航卫星研制、组网建设、在轨保障和相关事件分析积累数据。

3月3 0日升空的第17 颗“北斗”发射总质量为8 0 0 k g, 运行在倾斜地球同步轨道。它用于新型导航信号体制、星间链路等试验验证工作, 为“北斗”卫星导航系统全球组网建设提供依据。它采用轻量化结构设计和国产通用中央处理器 (CPU) ——“龙芯”和铷原子钟, 设计寿命达到10年以上。

7月25日升空的第18颗、第19 颗“北斗”运行在地球中圆轨道, 与第17颗“北斗”导航卫星共同开展星间链路、新型导航信号等试验验证工作, 并适时入网提供服务。

星间链路是指用于卫星之间通信的链路, 通过星间链路可以将多颗卫星互联在一起, 实现卫星之间的信息传输和交换以及卫星的自主导航, 有助于提高测定轨道和授时精度。采用该技术可减少地面测控站对导航卫星的信息上行注入等各方面的操作次数, 减少对地面站的依赖, 有效降低系统的运行管理成本。这一关键技术的攻克, 不仅解决了星间高精度测量的难题, 向建立全球卫星导航系统迈进了一大步, 还大大提升了“北斗”全球卫星导航系统的自主可控能力。星间链路技术的突破, 使我国建设全球卫星导航系统由“梦想在望”变为“成功在握”。

新一代“北斗”播发信号的数量比以往提高了2倍多, 更好更快地满足了用户需求, 开创性地在频段播发导航信号进行试验, 开启了“北斗”导航信号体制的新时代;采用了新型导航卫星平台, 该平台为桁架式结构, 提高了设备有效安装面积, 且缩减了卫星尺寸, 减轻了结构自身重量, 提高了平台的功能;输出功率比以往大, 在国际同类卫星中居先进水平;首次采用了综合电子体系构架, 极大地简化了设备间的接口, 自主管理性能优异, 使卫星的信息集成度大幅提升;首次在国内卫星中采用扩跳频测控技术, 极大地提高了卫星的安全性;首次在国内卫星中实现了多卫星数据的汇集和高速传输, 使大数据驶入“高速通道”, 将卫星上的数据及时传递下来等;实现98%的部件国产化, 关键器部件均为“中国造”, 为建设独立自主的全球卫星导航系统铺平了道路。

9月3 0日升空的第2 0 颗“北斗”运行在倾斜地球同步轨道, 首次搭载了氢原子钟, 该产品的应用成“北斗”导航卫星发展史上的一个里程碑。星载氢原子钟在“北斗”导航系统的应用可大幅提高导航精度、性能和自主维持能力, 大幅降低了“北斗”导航系统对地面的依赖程度, 延长了自主导航时间。

导航卫星全向测控方法 篇10

关键词：导航卫星,全向测控,数字合成

一、引言

为确保测控的可靠，卫星测控天线从卫星发射到在轨飞行全过程都处于连续的工作模式。为保证任何情况下星地间测控无线链路的稳定可靠，卫星要求测控天线具有近全空间辐射方向图。

单天线方向图见图1，双天线射频合成方向图见图2。可见前者性能明显优于后者，这是因为两副天线在交界区信号强度接近，由于相位偏差导致部分区域能量相互抵消，形成较强的干涉区，该区域不能进行有效测控，也就是测控盲区。

一旦卫星姿态不稳导致测控盲区长期对地，则卫星可能失控，再加上导航卫星载荷功耗大，如果此时太阳帆板对日角度不好，其后果是致命的。即使该区域只是短暂对地，也会造成测控信号中断，影响卫星姿态调整，很有可能导致卫星导航任务的中断。因此，有必要研究导航卫星全向测控的方法，让卫星在任何姿态下均能有效测控，确保卫星安全和导航任务的顺利执行。

二、遥控信号的全向数字合成

遥控全向天线合成示意图见图3。两台扩频接收机和地面站的遥控扩频码均相同。地面站将遥控射频信号同时发送到导航卫星的两副测控天线。

卫星的两副天线分别接收遥控射频信号。扩频接收机A将对天遥控射频信号解调为对天遥控数字信号，扩频接收机B将对地遥控射频信号解调为对地遥控数字信号。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择，输出较强射频信号对应的遥控数字信号给计算机。

两副测控天线在射频上是完全隔离的，因此不存在射频信号相位差引起的干涉区。解调出的两路遥控数字信号在相位上是相同的，只要载波都锁定，则可以任选一路输出。

三、遥测信号的全向数字合成

遥测全向天线合成示意图见图4。地面扩频接收机A和卫星扩频发射机A的遥测扩频码相同，地面扩频接收机B和卫星扩频发射机B的遥测扩频码相同，前者和后者扩频码不同。卫星天线A和地面天线A的极化方式相同，卫星天线B和地面天线B的极化方式相同，前者和后者的极化方式不同。

星载计算机将遥测数字信号同时送两台扩频发射机，通过不同的扩频码调制到遥测射频信号A和遥测射频信号B。

地面天线A将接收到的遥测射频信号A送扩频接收机A，地面天线B将接收到的遥测射频信号B送扩频接收机B，用不同的扩频码分别解调出遥测数字信号A和遥测数字信号B。数字合成器根据两路射频信号的强弱进行选择，输出较强射频信号对应的遥测数字信号给计算机。

两路遥测射频信号在射频上是合在一起的，实质上是通过不同的扩频码和不同的天线极化方式来分离，然后在数字信号层面上进行合成的。不同扩频码之间的隔离度通常大于10d B，不同天线极化方式之间的隔离度通常大于10d B，能够有效避免两副天线在干涉区的相互干扰。

四、数字合成全向天线方向图

全向天线数字合成方向图见图5。可见导航卫星的两副测控天线直接射频合成导致的干涉区，能够通过数字合成有效消除。

由于两路遥控射频信号在射频上是完全隔离的，不存在射频信号相位差引起的干涉区，所以合成效果很理想。

相反，由于两路遥测射频信号在射频上是合在一起的，存在两路不同扩频码的射频信号之间的相互干扰，所以合成效果受扩频码码间隔离度和天线极化隔离度的影响。不过通常两者隔离度之和都大于20d B, 因此还是能够有效避免两路遥测射频信号的相互干扰。

五、结束语

卫星导航 篇11

我国北斗卫星导航系统建设分两阶段实施。第一阶段，2000年建成北斗卫星导航试验系统，进行卫星导航技术试验，初步为我国及周边地区提供导航、授时和短报文通信服务。该试验系统已圆满完成各项试验任务，标志着我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

第二阶段，2020年前，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，为用户提供连续、稳定的导航、授时和短报文通信服务。该阶段于2004年9月正式启动，2007年4月成功发射北斗卫星导航系统首颗中圆轨道卫星，预计2010年左右系统建设覆盖亚太地区。

本次发射的卫星由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制，设计寿命为8年，是我国北斗卫星导航系统第二阶段建设的第二颗卫星。

长征三号丙运载火箭由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院为主研制。该火箭是在长征三号甲和长征三号乙运载火箭的基础上研制出的三级液体火箭，与长征三号甲、长征三号乙共同构成了长征三号甲系列运载火箭的基本型谱。该火箭捆绑两枚助推器，地球同步转移轨道运载能力为3.8吨，火箭拥有灵活的姿控系统，具有对有效载荷进行大姿态调姿的能力。

北斗导航卫星的发展研究及建议 篇12

卫星导航系统能够为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务,是拓展人类活动、促进社会发展的重要空间基础设施。北斗卫星导航系统的建设与发展将满足国家安全、经济建设、科技发展和社会进步等方面的需求,维护国家权益,增强综合国力。

北斗卫星导航系统建设按照“先区域、后全球“的总体思路分步实施,采取“三步走“发展战略。在建设北斗卫星导航试验系统和区域系统过程中,中国空间技术研究院在卫星系统总体设计、生产、试验和在轨应用等方面积累了许多经验和教训.特别是在区域系统建设过程中,在卫星总体设计、星载原子钟、大规模FPGA耐空间环境设计、上行注入抗干扰设计以及卫星平台供电安全性等方面,形成了一系列成果和经验,通过梳理、分析并加以研究总结,可以为未来2020年全面建设北斗卫星导航系统提供技术支持。

二、北斗导航卫星区域系统的基本任务与要求

北斗卫星导航(区域)系统空间段由5颗GEO卫星(定点于东经58.75°,80°,110.5°,140°,160°赤道上空);5颗IGSO卫星(3颗IGSO卫星轨道高度约36000km,均匀分布在3个倾斜同步轨道面上,轨道倾角55°,星下点轨迹重合,交叉点经度为东经118°,相位差120°;2颗IGSO卫星位于升交点地理经度95°,轨道倾角55°的倾斜同步轨道上)和4颗MEO卫星(卫星轨道高度约21500km,轨道倾角55°,均匀分布在2个轨道面上)组成。

三种轨道卫星按照组批生产、密集发射、快速组网的要求进行系统总体统一设计,IGSO和MEO卫星采用DFH-3卫星平台设计.GEO卫星采用全新的DFH-3A卫星平台设计。

卫星平台包括结构分系统、热控分系统、测控分系统、供配电分系统及控制分系统与推进分系统,其中IGSO和MEO卫星设计有数管分系统。有效载荷包括导航分系统和天线分系统,其中GEO卫星导航分系统包括RDSS、站间时间同步与数据转发、上行注入与精密测距及RNSS等载荷;IGSO和MEO卫星导航分系统包括上行注入与精密测距及RNSS等载荷。

北斗卫星导航(区域)系统空间段导航卫星的主要任务与功能包括:

⊙选择成熟卫星平台,满足有效载荷要求,卫星设计寿命8年。

⊙保持北斗导航卫星试验系统所具有的RDSS和站间时间同步与数据转发功能,并与新增的RNSS电磁兼容。

⊙针对空间导航卫星数量有限、地面测控和运控站分布限于国土范围窄的情况下,设计采用了星地双向时间比对技术,解算出卫星钟相对于地面站基准钟的准确钟差等数据。

⊙接收地面运控系统上行注入的导航电文参数,星上存储、处理生成下行导航电文,产生多路导航信号,同时将卫星完好性信息及时下传给地面运控及用户系统。

⊙适应三种轨道混合星座多星测控业务,采用S频段扩频测控体制,同时保留成熟的USB测控体制,独立完成测控任务的同时可对S频段扩频应答机进行复位、开关机等操作,以确保测控通道的可靠性和安全性。

⊙在覆盖区内,保证卫星接收和发送信号的G/T值和EIRP值;卫星组网工作时,卫星发播的信号必须连续、稳定,计划中断和非计划中断次数及时间符合工程要求。

三、北斗导航卫星区域系统的发展与成果

按照工程总体要求,北斗导航卫星区域系统完成了方案和初样设计,并于2007年4月14日发射飞行试验星,验证了RNSS载荷、星地双向时间比对、三轴轮控和偏航控制、星载原子钟等重大攻关技术成果,标志我国自行研制北斗导航卫星系统进入了全新的发展阶段。同时,针对上行注入抗干扰卫星单机产品及抗复杂空间环境影响问题,卫星系统进一步采取措施,完成正样设计后,确定了卫星系统、各分系统和单机产品的技术状态,确保了技术水平的提升和工程建设的质量。

1. 卫星平台

北斗导航卫星区域系统要求卫星平台在继承成熟技术的同时,也需要创造性地应用新的技术,实现了继承与创新的统一协调。

分析卫星系统任务和功能要求,可以看出区域系统卫星在供配电能力、卫星姿态控制要求、热控要求、自主管理、遥测遥控等环节,必须在原东方红三号卫星平台的基础上采取新的技术以适应新的要求,通过技术攻关与试验验证,突破其关键技术。梳理总结卫星平台特点及主要成果如下:

(1)混合太阳电池阵技术

GEO卫星同时安装有RDSS和RNSS载荷,整星功率较北斗卫星导航试验系统的GEO轨道卫星增加约900W,在不改变DFH-3平台太阳翼结构及布片面积的前提下,首次采用Si和GaAs/Ge太阳电池混合方阵供电技术,利用电路独立、分板布置、增加隔离二极管和旁路二极管等方法.成功解决了不同太阳电池片之间热特性、电特性和抗辐射特性相容性问题,实现了GEO卫星大于2500W的供电要求,同时分流调节器等关键设备均进行了扩容改造。

(2)三轴轮控和偏航控制技术

为避免平台控制系统中反作用轮动量饱和后,推力器喷气卸载可能造成的卫星轨道位置变化对系统级用户定位精度的影响,GEO卫星控制分系统采用全新的三轴轮控控制方案,反作用轮动量卸载和位置保持同期进行。

IGSO和MEO轨道卫星轨道倾角为55°,随着升交点赤经的变化,太阳光线的入射角也将变化。按照原DFH-3卫星平台设计,卫星不能同时对太阳和对地球定向,卫星运行轨道的升交点及卫星轨道倾角将直接影响太阳翼的输出功率;同时,日照和地影较原DFH-3卫星平台GEO卫星有较大的变化,特别是地影分布的长度和次数变化,造成原DFH-3卫星平台供配电分系统设计条件改变。IGSO和MEO轨道卫星首次采用偏航控制,保证太阳电池阵法线指向太阳,实现太阳电池阵法线对日指向精度优于5°。

(3)扩频测控制多星测控技术

为解决混合星座多星测控,避免频率干扰等问题,测控分系统在国内首次采用S频段扩频测控体制,突破了扩频测控体制低门限高动态解扩、扩频码的快捕和精跟踪等数字基带处理关键技术,具有抗干扰能力强、定位精度高、低密度信号功率谱等优点,为我国航天器测控系统推广使用S频段扩频测控体制完成了试验验证,并奠定了良好的应用基础。

(4)能源自主管理技术

针对IGSO和MEO轨道卫星部分时段国内不可见特点,设计全新的数管分系统对蓄电池电量和卫星舱内温度进行自主控制,提高卫星自主能力。

(5) RNSS载荷功率增强技术

针对导航卫星要求的RNSS载荷波束战时增强要求,实现了有效载荷、控制、数管和天线四个分系统的信息数据融合处理,保证了卫星星历、卫星姿态与天线波束指向的协调统一,实现了在轨波束增强和可控的要求,有效提高了抗干扰能力。

(6)高精度热环境控制技术

导航卫星星载原子钟对环境温度十分敏感,在轨工作范围是-5℃～+10℃,温度变化率±0.5℃/24h。热控分系统设计了原子钟独立温控小舱,采取高精度的闭环自动控温措施,实现了对星上高精度铷原子钟的高精度热环境保证。

2. 卫星有效载荷

导航卫星有效载荷是实现卫星导航功能和确保服务性能参数的关键,其技术水平和质量可靠性直接影响系统的功能和性能指标。

北斗区域系统导航卫星RNSS和RDSS两种导航定位体制并存,其中RDSS载荷继承北斗卫星导航试验系统,RNSS为全新的载荷,包括上行接收与精密测距子系统、时间频率综合子系统、导航信号生成子系统、信号放大链路等环节。梳理总结卫星有效载荷特点及主要成果如下:

(1)星载高精度高稳定度原子钟技术

利用铷原子能级跃迁频率十分稳定的特点,通过微波腔功率的有效激励、光谱信号的检测与滤光、磁场与温度场的控制,使其产生频率漂移率小的铷信号锁定在高稳晶振上,实现原子钟的功能和性能。北斗导航卫星采用的国产星载铷钟,经历了预研、原理样机、两台工程鉴定产品后,最终形成可用于工程任务的正样产品,打破了西方对我国的封锁。在此期间,解决了铷钟的寿命评估、老炼试验方法、高精度测试方法、温度敏感性、真空与常压下性能参数差异、长期稳定度测试考核等问题,保证了星载原子钟产品的交付,并具有良好的一致性和互换性。

(2)卫星时频基准精密管理技术

为了确保上行接收处理和下行发射信号之间的时间频率关系,利用频率综合技术,设计了基准频率合成器,实现多个频率信号之间的相关性,包括星上时间信号、频率信号、基带信号、接收机时钟信号,为导航有效载荷提供可靠、稳定、连续的卫星钟信号。

卫星钟通过精密的调整和控制技术保持短期及长期良好的频率特性,在对原子钟频率精度传递、频率调整分辨率、频率调整范围、主备原子钟监测信号频谱等卫星时频基准精密驾驭管理方面满足工程建设要求;采用基准频率合成器及统一频率源技术,提高了卫星设备的集成度,减少了卫星设备的体积和重量。

(3)星地双向时间比对技术

北斗导航卫星通过微波信道分别由卫星和地面站同时进行星地之间的测距,解算出卫星钟相对于地面站基准钟的准确钟差等数据,实现星地双向比对与时间同步。北斗导航卫星通过星地之间建立高精度的测距链路,采用双向时间比对技术实现星地之间高精度定时同步,突破了长码跟踪捕获、多通道接收,在线零值监测校准等关键技术。

(4)时域与频域联合抗干扰技术

高密度、高强度电磁信号干扰是北斗导航区域系统建设过程中必须解决的一个突出问题。该问题直接影响卫星信号与地面站、各类终端间的通信,降低系统使用效果;导航卫星上行注入数据的接收直接关系到导航卫星载荷是否可以正常工作,因此上行注入通道抗干扰及安全性设计尤为重要。通过利用精密快速捕获跟踪算法和线性范围大、时延影响小的低信号放大技术,解决了上行注入信号的抗干扰接收(可抑制对抗雷达脉冲干扰、慢扫频干扰、单频干扰、宽带干扰以及多址信号等多种干扰信号),实现了接收机误码率不高于10-8,测距精度不低于Ins技术要求。

(5)复杂空间环境下导航信号抗空间环境设计技术

卫星在轨不可避免会受到来自地球辐射带、银河宇宙线、太阳宇宙线的空间带电粒子辐射,由于星载DSP,CPU,SRAM,FPGA等器件内部含有大量触发器和存储器,存在发生总剂量效应、S EU事件等空间环境效应的风险。为了给用户提供连续、稳定、可靠的导航信号,北斗导航卫星要求单机产品从器件选用、电路设计、整机设计三个层面采取抗空间环境效应防护设计工作,采取硬件防护设计、软件容错,以及三模冗余、定时刷新、FPGA转ASIC等措施,同时在整星级开展卫星星体表面充放电及舱内介质深层充电效应防护等工作,实现了星载产品抗受空间环境设计与验证工作。

(6)多通道信号大功率连续稳定工作技术

北斗导航卫星有效载荷包括上行接收与精密测距子系统、时间频率综合子系统、导航信号生成子系统、信号放大链路等环节,不同频率信号多。同时为了保证地面用户能够更有效地接收到信号,卫星采用大功率放大器,使输出的信号具有较大的功率能力。

为保证卫星系统内部仪器设备不受影响,需要开展系统级EMC分析与验证,按照全新的设计要求,突破了RNSS和RDSS载荷电磁隔离,上行接收信号与下行导航信号的交调抑制、微波大功率器件微放电和功率耐受、无源互调抑制等关键技术;加强了产品防护和确定产品工作状态等措施,保证了产品质量和安全。

四、北斗导航卫星的发展经验

北斗卫星导航区域系统在保留北斗卫星导航试验系统的有源定位和短报文通信等服务基础上,已开始向中国及周边部分地区提供连续有源与无源定位、导航、授时以及报文通信等服务。北斗卫星导航区域系统解决了我国RNSS定位体制卫星导航有无的问题,是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息服务设施。梳理总结北斗导航卫星系统及发展过程,主要经验为:

(l)坚持继承与创新结合,加强地面试验验证

在充分继承东方红三号卫星平台技术的基础上,按照北斗导航卫星的要求,再次进一步试验验证其继承产品的可靠性,完成了结构星、热控星、电性星和鉴定产品的研制和验证。在开展上述工作时,对卫星总体和分系统进行关键技术分析,确保关键技术在方案阶段得到突破性。

安排北斗卫星可靠性专项工程,对SADA、电源控制器、蓄电池组、地球敏感器以及基准频率合成器等30项产品开展薄弱环节分析、改进及验证工作。

(2)保证组批产品的可靠性和质量

建立在国产化的基础上,集智攻关、创新发展,突破了星载国产铷钟、精密测距、双向时间比对、抑制微波大功率器件微放电和功率耐受及无源互调、大规模ASIC芯片替代FPGA器件、偏航控制、铷钟小舱精密温控等关键技术。

(3) RNSS和RDSS两种定位导航体制并存,提供多方位服务

除了通过高精度、高可靠的定位、导航和授时服务外,还保留北斗试验系统的报文通信、差分服务和完好性服务,与GPS系统相比,北斗卫星导航系统的优势在于区域范围内服务的多样化和用户之间的互动性,在指挥调度、抢险救灾、环境数据监测等方面已经并将继续发挥特殊作用。

(4)兼容设计、产品互换

北斗卫星导航区域系统三种轨道卫星按照“一次设计、组批生产、流水试验、密集发射、快速组网”的要求,开展单机产品设计,保证三类卫星中大多数产品具有互换性,不具备互换的产品,其机械、电气、热接口也充分考虑兼容性。在北斗卫星快速组网发射过程中,针对产品质量问题开展举一反三工作具有重要意义,并发挥了特殊的作用。

(5)卫星协同一体化三维布局总体总装设计平台

北斗导航卫星三维协同设计平台实现卫星研制过程中卫星总体与结构分系统、热控分系统、供配电分系统、推进分系统之间构型布局、热控散热面、电缆网、推进管路的协同设计;利用AVIDM系统,实现单机产品数据接口、产品布局、机械接口、热控接口等一体化设计,有效地提高了总体构型布局、电缆网设计、推进管路设计的工作效率和正确性。

(6)建立数据比对系统

基于北斗卫星组批生产的特性,建立并形成了卫星性能参数测试数据比对系统,应用每颗卫星不同阶段的数据比对分析(横向),同类卫星相同阶段的数据比对分析(纵向),形成系统级产品数据包;对系统级关键测试数据形成成功数据包络;基于成功包络线,卫星出厂前和进场后,对数据判读和比对情况进行复查,横向、纵向检查数据的一致性,对数据偏离和差异的机理进行分析,对超差项进行影响分析和确认,对数据临界项开展变化趋势及风险分析。

五、北斗导航卫星下一步发展建议

卫星导航系统是以服务范围、精度、可用性、连续性和完好性为衡量标志的空间基础应用设施。在建设我国北斗卫星导航区域系统的过程中,需要系统总结分析我国导航卫星系统的特点和成果,系统总结分析在轨卫星的工作状态,在星地一体化正常运行的条件下,围绕卫星系统对服务精度、可用性、连续性和完好性的提高,在下一代导航卫星系统中进一步完善。

(1)加强系统顶层分析,提高系统可靠性

加强星座构型的分析和设计,加强星地一体化协同设计,加强星座运行状态下卫星备份策略和补网策略的研究,保证工程大系统的连续性和稳定性。

可用性、可负担性和精度是卫星导航系统的三种关键特性,其中要实现系统的可用性,第一个要求就是在轨卫星的数量,基于效果的研究表明,一个由30颗MEO卫星构成的星座,加上3颗备份星(最佳)分布,将大幅度提高受天空环境挑战下用户对PNT的可用性。

(2)实现星载产品长寿命、小型化和高可靠性

加强星载产品长寿命、小型化和高可靠性设计工作,提高卫星平台的可靠性和安全性,降低卫星产品的重量、体积和功耗:通过元器件筛选、电路冗余设计、系统级备份和精细协调管理以及大量地面可靠性和寿命试验,使卫星的工作寿命从8年提升到12年。

(3)加强产品状态管理和元器件的选用把关

北斗导航卫星系统产品必须在设计初期阶段就确定组批生产目标,确定并完成其产品的试验验证、工艺考核、过程控制文件制定等工作。要通过分析产品的特性,加强元器件及原材料选用把关,注意关重特性参数的可测试性的量化设计,明确验收方法和状态。

(4)减少计划内中断操作

根据我国地面运控系统实际情况(上行注入站和监测站的区域及站数均受限,轨道测量和预报精度仍需进一步提高),卫星系统设计上需要进一步减少计划内的位置保持和轨道控制等操作中断操作。

(5)加强星间链路及自主导航技术研究

GPS系统星间链路的定位是随着系统任务的变化而变化的,从支持核爆探测信息传输,到支持自主导航的星间测距和信息传输,再到全面支持空间综合信息网络通信。针对我国卫星导航的星座设计,特别是多种轨道之间的链路故障模式下的管理策略,需要在数据传输体制与速率、星间链路条数、测量周期、星间链路频率以及自主导航时间等方面进行全面而深入的分析,系统地开展仿真与试验验证,必须深入研究星间链路体制及自主导航算法的仿真与验证工作。

(6)提高星上导航信号完好性监测能力

完好性是卫星导航服务性能的一项关键指标,需要进一步开展合理的完好性体制设计,设计形成星上导航信号完好性监测能力是最基本的要求,包括星上时频系统工作状态、上行导航电文接收测量及下行导航信号生成、卫星平台健康状态、卫星姿态等环节。在形成星上自主完好性监测、诊断的基础上,对不可修复的不完好状态及时告警。

(7)提升星载原子钟的性能指标

卫星导航系统星上原子频标的稳定度是决定实时用户定位性能的关键性因素。星载原子钟的稳定性是建立高精度时间基准和星地双向时间比对技术的基础。目前北斗系统卫星的星载原子钟尚未达到如GPS BLOCK IIF星钟般出色的性能水平。

建设下一代北斗卫星系统时,星载原子钟性能指标需要与系统建设匹配,天稳定度指标必须进一步提高,制造工艺和调试程序需要适合组批生产要求。特别要进一步研究原子鉴频信号增强、光频移、环路噪声以及温度敏感性抑制技术,同时还要进一步解决星载原子钟的长寿命和可靠性。在提升星载原子钟性能指标的同时,还要进一步研究完善星载原子钟地面测试与考核对方法。

(8)提高导航信号时延稳定性

连续、稳定、可靠地播发导航信号是导航卫星的基本任务,导航信号的优劣决定了导航卫星的优劣。建设下一代北斗系统时,需要提高导航卫星信号的时延稳定性,实现多个频点导航信号的各种工作状态下的时延一致性,以利于地面运控系统和用户使用,严格控制导航信号通道时延值。

(9)加强新型导航信号体制设计,实现GNSS系统兼容互操作

GPS,GALILEO,GLONASS及北斗四大系统并存,四大系统均向全球用户提供免费服务,同时系统之间不能相互干扰,那么就必须考虑系统间的相互兼容,联合实现PNT服务,更好地为民用及商业用户提供连续、稳定、可靠的服务。由于GPS系统在已占领全球PNT市场,对用户具有强大的吸引力,建设下一代北斗系统时,只有与GPS系统兼容性强,又不完全依赖GPS系统的卫星导航系统才有生存的可能。

为此,需要进一步完善导航信号体制的设计,包括信号频率、信号调制方式、信号信息编码格式、频谱特性、输出信号功率等参数,既要维持北斗卫星导航系统服务的连续稳定,又要充分实现与其他GNSS系统的兼容与互操作。

六、结束语

导航卫星在研制过程中,实现了卫星总体设计过程中继承与创新的统一协调,坚持了用户需求与技术水平的统一协调,突破了多项关键技术,取得了一些列成果,同时,也积累了许多有益的经验。

总结分析北斗卫星研制发展成果,可以明确下一阶段仍有一些课题和项目需要加强研究。实现上述技术难点的突破,建立并完善其控制与管理方法,将有利于我们高质量地完成北斗卫星导航全球系统的建设。

摘要：本文根据已完成建设的北斗导航卫星系统的建设经验.梳理分析了北斗导航卫星的发展特点。从导航卫星的基本要求,卫星平台和有效载荷技术等方面进行了研究.给出了相关的结果.并提出了北斗导航卫星系统下一步建设过程中应该加强研究的项目建议。