北斗卫星导航系统技术发展与应用研究

褚怡

摘要：文章重点阐述了北斗卫星导航系统发展历程，介绍了北斗卫星导航系统构成、功能等关键技术，阐述了北斗卫星导航系统的应用现状，最后分析了北斗卫星导航系统未来的发展前景。

关键词：北斗 ;卫星导航系统;应用

1、北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统简称北斗系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）是我国自主研发设计的全球卫星导航系统，立足自身航天科技建设而成。该系统提供了稳定可靠并覆盖全球的卫星导航、定位、授时等服务，具有独立自主、技术领先、发放兼容的特点。北斗导航系统的建立为国家安全和经济发展提供了重要技术保障，满足国家信息化建设和人民日常生活对定位、导航、授时等需求，促进了经济发展方式的转变，提振民族科技荣誉感的同时带来了不可估量的经济和社会效益，该系统在于其他国家卫星导航系统合作下，可以服务全球、造福人类。

该系统在顶层设计和发展上分为 “三步走”发展路线，通过梯度建设逐步形成面向全球、突出区域、具有特色的卫星导航系统发展之路。“三步走”中第一步是1994年开始建设北斗卫星试验系统，历时六年时间的研发实现有源定位和短报文服务能力，覆盖范围达到中国及周边地区;“三步走”中第二步是在 2004年北斗系统的初建，历时八年时间完成在区域无源定位服务功能的实现，目前日臻完善的北斗导航系统已经实现在亚洲太平洋地区提供正式的短报文、定位、导航、授时服务;“三步走”中第三步是2013年起开始不断完善和继续发展北斗卫星导航系统的建设，并计划在2020年底完全实现覆盖全球的无源定位和短报文服务。北斗系统在整体设计上分为空间段、地面控制段、用户段三部分，空间段包括5颗静止轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星和27颗中圆轨道卫星;地面控制段包括主控站、注入站、监测站等30余个地面站。

2、北斗卫星导航系统功能及特点

（一）系统功能

1、定位功能。“北斗”系统作为我国独立自主研发，拥有全部知识产权的导航系统，结束了国内在定位导航服务对GPS系统的依赖，同时也打破了西方在该领域的垄断。从国家战略角度出发“北斗”的诞生是提高国家综合国力和提振民族信心的有力举措。在科研人员不断完善与修正下，该系统在定位方面可以达到10米以内的精准度，在授权或有标校站的情况下可以达到毫米级的定位误差，从技术角度远超GPS系统定位性能。

2、导航功能。最为“北斗”最重要的功能，导航功能原理与GPS系统相仿，都是遵循一定开放原则，可以在终端机上接受来自不同卫星的信号，所不同的是“北斗”可以同时接受不同卫星信号，从而避免单一信号产生位置的不确定性，降低了误差，测速精准度达到了0. 2 米/秒。

3、授时功能。“北斗”系统在授时功能上更是走在了各国卫星导航系统的前列，其精度可以达到惊人的50ns。这是该系统在国家军事、电力、金融、通信等中多领域发挥出巨大作用。

4、短报文功能。作为“北斗”系统最特殊的功能，短报文功能在完成信号匹配之后，即使移动终端与信源产生相对位移也可完成不间断通信，同时不受二者之间距离限制，这项功能是该系统领先其他系统最重要特征。

（二）系统特点

1、我国自主研发的“北斗”卫星导航系统在技术上日臻成熟、系统机构稳定、覆盖范围广泛，与其他国家如GPS卫星导航系统、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，具有短信服务优势，增加了通讯功能，信源可以向众多移动终端用户完成信息群发，而建立的集团用户也可以完成实时点对点通讯且不受距离限制。

2、“北斗”卫星导航系统在组网能力上也是可圈可点，具有信号覆盖能力广，组网速度快，通信精度高等特点。为了体现大国风范和世界命运共同体的呼吁，“北斗”系统提供的众多服务面向全球都是免费的，且不受限制。。

3、授权服务有较高的保密级别。“北斗”系统在输出服务上区分民用和军用。其中B1、B2 频点发射开放式信号，用于民用，B3 频点发射信号自带密钥，用于军用。

3、北斗卫星导航系统应用与发展

（一）系统应用

“北斗”卫星导航系统的投入使用打破了我国长期以来以来依赖外国卫星导航系统的局面，使中国在卫星导航领域中树立国际地位，同时有利于国家战略的进一步规划，在国内电力调度、通信网络、金融领域、交通运输等重要基础行业发挥出重大作用。特别是在军事领域，“北斗”系统有专门服务于部队的发射频点，填补了这项领域的空白，有力提升了国防和军队战斗力，给中国导弹插上了眼镜具备了覆盖一二岛链，完成精准打击的能力。“北斗”系统在国防上的投入使用，是中国部队在战斗效能上提高了1000倍左右。

（二）系统发展

1、提高定位精度。虽然“北斗”系统在误差方面已经世界领先，但是仍然有其进步空间，通过建立更多的地面增强系统可以进一步消除系统误差，使其连续定位误差降至米级。

2、消除定位盲區。在消除盲区方面，“北斗”系统同样做着努力，通过建设“羲和”系统使其与“北斗”系统可以完成有效互补，解决卫星导航对室内定位的盲区误差。

3、增强抗干扰能力。在抗干扰能力方面，“北斗”系统在多个节点中投入使用电磁盾牌技术，使系统中信号接收端不依托地面站即可接收卫星交互信号，完成通信。

4、多系统融合发展。通过签署《北斗与 GPS 兼容与操作联合声明》标志着“北斗”与其他国家不同卫星导航系统进行兼容式的战略合作。通过技术的互补性提供更加精准的导航服务，造福全球用户。从目前“北斗”卫星导航系统的发展情况可以预见，他将与全球其他各大卫星导航系统有效融合，实现超过100颗通信卫星组成巨大的通信网络，为终端用户提供更加可靠和快捷的定位服务。展望未来，世界各地的星际导航服务将呈现出全时空、全区域、无盲区、高精度的特点，应用也将无所不在。

4 结语

中国自主研发的“北斗”卫星导航系统具有很强的先进性，在面对世界导航系统的挑战下，“北斗”系统还将继续建设和完善，助力与中华民族的伟大复兴。在目前建设水平上，“北斗”还将做出如下努力：首选继续推进该系统全球卫星导航系统建设，继续完善全球系统的星座布局;其次全面提升系统性能，在提高应用效率和推广使用上继续下功夫;最后要继续探索与其他系统的有效兼容，加强国际合作，共同推进全球卫星导航事业的发展。

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