北斗系统关键技术及应用

卫星通信与导航大作业（二）

题目：北斗系统关键技术及应用

班级：021212 学号：02121128

姓名：文威威

目 录

目 录 ...................................................I

第一章 北斗系统概述 ...................................... 1

第一节 北斗系统工作原理 .............................. 1

第二节 北斗系统组成 .................................. 1

第三节 北斗系统功能 .................................. 2

第二章 北斗系统授时技术及应用 ............................ 3

第一节 北斗系统授时原理 .............................. 3

第二节 北斗系统授时应用 .............................. 3

第二章 北斗系统导航定位技术及应用 ........................ 5

第一节 北斗系统导航定位系统基本原理 .................. 5

第二节 北斗系统导航定位技术的应用 .................... 5

第三章 北斗系统短报文通信技术及应用 ...................... 7

第一节 北斗系统短报文通信概述 ........................ 7

第二节 北斗系统短报文通信应用 ........................ 7

第四章 发展与展望 ........................................ 8

第 1 章 北斗系统概述

第 1 节 北斗系统工作原理

“北斗”是中国独立自主设计、建没的卫星导航系统．也是联

合国有关机构认定的全球卫星导航定位四大核心供应商之一。按照

“先区域，后全球”的总体建设规划，中国在 2003 年正式开通的北

斗卫星导航试验系统即北斗一代，成为继 GPS、GLONASS 之后，能够

独立提供服务的三大卫星导航系统之一。

北斗一号系统定位采用三球交会测量原理进行定位，地面控制

中心根据用户设备主动发送的定位申请信号，结合大地高程数据解

算出用户所在位置的坐标。

北斗二号系统定位将采用多颗卫星组成卫星阵列，用户设备根据

接收到的 4 颗以上卫星的星历数据解算出所在位置的坐标，实现无

源定位。

第 2 节 北斗系统组成

北斗卫星导航定位系统由导航通信卫星、地面控制中心和用户

终端三部分组成。其中，导航通信卫星主要执行地面控制中心和用

户终端间信号传递的中继服务；地面控制中心主要负责信号的发送、

接收、信息处理以及整个系统的监控管理；用户终端是直接由用户

使用的设备，主要用于接收地面控制中心经卫星转发的出站信号以

及经卫星转发向地面控制中心发送服务申请。

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第 3 节 北斗系统功能

北斗卫星导航定位系统具有快速定位、简短数字报文通信和精

密授时等三大主要功能。

快速定位：确定用户地理位置，为用户提供定位导航服务。

报文通信：为用户之间提供双向数字报文通信服务，电文最长

可达 120 个汉字。

精密授时：根据不同的精度需求，为用户提供单向和双向两种

授时功能，供用户进行时间同步。

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第二章 北斗系统授时技术及应用

第一节 北斗系统授时原理

北斗系统授时可分为单向授时模式和双向授时模式。

在单向授时模式下，用户机不需要与地面中心站进行交互，但

需已知接收机精密坐标，从而可计算出卫星信号传输时延，经修正

得出本地精确的时间。中心控制站精确保持的标准北斗时间，并定

时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。标准时间信息经过

中心站到卫星的上行传输延迟、卫星到用户机的下行延迟以及其它

各种延迟(对流层、电离层等)传送到用户机，用户机通过接收导航

电文及相关信息自主计算出钟差并修正本地时间，使本地时间和北

斗时间同步，系统设计授时指标为 100ns。

双向定时的所有信息处理都在中心控制站进行，用户机只需把

接收的时标信号返回即可。其无需知道用户机位置和卫星位置，通

过来回双向传播时间除以 2 的方式获取，更精确的反映了各种延迟

信息，因此其估计精度较高。在北斗系统中单向定时精度的系统设

计值为 100ns，双向定时为 20ns。

第 2 节 北斗系统授时应用

（1） 在电网建设中的应用

随着北斗卫星导航系统的建设与完善，基于北斗系统开展在电

力系统授时方面的应用已是大势所趋。目前在电力应用领域中的授

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时产品主要以全球定位系统(global positioning system，GPS)和

北斗一代系统为主。GPS 系统由美国军方控制，对于国家安全存在

巨大隐患；北斗一代系统可实现双向授时，授时精度可达 20ns，但

其用户容量受到极大限制，不利于授时系统的大范围推广。北斗二

代系统可实现单向授时，授时精度为 100ns，可满足电力领域大多

数的应用需求。

（2）在 AIS(Automatic Identification System)岸基网络系

统中的应用

AIS 系统即船舶自动识别系统，是一种工作在甚高频频段的通

信系统，该系统能够有效的提高船舶航行安全。根据中国海事局的

规划，我国己在沿海、沿江地区建立了庞大的岸基网络系统。岸基

网络系统的运行对时间准确度要求很高，高精度的时间基准能有效

的保证岸基网络系统的实时性。

为保证时间的准确度，目前不论是国内还是国外均选择采用卫

星授时技术，而目前就国内而言大多采用 GPS 作为卫星授时的时钟

源。而 GPS 的时钟源的精度是受美国军方控制的，因此，采用作为

授时时钟源是无法保证系统的安全性。需要一个安全、精度高、稳

定的时钟源。北斗卫星导航定位系统是我国拥有自主研发知识产权

的、全天候卫星导航定位系统，具有授时功能，是一个不错的选择。

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第 2 章 北斗系统导航定位技术及应用

第 1 节 北斗系统导航定位系统基本原理

卫星导航系统（卫星导航定位系统）主要包括导航星座、地面

监测网和用户导航定位设备（简称用户机）三大部分。以导航卫星

为基准点，用户通过接收卫星导航信号，测算出用户到导航卫星之

间的距离，根据导航卫星每一时刻的速度和位置，可以确定用户当

前的位置和速度。

进行卫星导航定位至少需要同时观测到 4 颗卫星。用户通过导

航电文中的星历表，选择可以提供最佳几何图形的 4 颗卫星；再根

据导航信号的传播时间计算出用户到导航卫星的距离；通过查询星

历表的相关参数计算出 4 颗卫星的位置。如果用户携带与全球定位

系统时间同步的精确时钟，只需要 3 颗卫星就可以完成导航任务，

此时用户便处于 3 个以卫星为球心的圆球交点之上。

第 2 节 北斗系统导航定位技术的应用

（1）北斗卫星导航系统在抗震救灾与应急指挥中的应用

在“5.12”汶川地震后的抗震救灾工作中，北斗卫星导航

系统发挥了重要的作用，保障了抗震救灾与应急指挥的顺利进

行,充分体现了北斗导航定位系统在抗震救灾应用中的不可替代

性。

北斗卫星导航系统在“5.12”抗震救灾中的应用主要有:为

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“5.12”抗震救灾的救援直升机提供了导航定位;在地震造成通

讯中断、道路损毁的情况下为抗震救灾提供可靠的通信保障，

为灾区一线和指挥部建立了实时通信通道，把灾区的实时情况

及时传回指挥部，在决策、搜救、医疗等过程中发挥了关键作

用，为取得 5.12 抗震救灾的伟大胜利奠定了决定性的基础;为

减灾防灾提供远程监测和灾情预警;为社会大众提供公共应急信

息服务。

（2）北斗卫星导航系统在野外地质调查和安全保障中的应

用

北斗一号卫星系统对地质调查的安全保障起着重要的应用，

目前已初步形成了基于北斗一代卫星的野外地质调查管理与安

全保障技术体系。

“十一五”期间，中国地质调查局牵头承担了国家发改委高

技术产业化示范工程项目“基于我国卫星的野外地质调查应用

高技术产业化示范工程”，研究基于国产遥感卫星和北斗一代

卫星的野外地质调查服务与管理应用系统技术体系，形成了一

套服务于野外地质调查的“双星野外地质调查服务与管理系统”

。通过北斗一代卫星的定位功能满足地质调查领域基于位置的

服务需求，利用北斗一代卫星的通讯功能实现野外人员与管理

中心之间的实时通讯，保障野外人员的作业安全。

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第 3 章 北斗系统短报文通信技术及应用

第一节 北斗系统短报文通信概述

北斗卫星的短报文通信功能是美国 GPS 和俄罗斯 GLONASS 都

不具备的特殊功能，是全球首个在定位、授时之外具备报文通信为

一体的卫星导航系统。

北斗卫星短报文通信具有用户机与用户机、用户机与地面控制

中心间双向数字报文通信功能，一般的用户机可一次可传输 36 个

汉字，申请核准的可以达到传送 120 个汉字或 240 个代码。短报

文不仅可点对点双向通信，而且其提供的指挥端机可进行一点对多

点的广播传输，为各种平台应用提供了极大便利。

第 2 节 北斗系统短报文通信应用

北斗系统短报文通信应用前景十分广阔。

比如可以向紧急救援服务单位提供移动信号中断，如地震、灾

难时的紧急救援的文字信息等。或者提供喜欢去偏远地区远足的人

提供查询最近的停车位、餐厅、旅馆等，以及无信息覆盖的遇险情

况下的求救服务等。

当在无信号覆盖的沙漠、偏远山区、以及海洋等人烟稀少地区

进行搜索救援时，北斗设备除导航定位外，具备的短报文通信功能

可及时报告所处位置和受灾情况，有效提高救援搜索效率。

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第 4 章 发展与展望

北斗卫星导航系统是中国具有自主产权的卫星导航系统，既有

导航定位功能，又有短报文通信功能。它的建成并投入使用,打破了

美国等发达国家垄断卫星导航定位技术的局面,提高了我国经济社会

的信息化水平。

随着北斗二代卫星系统的建设，北斗卫星导航系统将成为全球

覆盖、高精度、无通讯盲区的导航系统，在国家卫星导航科技专项

和相关政策推动下，北斗卫星导航系统将在地质调查领域发挥更加

重要和不可替代的作用。

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