CNSS北斗定位技術(shù)初探

李宏璽

摘 要：我國(guó)建設(shè)和發(fā)展北斗系統(tǒng)，目的是為了促進(jìn)我國(guó)導(dǎo)航領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。建設(shè)高精度的導(dǎo)航體系，不僅要求系統(tǒng)穩(wěn)定，質(zhì)量好，還應(yīng)具有巨大的應(yīng)用效益。目前我國(guó)的北斗導(dǎo)航體系對(duì)國(guó)際開(kāi)放，提供全球化的高精度免費(fèi)服務(wù)。當(dāng)前，我國(guó)與世界各國(guó)正積極開(kāi)展合作，在系統(tǒng)的兼容性和互操作性上取得了很大進(jìn)展，不斷推動(dòng)我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的向前發(fā)展。

關(guān)鍵詞：北斗；定位；技術(shù)

中圖分類號(hào)：U666.134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0029-01

1960年初，美國(guó)和蘇聯(lián)開(kāi)始發(fā)展新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。90年代，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS和GLONASS開(kāi)始建成投產(chǎn)。2000年起，中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CNSS北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)始成功建成，2003年后正式開(kāi)通并開(kāi)始了運(yùn)行應(yīng)用。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（IBDS或COMPASS）

我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，屬于自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由空間、地面控制端和用戶終端三部分組成?？臻g上包括5顆地球靜止軌道衛(wèi)星，30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面控制端包括注入站、主站和監(jiān)測(cè)站等設(shè)施基站組成。用戶端由與GPS、GLONASS、GALILEO等不同的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有良好了兼容性的終端組成。

與GPS和GLONASS系統(tǒng)之間的最大差別在于，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶知道自己的位置，還可以告訴別人自己的位置，適用于移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊和導(dǎo)航，如搜救、交通、調(diào)度指揮、地理信息實(shí)時(shí)查詢等。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、測(cè)繪、交通、電信、漁業(yè)、國(guó)家安全等不同的領(lǐng)域，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，在我國(guó)南方冰凍災(zāi)害、汶川地震救災(zāi)、北京奧運(yùn)會(huì)中都發(fā)揮了極其重要的作用。

我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，控制區(qū)域采用自主控制的方式，優(yōu)勢(shì)十分明顯。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展，對(duì)社會(huì)主義現(xiàn)代化事業(yè)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步都具有重要的意義。

2 北斗系統(tǒng)特點(diǎn)

相比于其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)立足我國(guó)的具體國(guó)情，采用自主開(kāi)發(fā)和研制的模式，保證了中國(guó)本土最大范圍的全區(qū)域覆蓋，大致的覆蓋范圍為東經(jīng)70-140°，北緯約5-55°，并且已經(jīng)對(duì)東南亞實(shí)現(xiàn)全覆蓋。北斗系統(tǒng)的精度很高，具有20米的三維定位精度，授時(shí)精度約高達(dá)100納秒。北斗系統(tǒng)容量較之于以前的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，有了大幅度的提升，一般的用戶容量可以達(dá)到540000戶/小時(shí)，屬于領(lǐng)先水平。北斗系統(tǒng)還具有優(yōu)越的服務(wù)能力，通信上實(shí)現(xiàn)了雙向通報(bào)，用戶一次可以傳達(dá)40～60漢字信息，一次最多可傳送120個(gè)漢字的信息，對(duì)于遠(yuǎn)洋作業(yè)非常有利和方便，在氣象預(yù)報(bào)、救災(zāi)救援以及海運(yùn)、陸運(yùn)、交通管理和運(yùn)輸商業(yè)中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。如表1所示。

3 北斗系統(tǒng)組成

目前的北斗系統(tǒng)，采用的體制技術(shù)與GPS體系有一定的相同之處，也是由空間系統(tǒng)、地面的控制系統(tǒng)、用戶終端等部分組成。區(qū)別于其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的是，北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星空間組成方式和它們不一樣，主要采用偽隨機(jī)噪聲碼序列捕獲方法，在調(diào)制及編碼導(dǎo)航電文、載波頻率和碼頻率、用戶的定位解算方式方面都存在一定方式的不同。

（1）空間衛(wèi)星；北斗的空間衛(wèi)星為三顆，距離地面的距離為36000 km，系統(tǒng)頻段為衛(wèi)星無(wú)線電定位業(yè)務(wù)的頻段，上行的L頻段，頻率范圍為1626.5-1610MHz，下行的S頻段，頻率范圍2500-2483.5MHz，空間衛(wèi)星的任務(wù)是完成地面中心控制系統(tǒng)和用戶之間的雙向無(wú)線電信號(hào)收發(fā)工作。衛(wèi)星S波段天線是主要負(fù)載用戶之間的雙向無(wú)線電信號(hào)收發(fā)器。

（2）地面中心控制系統(tǒng)；地面控制中心系統(tǒng)是導(dǎo)航和定位系統(tǒng)管理控制中心，具有完整的系統(tǒng)信息收集、生產(chǎn)、加工、測(cè)量和控制等功能，由信號(hào)收發(fā)子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)和通道監(jiān)控子系統(tǒng)等組成。比如，當(dāng)你進(jìn)入一個(gè)陌生的地方，你可以用裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航芯片手機(jī)，找到所需要的路徑和方向。還可以查詢最近的停車場(chǎng)、餐廳、酒店或其他任何你想去的地方，服務(wù)商會(huì)立即根據(jù)你的位置，找到需要信息。

（3）用戶終端；用戶終端部分由信號(hào)接收天線、混頻、發(fā)射裝置、放大部分、顯示器、信息輸入鍵盤組成。

服務(wù)在中國(guó)是一個(gè)新概念，它有四大需求：國(guó)家任務(wù)的執(zhí)行、科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展、工業(yè)市場(chǎng)的需求、國(guó)家安全與國(guó)家戰(zhàn)略，四項(xiàng)任務(wù)密切相關(guān)。北斗正是基于這種國(guó)家服務(wù)的理念提出的，在應(yīng)用上也嚴(yán)格遵循以上法則?，F(xiàn)代信息社會(huì)的快速發(fā)展，時(shí)空信息服務(wù)需求的不斷增加，國(guó)家性服務(wù)和北斗衛(wèi)星時(shí)間、空間優(yōu)勢(shì)整合的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。這種開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在提供具體技術(shù)支持的同時(shí)，還極大的拓寬了北斗應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，是一個(gè)偉大而艱巨的系統(tǒng)工程，建設(shè)和使用過(guò)程中會(huì)面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)，需要多種技術(shù)力量進(jìn)行研究和突破，積極探索和掌握核心的先進(jìn)技術(shù)，研發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的器件，盡量縮短測(cè)試的周期，降低運(yùn)營(yíng)中的各種風(fēng)險(xiǎn)，保證北斗衛(wèi)星系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展和國(guó)家的進(jìn)步都有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊元喜.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)展，貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2010，39（1）：1-6.

[2]譚述森.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與思考[J].宇航學(xué)報(bào)，2008，29（2）：391-396.

[3]施闖，趙齊樂(lè)，李敏，等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密定軌與定位研究[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2012，42（6）：854-861.