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Hale Waihona Puke 卫星导航定位读书报告• 随着全球卫星导航系统GPS、GLONASS 的建成及使用,不仅促进了 导航定位理论与应用的变革,也促进了相关产业的长足发展。为提 高卫星导航定位的自主性、安全性、完好性,中国和欧盟先后启动 了北斗和Galileo 卫星导航系统的建设。之后,日本启动了伪天顶卫 星系统QZSS，印度也启动了IRNSS 导航系统。中国正在运行和正 在建设的北斗系统是全球导航卫星系统( GNSS) 的重要组成部分。 我国自19 世纪80 年代决定建设独立自主的卫星导航系统(北 斗) ,2003 年,北斗卫星导航验证系统建成,并在多个领域得到了广 泛的应用。
从冗余度方面分析北斗导航系统的贡献
分析图2 可以看出,北斗卫星导航系统及其相应的地面跟踪站建设,对全球导 航用户的贡献 应该是显著的,可归纳如下:
• 1. 由于卫星星座的不同, 有利于改善DOP(精度因子) 值; • 2. 由于信号频谱的不同,有利于削弱多路径效应的影响,并有利于抵制信号干扰带来的影响; • 3. 由于北斗自身的多频体制,有利于削弱电离层和对流层误差,从而有利于弱化基准站距离 • 的限制,有利于固定载波相位模糊度,有利于缩短首次定位时间; • 4. 由于冗余观测的大量增加,有利于减弱局部环境因素带来的影响,显然有利于削弱偶然误 • 差影响; • 5. 由于观测几何结构改善,有利于异常误差诊断,提高导航及授时结果的抗差性(或稳健性) ; • 6. 由于北斗导航卫星系统实现了与其他卫星系统的兼容,于是有利于减弱信号有色噪声和 • 系统误差影响; • 7. 由于星座体系不同,可视卫星的增加,有利于提高可用性; • 8. 由于各卫星导航系统的守时钟组不同,有利于发现单一系统的时间系统误差,有利于改善 • U TC 的精度; • 9. 由于卫星体系不同,有利于卫星轨道精度的校核,发现轨道系统误差,进而改善卫星轨道 • 精度;
• 10. 由于各卫星导航系统地面跟踪站的分布及观测不同,有利于改善全球坐标系统的精度。
北斗卫星导航系统重要作用
• 北斗卫星导航验证系统已在多个领域得到成功应用,并发挥了重要 作用,包括:通信、水利、减灾、海事、海洋渔业、交通、勘探、 森林防火等等。其应用的显著特点是集定位、授时、短报文通信 及用户监测于一体。
北斗导航系统建设的基本原则：
• 开放性:北斗卫星导航系统将为用户免费提供高质量的开放服务, 将与其他国家就卫星导航有关问题进行广泛深入的交流与合作,以 推动GNSS 及其相关技术和产业的发展。 • 自主性: 中国将独立自主地发展和运行北斗系统。北斗系统能独 立为全球用户提供服务,尤其是为亚太地区提供高质量的服务。 • 兼容性:北斗卫星导航系统使用卫星无线电导航业务频段,与其他 卫星导航系统间存在频谱重叠。我国愿意在国际电联有关规则、 建议的指导下通过频率协调,实现与其他系统的兼容和互操作。 • 渐进性:北斗系统将依据中国的技术和经济发展实际,遵循循序渐 进的模式建设。通过改进系统性能,确保系统建设平稳过渡,为用 户提供长期连续的服务。
感想
• 北斗卫星导航定位系统是国家重要的基础设施,也是国际导航系统 的重要组成部分。北斗卫星导航系统集导航定位、授时、用户监 测、短报文通信于一体,技术体制上有创新。在我国国防建设、森 林防火、抗震救灾、海洋渔业、交通、水利等行业已发挥了重要 作用。但北斗全球卫星导航系统也面临十分严峻的挑战,包括频率 资源、有效载荷、用户系统、技术问题、市场占有率等。但是我 想经过我们前辈和我们的共同努力,北斗导航体系和应用技术会取 得新的突破。我们也会随着北斗的发展找到我们的方向，在这个 行业占一席之地。
• 政策。 • 服务观念问题
• 中国的导航体制要求有主动服务观念。特别需要北斗导航服务管 理部门增强主动服务观念,迅速扩大北斗导航系统的用户群体。 • 技术问题 • 卫星系统性能与稳定性需要提高;原子钟技术、接收机技术、信号 调制与捕获技术等都有很大的发展空间;与北斗导航系统相关的坐 标系统和时间系统还有改进的余地;北斗地面跟踪站相对偏少,几 何结构不够合理;数据服务中心(类似于IGS) 几乎处于空白。
北斗坐标系统的兼容性与互操作
• 北斗卫星导航系统相应的坐标系统为中国2000 大地坐标系统 (CGCS 2000) 。CGCS 2000的定义与国际地球参考系统( ITRS) 一致。 CGCS2000 的实现称为CTRF 2000[9212 ] 。CTRF 2000参考于ITRF 97 , 历元为2000. 0 。CTRF 2000 由三个层次框架点组成。第一层次:连 续运行参考站(28 个点) ,形成CGCS 2000 基本骨架,精度约为3 mm ; 第二层次:“2000 国家GPS 大地控制网”(2 500 多点) ,精度约为3 cm 级;第三层次:全国天文大地网(约50 000 个点) ,大地经纬度精度约 为0. 3 m ,大地高精度优于0. 5 m。理论上,一个完整的坐标系统,应 包含坐标框架的变化速率,但在目前情况下,暂不能提供高精度的 CTRF 的点位速度信息,也暂不能提供点位坐标更新信息
北斗时间系统的兼容性与互操作
• 北斗时(BDT) 溯源到协调世界时U TC(N T2SC) ,与U TC 的时间偏差小 于100 ns。BDT 的起 • 算历元时间是2006 年1 月1 日零时零分零秒(U TC) [5 ] 。在设计北 斗时间系统时,已经考虑到BDT 与GPS 时( GPST) 、Galileo 时( GST) 和GLONASST 的互操作问题, 并将监测和发播BDT 与GPST、GST、 GLONASST 及GST 的时差。北斗导航系统的时间系统与其他导航系 统的时间系统关系见图1 。
北斗导航面临的问题
• 国际竞争 首先,北斗面临频率资源短缺问题;其次,很难实现全球均匀建站;第三, 卫星导航定位市场竞争也十分激烈GPS 导航定位用户在国际市场上 占有绝对垄断地位。 • 政策问题 为了掌握卫星导航的主导权,北斗卫星导航系统一方面需要构建独 立自主的导航定位与时间系统,又要实现与其他卫星导航系统兼容 与互操作,所以需要尽快制定较完备的卫星导航发展政策。
北斗系统的发展
• 1. 第一步:验证系统。2000 年以来,中国已成功发射3 颗GEO 卫星,初 步建成北斗卫星导航试验系统。该系统能够提供基本的定位、授时和 短报文通信服务。北斗卫星导航试验验证系统的服务区域为东经 70°～ 140°, 北纬5°～ 55°, 定位精度优于20 m。 • 2. 第二步:扩展的区域导航系统。在验证系统的基础上,北斗卫星导航 系统将进行区域导航能力拓展。即由12 颗卫星组成扩展区域卫星导航 系统,采取有源与无源相结合体制,兼容北斗验证系统的全部功能。2011 年左右覆盖亚太地区,即服务拓展到南北纬55°,东经55°至180°。 • 3. 第三步:北斗全球卫星导航系统。在扩展区域导航系统12 颗卫星基 础上,北斗导航系统的服务将由区域拓展到全球,设计性能优于俄罗斯的 GLONASS ,与第三代GPS 性能相当。将在2020 年左右为全球用户提供服 务。