导航卫星发展历程以及北斗GNSS技术应用领域

现有导航系统：美国的GPS系统，俄罗斯的格洛纳斯系统，中国的北斗系统，欧洲的伽利略系统。日本正在研发和实验的QZSS―准天顶卫星系统。

有源和无源：中国北斗导航卫星的轨道是个特殊的混合轨道，跟刚才大家提到的GPS、GLONASS和Galileo是不同的。北斗试验系统是有源的，我们做全球系统，就是无源的，包括GPS、GLONASS和Galileo，它们也是无源的。

简单说，源就像对讲机，对讲机有发射有接收，这就是有源的，导航的计算通过卫星转到地面站算。无源的是光收卫星的信号，自己在那儿算就可以了。它们之间的差别就相当于对讲机和收音机一样。

BDS发展历程

“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。我国结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”计划：

第一步是试验阶段， 2000年，首先建成北斗导航试验系统（有源系统），使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家，2003年5月25日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。

前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星，它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。

这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后，在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家，该系统建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。第二步是到2012年，2012年10月25日23时33分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”火箭，成功将第16颗北斗导航卫星送入预定轨道。

这是我国二代北斗导航工程的最后一颗卫星，这是长征系列运载火箭的第170次发射。至此，我国北斗导航工程区域组网顺利完成。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。第三步是在2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。

北斗试验系统

“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的 一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统由两颗地球静止卫星（80°E和140°E）、一颗在轨备份卫星（110.50°E）、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。其工作频率为2491.75MHz，系统能容纳的用户数为每小时540000户。

“北斗一号”就性能来说，和美国GPS相比差距甚大。

第一，覆盖范围也不过是初步具备了我国周边地区的定位能力，与GPS的全球定位相差甚远。

第二，定位精度低，定位精度最高20米，而GPS可以到10米以内。

第三，由于采用卫星无线电测定体制，用户终端机工作时要发送无线电信号，会被敌方无线电侦测设备发现，不适合军用。

第四，无法在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输上的应用。但最重要的是，“北斗一号”是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。

北斗卫星导航系统

1、背景

《2006年中国航天白皮书》宣布将在未来5年启动五大航天工程，其中具有军事用途的第二代“北斗”卫星导航系统将在4年内完成部署。有专家表示，二代“北斗”卫星系统部署完成后，中国将能对小目标发动精准攻击，而美国也有媒体认为中国用北斗计划来压制美国卫星的军事优势。

随着我国综合国力的提升和卫星导航定位系统全面渗透普通人的生活，还有科索沃战争和第二次海湾战争美国GPS制导高精度打击武器的诱惑，构建一个类似GPS的全球卫星导航定位系统开始提上日程，从2007年开始正式建设“北斗”卫星导航定位系统“北斗二号”。

2、北斗系统概述

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。目前仍然实行两种体制，一种就是前面讲到的北斗试验系统的体制，第二个就是和GPS相同的体制。可以做到与GPS兼容，就是用一台用户机，既可以接收北斗信号也可以接收GPS信号，同时实现GPS互操作，定位精度可以和GPS相当。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。

2020年我们已经形成北斗全球服务能力，将由35颗卫星组成，具有卫星无线电定位、卫星无线电导航两种工作体制，成为全球GNSS供应商，满足中国国防安全和经济安全的需要。北斗双模用户机可以接收北斗、GPS、Galileo信号，并且实现多种原理的位置报告。导航和短报文的结合，将改变现行手机的概念，成为人们出行的生活必需品。

北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

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。

2012年12月27日，为鼓励国内外企业研发北斗应用终端，推动北斗广泛应用，正式公布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD），中、英文两种版本文档将在北斗政府网站同步上线。该文件规范了北斗系统和用户接收机之间的信号接口关系，是开发制造接收机及芯片所必备的技术文件。目前，北斗系统技术状态已经固化。

3、GNSS定位应用以及变形监测应用

GNSS在定位测量中的应用

GNSS定位测量，在工程上主要应用于控制网的建立和位移检测等，一般需要设置两台或者是两台以上的GNSS接收机进行卫星信号的接受，然后技术人员对所接受的卫星数据进行分析处理，就可以取得控制点的精确三维坐标。

由于GNSS定位测量精度高，不易受气候影响，观测点不存在必须通视的限制条件，观测速度快等优点，使得工作的效率得到很大的提升，因此GNSS技术在工程测量中的应用领域很多，如铁路、公路的线路勘测和隧道、桥梁和房屋工程的建设勘测等。

实际监测表明，相比传统的工程定位测量，GNSS定位技术进行精密工程测量和大地测量时，其平差后控制点的平面位置精度至少可达到1mm～2mm，高程精度可达到2mm，其专业的处理软件可对数据自动结算处理，得到的监测点为实时的毫米级坐标值。这些大大提高了测量的精度和准确性，降低了测量难度，提高了工程的工作效率和测量成本。

例如:由北京天玑科技自主研发的TJMC路面数据处理和线路检验软件专为路面摊铺和压实提供线路数据处理、桩点位校验及数据处理上传。系统实现车载端的通信连接数据收发，根据收到的坐标数据计算里程桩号、路幅等，将结果传入web平台，并支持数据上传统计功能。系统主要实现用对工程标段、设备及分配、碾压层计划、坐标系统的基础配置，用户可查询数据处理情况、对历史数据进行重传，另外用户可通过线路设计工具生成线路数据及图像预览，校验里程坐标等功能。广泛应用于：打桩系统，摊铺系统以及压实系统。

GNSS在变形监测中的应用

GNSS技术在变形监测上主要是应用于高层大楼、水库大坝、大桥等建筑物的安全监测及工程基坑沉降、位移和倾斜等状况。如我国的三峡工程是世界规模最大的水利工程，通过三峡库区建立的GNSS自动化变形监测系统，取得了三峡库区的沉降、滑坡等变形信息的监测资料，这对三峡大坝及库区的安全有重要的意义。由于GNSS技术具有亚mm级的高精度、全天候观测、测站间无需保持通视、可同时测定点的三维位移和易于实现全系统的自动化等优点。因此，GNSS技术在变形监测中得得到越来越多的应用，尤其是在大型工程使用上备受青眯。

例如：由北京天玑科技自主研发的TJ-Cloud在线监测预警系统包括通信模块、数据处理模块、采集模块和预警预报模块。主要利用北斗高精度定位技术和其它传感器技术，构建实时数据解算，处理，转换，存储的在线监测预警系统，可以及时了解人工建筑、滑坡、大坝、尾矿坝、桥梁、深基坑等的安全状态，进行安全评价，适时进行预警和警报，能够为建筑物的安全监测提供有力保障。

GNSS以其实时、高精度、全天候、不受通视条件限制和自动化观测程度高等优点，为实现工程和地壳形变及灾害变形监测中的应用提供了高质量的保证，实践证明，GNSS在变形监测中的应用是一种值得采用的有效手段，这对弥补传统的监测方法的不足有重要意义。随着我国北斗导航定位系统的投入使用与完善，GNSS技术在我国国民经济建设中必将有更广阔的发展前景。

4、北斗应用展望

当我们建成区域系统和全球系统以后，北斗的威力将成倍增加，可以和现在的GPS系统发挥的作用完全一样。北斗在全球系统布设完毕以后，将和GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲的Galileo一起组成全球卫星导航系统。

北斗能在全球板块运动监测、航天工程、桥梁的施工以及变形监控、公路及大坝碾压、国防、民航航路管理、智能交通、路况信息管理、道路堵塞治理、车辆监控和车辆自主导航、精密农业、城市管理、弱势群体监护等方面有着广阔的应用前景。

总之，全球卫星导航定位技术的应用领域，上至航空航天，下至工业、渔业、农业生产和日常生活，已经无所不在了。正如人们所说的：“GNSS的应用，仅受人类想象力的制约”。

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