北斗卫星导航系统应用研究综述

苗仲华

摘 要：北斗导航系统又称双星快速定位通讯系統，基本功能有快速导航和定位、双向通讯、发播标准时间。它是星基区域双向主动式无线电导航系统，具有全天候、高精度、连续、实时、快速的导航定位和多功能、多用途、高可靠性的特点。

关键词：北斗卫星导航

作为中国正在实施的自主研发并且独立运行的全球卫星导航系统，北斗卫星导航系统与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、授时与导航服务，并且同时提供短报文的通信服务。中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，这将会进一步提高定位的精度。目前，北斗卫星导航系统已经开始向中国及周边地区提供连续的导航地位与授时服务，应用领域也不断扩大，在交通、水文、气象、海洋、通信、电力、军事等诸多领域得到广泛应用，产生了显著的社会效益和经济效益。

一、北斗卫星导航系统的发展

（一）北斗卫星导航系统建设的必要性

北斗导航系统，也称天基定位、导航、授时（PNT）系统，已成为国家重大的空间和信息化基础设施，是北斗时空信息服务体系的基石；也成为体现现代化大国地位和国家综合竞争力的重要标志；还是经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术支撑和战略威慑基础资源；是建设创新型国家与和谐社会、服务人民大众、提升生活质量的重要工具，将作为新一代信息技术核心动力引领战略性新兴信息产业的发展。

北斗导航系统将为我国四化建设提供自主、稳定、经济和可靠的导航、定位、授时服务，结束我国长期依赖国外导航系统的局面。引进国外导航用户终端设备来满足国内不断增长的需求，国家不仅要担负巨大的外汇支出，而且要随时承受美国不断变换的主权威慑，因此该系统对四化建设具有重要的政治、经济和军事意义。

北斗卫星导航系统促进了我国卫星导航产业链的行程，完善了国家的卫星导航应用产业支撑、推广与保障体系，推动了卫星导航在国民经济社会各行各业的广泛应用。所以，北斗卫星导航的快速发展是必然的趋势。

（二）北斗卫星导航系统发展计划与概况

卫星导航系统可以说是最重要的空间信息基础设施，因此我国一直以来都很重视卫星导航系统的建设，并不停地努力探索与发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。根据国外发展卫星导航系统的经验教训并结合我国的实际情况，我国分三个阶段循序渐进地实施自己的卫星导航系统建设目标。

总之，我国北斗卫星导航系统的建设分三个阶段完成，从区域性有源服务能力到区域性无源服务能力，再进而发展到全球性的无源服务能力，这是一个循序渐进地发展过程。按照我国的北斗系统发展规划，“北斗”卫星导航系统的建设主要包括关键技术试验与攻关、工程建设、应用推广以及产业化等三大任务。到2020年，“北斗”卫星导航系统将成为与美国GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo并列的四大卫星导航系统，在全球性无源卫星导航系统中占有举足轻重的地位。

二、北斗卫星导航系统的应用研究

（一）北斗卫星导航系统的组成

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成：

1、空间端空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星；

2、地面端主要由主控站、注入站以及监测站等地面站组成；

3、用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略等其它卫星导航系统兼容的终端组成。

中国此前已经成功发射四颗北斗导航试验卫星和十颗北斗导航卫星，并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。北斗卫星导航系统以建成独立自主、开放兼容、稳定可靠、技术先进、可覆盖全球的导航系统为最终建设目标。

（二）北斗卫星导航的主要功能

1、快速定位

北斗定位系统采用的是主动定位方式。具体说来就是，先由用户终端主动向地面控制中心发出定位请求，也就是入站；然后地面控制中心根据接受到的用户请求信号，测量或者计算出用户与两颗卫星的距离。最后中心控制系统计算出用户的精确位置，并进行加密之后通过卫星广播出去，由用户终端进行接收，也就是出站。这样就完成了与GPS精度相当的快速实时定位，定位精度为为20-100m。北斗定位系统可以为用户提供高精度、全天候的快速实时定位服务，为服务区域内的所有用户确定地理位置，同时也可以为用户及相关部门提供导航服务。

2、简短报文通信

“北斗”卫星导航定位系统具有用户与地面控制中心、用户与用户之间的双向数字简短通信能力。用户一次可以传送40至60个汉字的简短报文信息，一般用户可以单次或者多次传输文本信息。其中注册用户可以利用连续传送的方式最多传送120个汉字的信息。

3、精密授时

“北斗”卫星导航系统同时具有双向和单向两种授时功能，根据不同的精度要求，北斗卫星导航系统定时传送最新的授时信息给客户端，完成北斗导航定位系统与用户见的时间和频率同步，供客户修正与“北斗”卫星导航定位系统间时间误差。北斗系统的授时误差在20纳秒与100纳秒之间，其中单向授时精度为100纳秒，双向授时精度可以高达20纳秒。定位导航功能为北斗系统的主要功能，其在军事和民用上都有广阔的应用前景。

（四）北斗卫星导航在航海领域的应用

“北斗一号”卫星定位系统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。较之于陆基导航定位系统，它有更优越的性能：

覆盖范围广，其覆盖范围是在北纬50～550，东经700～1400之间的一个心脏形区域，上大下小，基本上覆盖了我国海区；

定位精度高，静止水平误差士20米，运动水平误差士100米，经过校标（即相当于差分）可达到士20米，同时还具有数字报文通信以及授时功能。因此，我们应积极探索“北斗一号”卫星定位系统在航海上的应用。

随着北斗导航定位系统的不断完善与发展，它在航海技术上已经可以实现定位导航、简短报文通信以及精密授时等功能。

（作者单位：北海航海保障中心青岛航标处日照航标站）