1、中国北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统于GPS对比北斗卫星导航系统世界第三套全球卫星导航系统工程总投资： 100亿元工程期限： 1994年 2020年北京时间 2007年 2月 3日凌晨零时 28分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（ CNSS），是继美国的全球定位系统（ GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（ GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由 4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、 地
2、面控制中心为主的地面部份、 北斗用户终端三部分组成。 北斗定位系统可向用户提供全天候、 二十四小时的即时定位服务， 定位精度可达数十纳秒 (ns) 的同步精度，其精度与 GPS相当。 中国在 2000年至 2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星， 这种区域性 ( 中国境内 ) 的卫星导航定位系统， 正在为中国陆地交通、 航海、森林防火等领域提供着良好服务。北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造 , 四颗导航定位卫星的发射时间分别为：日期火箭卫星轨道2000年 10月31日 长征三号甲北斗 -1A地球静止轨道140E2000年 12月21日 长征三号甲北斗 - 1B GEO 80E2
3、003年 05月25日 长征三号甲北斗 - 1C GEO 110.5 E 第三颗是备用卫星2007年 02月03日 长征三号甲北斗 - 1D GEO 86E第四颗是备用卫星2007年 04月14日 长征三号甲北斗 -2A中地球轨道 (21500KM) 北斗二代首颗卫星军用新型北斗卫星导航手持机北斗卫星导航系统的历史我国早在 60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作， 但由于多种原因而夭折。 在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚， 以致后来使用的大量设备中， 基本上依赖进口。 70年代后期以来， 国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。 先后提出过单星、 双星、三星和 3-5 星
4、的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能够得到实现。1983年，“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想， 经过分析和初步实地试验， 证明效果良好， 这一系统被称为“双星定位系统”。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”。双星定位导航系统是一种全天候、高精度、 区域性的卫星导航定位系统，可实现快速导航定位、双向简短报文通信和定时授时3大功能， 其中后两项功能是全球定位系统(GPS)所不能提供的，且其定位精度在我国地区与GPS定位精度相当。整个系
5、统由两颗地球同步卫星( 分别定点于东经 80度和东经 140度36000公里赤道上空 ) 、中心控制系统、 标校系统和用户机4大部分组成，各部分间由出站链路( 即地面中心至卫星至用户链路) 和入站链路 ( 即用户机至卫星中心站链路 ) 相连接。中心站以特定的频率发射 H 地球同步卫星分别向各自天线波束覆盖区域内的所有用户广播。 当用户需要进行定位通信服务时， 相对于接收信号 ( 出站信号 ) 某一帧，提出申请服务项目并发送入站信号， 经两颗卫星转发到地面中心， 地面中心接到此信号后，解调出用户发送的信息， 测量出用户至两颗卫星的距离， 对定位申请计算用户的地理坐标，由于 H 颗卫星的位置是已知
6、的， 分别为两球的球心， 另一球面是基本参数已确定的地球参考椭球面 3球交会点为测量的用户位置。一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想， 正式立项是在1994 年。北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等 3部分构成。空间部分即“北斗”一号由两颗工作卫星和两颗备份卫星组成， 突出特点是构成系统的空间卫星数目少、 用户终端设备简单、 一切复杂性均集中于地面中心处理站。 两颗定位卫星分别发射于 2000 年 10月 31日和 12月 21日，备份星于 2003年5月 25日、 2007年 02月 03日发射。系统构成与工作原理北斗卫星导航定位系统的系统构
7、成有：两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以 2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成 2个球面，用户终端将位于这 2个球面交线的圆弧上。 地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、 以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。用户利用一代“北斗”定位的办法是这样的，首先是用户向地面中心站发出请求，地面中心站再发出信号， 分别经两颗卫星反射传至用户，地面中心站通过计算两种途径所需时间即可完成定位。 一代“北斗”与 GPS系统不同， 对所有用户位置的
8、计算不是在卫星上进行，而是在地面中心站完成的。 因此，地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息，并负责整个系统的监控管理。由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”。北斗二代继美国的 GPS系统升级， 俄罗斯的 GLONASS系统扩建， 以及欧盟的“伽利略计划”之后， 中国也将继续升级自己的全球卫星导航定位系统“北斗第二代导航卫星网”。“北斗一号导航系统”是区域卫星导航系统， 北斗二代卫星可实现全球的定位与导航。 “北斗第二代导航卫星网”将由颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星组成， 提供两种服务方式：开放服务和授权
9、服务。其中 5颗静止轨道卫星，即高度为 36000公里的地球同步卫星； 5颗静止轨道卫星在赤道上空的分布为： 58.75o E, 80oE, 110.5o E, 140o E and 160o E ，提供 RNSS和 RDSS信号链路。 30颗非静止轨道卫星由 27颗中轨（ MEO）卫星和 3颗倾斜同步（ IGSO）卫星组成，提供 RNSS信号链路 , 27 颗 MEO卫星分布在倾角为 55度的三个轨道平面上，每个面上有 9颗卫星，轨道高度为 21500公里。每颗 COMPASS卫星都发射 4个频率的载波信号用于导航： 1561.098 MHz (B1), 1589.742 MHz(B1-2)
10、 ， 1207.14 MHz(B2), 1268.52 MHz(B3) 每个载波信号均有正交调制的普通测距码（ I支路）和精密测距码（ Q支路）。卫星以不同地址码区分（ CDMA）。开放服务是在服务区免费提供定位、 测速和授时服务， 定位精度为 10米，授时精度为 50纳秒，测速精度为 0.2 米秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是： 第二代用户机可免发上行信号， 不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息， 而是直接接收卫星单程测距信号自己定位，系统的用户容量不受限制， 并可提高用户
11、位置隐蔽性。其代价是：测距精度要由星载高稳定度的原子钟来保证， 所有用户机使用稳定度较低的石英钟， 其时钟误差作为未知数和用户的三维未知位置参数一起由 4个以上的卫星测距方程来求解。这就要求用户在每一时刻至少可见 4颗以上几何位置合适的卫星进行测距，从而使得星座所需卫星数量大大增多，系统投资将显著增加。二代“北斗”可称“中国的GPS”我国发展二代北斗不会采取一步到位的方式， 也不会停掉一代， 另外发展二代。 我们会在一代的基础上不断补充卫星数， 增加其功能， 提高其整体水平。 发展二代“北斗”的工作比一代要复杂得多， 卫星技术、 地面站的完善、用户终端的开发、 关于原子钟的各项基础研究和应用研
12、究 , 这是一项长期的系统工程。“北斗”一号第三颗卫星的准确入轨和成功定点， 为发展我国二代“北斗”的关键技术提供了准备。“北斗”一号备份卫星上新装载了用于卫星定位的激光反射器，能够参照其他星，把自身位置精确定格在几个厘米的尺度以内。 这颗卫星已定位成功， 表明这种技术是有效而可靠的。 这样，当我们不断发射新的卫星构建二代“北斗”体系时， 众多卫星就会找准自己的位置， 构成符合标准的网络。 此外，“北斗”一号的 4颗星寿命都是 8年，专家正不断研究，预计下一次发射的卫星寿命就能达到 10年左右了；而目前卫星的寿命都是 12年左右，卫星的寿命则是到年。我国计划从 2009年开始每年发射 6颗北斗
13、定位卫星，初步形成 4颗静止卫星， 12颗中轨星， 9 颗高轨星的北斗 2代导航卫星，在中国取代 GPS系统。中国北斗导航卫星进行防震试验北斗一代（ BD-1）系统介绍：“北斗一号”卫星导航定位系统是我国独立自主研制的第一代卫星导航定位系统， 是一种新型、全天候、较高精度、区域性（中国境内）的卫星导航定位系统，具有快速定位（导航） 、双向简短报文通信和定时三大功能， 目前已经正式投入运行， 这标志着该系统进入了实际应用阶段。该系统由四颗静止卫星组成，其轨位分别是： 80E ； 110 5E， 140E，86E导航定位使用频段是： 1610-1626 5MHz （L 频段，上行链路）2483 5
14、-2500MHz （S 频段，下行链路）目前在国际电联的公布资料是： CHINASAT-31/32/33 。北斗二代（ COMPASS）-系统介绍：COMPASS系-统是继 BD-1 系统后的中国新一代卫星导航系统，目前正处于研制阶段。该系统共由 25颗静止卫星及两个移动卫星网络构成，具体参数是：工作区域：全球卫星网络：中轨卫星网络，由 9颗星组成，轨道高度是 22000KM；高轨卫星网络，由 12颗星组成，轨道高度是 36000KM；静止卫星网络，由 4颗星组成， 其中轨位分别是： 5875E；80E；1105E；140E。频带： 1164-1215MHz （下行）1260-1300MHz
15、（下行）1300-1350MHz （上行）目前在国际电联的公布资料是： COMPASS-H/M/58 75E/80E/110 5/140E国产北斗卫星导航定位系统演示北斗系统四大功能短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送 40-60 个汉字的短报文信息。精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供 20ns-100ns 时间同步精度。定位精度：水平精度 100米 (1 ) ，设立标校站之后为 20米( 类似差分状态 ) 。工作频率：2491.75MHz。系统容纳的最大用户数：每小时 540000 户。北斗应用五大优势1. 同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统
16、支持。2. 覆盖中国及周边国家和地区， 24小时全天候服务，无通信盲区。3. 特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。4. 独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”。5. 自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。国产北斗海上搜索定位系统“北斗一号”卫星导航系统与 GPS系统比较1、覆盖范围： 北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。 覆盖范围东经约 70一 140，北纬 5一 55。 GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到 6-9 颗卫星 ( 实际上最多能观测到
17、 11颖 ) 。2、卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约 60。GPS是在 6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55，轨道面赤道角距 60。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时 58分。3、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。 GPS是被动式伪码单向测距三维导航。 由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位
18、。4、定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约 100ns 。GPS三维定位精度P 码目前己由 16m提高到 6m，C/A 码目前己由 25-100m 提高到 12m，授时精度日前约 20ns。5、用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问 - 应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号， 还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、 询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。 GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此 GPS的用户设
19、备容量是无限的。6、生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多， 因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性， GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后 GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。7、实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运
20、动体， 就加大了定位的误差。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点， 其具备的短信通讯功能就是 GPS所不具备的。全球四大卫星定位系统目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。 当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统 GPS、俄罗斯的格罗纳斯 GLONASS系统、欧洲在建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。美国 GPS长期垄断美国国防部从 1973年开始实施的 GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统， 在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。 GPS全球定位系统计划自 1973年至今，先后共发射了 41颗卫星，总共耗资
21、 190亿美元。 GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统， 在 1991年的海湾战争中首次得到实战应用。随后， 在科索沃战争、 阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。 现运行的GPS系统由 24颗工作卫星和 4颗备用卫星组成 。美国利用 GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以 1986年为例， 当时一台一般精度的GPS定位仪价格 5万美元，高精度的则达到 10万美元。现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS“收获颇丰”。 以 GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。据美国国家公共管
22、理研究院进行的调查评估表明， GPS的全球销售额将以每年 38%的速度增长，2005年全球 GPS市场已达到 310亿美元。 长期以来， 美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号也就是说， 地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲 GPS服务。2003年 3月 20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”； 4月，一架 B- 1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是
23、一个人：萨达姆。侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种： 联合攻击炸弹 (JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标， 是因为他们都是通过卫星定位来实现定位， 提供这种定位服务的正是由 24颗美国卫星组成的全球定位系统 -GPS。俄罗斯 GLONASS（格洛纳斯）系统“格洛纳斯 GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统 GLOBAL NAVIGATION SATELLITESYSTE”的缩写。作用类似于美国的 GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。 1995年俄罗斯耗资 30多亿美元，完成了 GLONA
24、SS导航卫星星座的组网工作。 它也由 24颗卫星组成，原理和方案都与 GPS类似，不过，其 24颗卫星分布在 3个轨道平面上， 这 3个轨道平面两两相隔120， 同平面内的卫星之间相隔 45。 每颗卫星都在 19100千米高、 64.8 倾角的轨道上运行， 轨道周期为 11小时 15分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自称， 多功能的 GLONASS系统定位精度可达 1米，速度误差仅为 15厘米 / 秒。如果必要， 该系统还可用来为精确打击武器制导。 GLONASS卫星由质子号运载火箭一箭三星发射入轨，卫星采用三轴稳定体制，整量质量 1400KG，设计轨道寿命 5年。所有 GLON
25、ASS卫星均使用精密铯钟作为其频率基准。 第一颗 GLONASS卫星于 1982年 10月12日发射升空。 到目前为止， 共发射了 80余颗GLONASS卫星。2003年的伊拉克战争对俄罗斯产生了相当大的震动， 迫使俄罗斯领导层再次对太空的军事用途重视起来。 4年前 GLONASS经历了最糟糕的时期，当时只有 810颗卫星在工作，而要该系统发挥完全的作用， 需要有 24颗卫星。 现在只有 11颗卫星处于工作状态， 但是要使该系统具有军用价值，在轨道上至少要有 18颗星。 俄罗斯航天的老大难问题就是经费不足。 为此，俄罗斯航宇局正试图吸引外资。 按航宇局局长科普捷夫的说法， 正在和包括中国在内的
26、国家和组织进行商谈来共同恢复 GLONASS。希望到 2011年该系统将完全恢复。欧洲“伽利略计划”在上世纪90年代的局部战争中， 美国的GPS出尽风头。 利用GPS系统提供定位的导弹或战斗机可以对地面目标进行精确打击， 这给欧洲国家留下了深刻印象。 为减少欧洲对美国军事和技术的依赖，经过长达 3年的论证， 2002年 3月，欧盟 15国交通部长会议一致决定， 启动“伽利略”导航卫星计划。“伽利略”计划的总投资预计为36亿欧元，由分布在3个轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似，可以向全球任何地点提供精确定位信号。与美国的GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其定位精
27、度可以达到1米，而 GPS只能达到10米。2000年，“伽利略”计划提出不久，欧盟委员会副主席德帕拉西奥在与当时的中国国务院总理朱镕基会晤时就表示希望中国参与“伽利略”计划，得到了中国的积极回应。随后，中国同欧盟签署协议， 在北京成立了中欧卫星导航技术培训合作中心，中国向“伽利略计划”投资2.3亿欧元，根据比例获取相应收益。四大系统各有特色从技术和应用前景上看，四大系统各有优劣，如果说 GPS胜在成熟，伽利略胜在精准，那么格洛纳斯的最大价值就在于抗干扰能力强，而中国的北斗卫星导航系统的优势则在于互动性和开放性。 与 GPS相比，伽利略系统在许多方面具有优势，例如其卫星数量多达30颗，其卫星轨道
28、位置比 GPS高。伽利略可为地面用户提供 3种类型的信号供选择，其中包括免费信号、 加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。此外，伽利略卫星定位系统信号的最高精度比 GPS高 10倍，确定物体的误差范围在 1米之内。正如有关专家所说：“如今的GPS只能找到街道，而伽利略却能找到车库的门。”而俄国的格洛纳斯由24颗卫星组成， 也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。尽管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。中国自行研制生产的北斗卫星导航系统不仅具备在任何时间、 任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力， 而且在定位性能上有所创新。 北
29、斗系统与其他系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信场所。此外，中国还致力于提高北斗卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼容性，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。汶川地震中投入使用的北斗一号卫星导航定位系统手持机，发挥了重要作用。北斗卫星的战略运用提到卫星导航定位系统，就不能不说说大名鼎鼎的 GPS了。 GPS（Global PositioningSystem，全球定位系统）是世界上第一种覆盖全球范围的卫星导航定位系统，目前通过 24颗卫星构成的星座能够有效覆盖全球大约 97的面积。此外，能与之抗衡的只有俄罗斯的GLONASS系统，这一系统在前苏联时代开始建立，目前在轨星只有 6颗可用，不能独立组网，只能与 GPS联合使用。目前， GPS定位精度可达 15米，测速精度 0 1米秒； GLONASS导航定位精度约为 30 100米，测速精度 015米秒。曾有国内媒体报道称，“北斗一号”系统是中国版“ GPS”，这是很不准确的。首先，“北斗一号”是区域卫星导航系统， 只能覆盖中国及其周边地区； 而 GPS
