• 27颗MEO卫星分布在倾角为55°的3个轨道平面上，每个面上有9颗卫星 ，轨道面之间为相隔120°均匀分布。
• 从2007年04月14日到2016年06月12日，我国目前已经发送23颗北斗二号卫 星，目前已经能够覆盖我国本土的区域导航系统，覆盖范围 70°E~140°E，5°N~55°N。
• 北斗二号能够提供通信、（有源与无源）定位、测速、授时等服务，定位 精度可达10m，授时精度可达20ns，测速精度可达0.2m/s。
2 2
ra2 rb2
x xc 2 y yc 2 rc2
A xa , ya
ra
B xb, yb
rb
U x, y
rc
C xc , yc
在二维空间下，至少需要2个已知参考点才能完成定位。 同理，三维空间下的点，至少需要3个参考点才能完成定位。
定位条件
1、足够的已知点（卫星） 2、未知点到已知点的距离
单向授时
如果用户的位置坐标是已知的、准确的，就可以采用单向授时的方法：
① 将本地接收信号的时间和中心站发出信号的时间作差，就可以得到
估计的信号传播时间toff；
② 由于卫星、中心站和用户的位置都是准确已知的，所以可以求出信
号的实际传播时间，即上行时间tup 与下行时间tdown 之和；
③ 那么本地时钟与卫星时钟的钟差就可以用公式∆t=toff-tup-tdown 得到， 然后采用移相的方法调整本地钟输出的秒脉冲（PPS），皆可以消 除钟差，实现本地时钟与北斗时钟的同步。
北斗卫星导航系统
Beidou Navigation Satellite System
Байду номын сангаас位原理
简单地讲，就是借助若干个已知参考点来推算出未知点的坐标。 以平面坐标轴为例，已知两个点A,B的坐标，并且知道某个点U分 别A,B点的距离，就可以列一个方程组来求解U点所在的位置。
x xa 2 y ya 2 ra2 x xb 2 y yb 2 rb2
• 1993年进一步进行双星定位系统试验，1994年双星导航定位系统工程 正式启动；
• 2000年10月31日成功发射北斗-1A，位于140°E的赤道上空； • 2000年12月21日成功发射北斗-1B，位于80°E的赤道上空； • 2003年5月25日成功发射北斗-1C，位于110.5°E的赤道上空； • 2004年北斗导航定位系统正式投入运营； • 2007年2月3日成功发射北斗-1D，位于86°E的赤道上空。
③ 由于中心站和两颗卫星的位置坐标均是已知的，即s1、s2已知，因此可以计算 出用户分别到两颗卫星的距离r1、r2 ，用户则处于以两颗卫星为球心的球面交 线圆弧上；
④ 中心站从数字化地形图查寻到用 户高程值或者由用户自己提供高 程值，又可知道用户处于某个与 地球基准椭球面平行的椭球面上 ，从而地面控制中心站可最终计 算出用户所在的位置坐标值；
RNSS
Radio Navigation Satellite System 卫星无线电导航业务
• 北斗二号卫星导航定位系统既保留了RDSS，又拓展 了RNSS；
• GPS、GlONASS、Galileo都属于该系统；
• 由于服务范围内用户在任意时刻都能够接收到4颗以 上的卫星信号，所以用户不再依赖于地面测量控制 中心站，可自主完成（无源）定位、测速、授时等 功能，也不再受到客户容量和服务频度的限制。
• 北斗智能卡可分为主卡（又称指挥卡）与子卡（又称下属 卡），一张主卡可拥有若干张子卡，一张子卡可从属于多 张主卡。
• 北斗智能卡又分为北斗民用智能卡和北斗军用智能卡，一 般情况情况下，军用卡要求焊接在用户机里，而民用卡则 可以随意装载和取出。
服务频度与通信等级
受限于卫星的数量与信道，卫星不能够无时无刻地、无限制 地为北斗终端用户服务，因此需要对北斗智能卡的服务频度 和通信等级进行控制。
• 北斗二号卫星导航定位系统计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道（ GEO）卫星、27颗中地球轨道（MEO）卫星、3颗倾斜同步轨道（IGSO ）卫星。
• 5 颗 静 止 轨 道 卫 星 定 点 位 置 为 58.75°E 、 80°E 、 110.5°E 、 140°E 、 160°E，可提供RNSS和RDSS信号链路；
卫星
tdown toff
用户
tup
中心站
如果用户的位置为未知的或者不准确 的，无法计算出出站信号的下行时间， 因此无法得到信号实际的传播时间， 只能采用双向授时的方法：
① 中心站先发出站信号，用户接收 后并发入站信号给中心站，中心 站根据接收与发出信号的时间差 来计算出信号的双向传播时间toff ； 由于该时间差完全由中心站计算 得到，因此无本地时间无关，不 存在钟差这个未知数。
x xi 2 y yi 2 z zi 2 ct ri2 i 1,2,L
可以看出，存在4个未知数，因此地球上任意一点至少需要4颗 卫星才能进行三维定位。
北斗卫星导航系统简介
• 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星 导航系统，是继美国全球定位系统GPS、俄罗斯格 洛纳斯卫星导航系统GLONASS之后第三个成熟的 卫星导航系统，与GPS、GLONASS、Galileo等合 称GNSS（全球导航卫星系统）。
A xa , ya
ra
B xb, yb
rb
U x, y
注：该方程组会得到2个解，在实际情况下会根据经验或者限制 条件来剔除掉其中1个解，又或者引入更多的已知参考点。
再引入一个参考C，并得到未知点到C点的距离，再列新 的数学方程式，就可以得到唯一解。
x x
xa xb
2 2
y y
ya yb
⑤ 最后，中心站将定位结果通过卫 星转发给用户，即完成有源定位 。
卫星2
r2
r1
卫星1
s2
s1
用户
中心站
短报文通信
北斗一号卫星与国际通信卫星一样，可以完成通信任务。北斗短 报文可以在没有通信和网络的海洋、沙漠和野外，或者移动通信 与电力中断的灾区发挥出巨大的应用价值。
在2008年汶川地震时，进入重灾区的救援部队就利用北斗短报文 功能突破了通信盲点，与外界取得联系，通报了灾情，供指挥部 及时做出决策。
中心站
用户2
监听
中心站会将下属终端用户的定位结果或通信内容发送至对应的北 斗指挥终端用户上，也就是说北斗指挥卡具有监听下属卡的功能。
卫星
从属
用户1 指挥机
中心站
用户2
通播
指挥终端具有对自己下属终端通播的功能，类似于短信的群 发功能，可应用于紧急通知、天气播报等。
卫星
指挥机
中心站
用户1
用户2 用户3
② 在不考虑用户运动的情况下，可
认为出站和入站的时间是相同的，
因此可得到出站信号的实际传播
时间为toff/2；
用户
③ 中心站再将这个出站信号的实际
传播时间发送给用户，就可以根
据单向授时的方法来对用户的本
地时间进行授时。
双向授时
卫星
tdown
tup
toff
中心站
总结
优点：
• 通信功能能够解决野 外、灾区等地面通信 难以覆盖或者被破坏 的问题；
③ 用户接收某1颗卫星的询问信 号后，向2颗卫星同时发送入 站响应信号，经2颗卫星转发 回中心站；
④ 中心站接收并解调用户发来 的入站响应信号，然后根据 用户的申请服务内容进行相 应的数据处理。
北斗智能卡
• 北斗一号卫星系统提供的是有偿服务，用户机需要装载授 权的北斗用户卡才能使用，每张北斗智能卡都有唯一的序 列号，类似于手机号，用于身份识别。
卫星是按照预设的轨道和速度 运行的，卫星会定期将自己的 星历、历书等以导航电文的方 式向覆盖区域广播，用户在接 收并解算出导航电文，就可以 根据卫星星历来计算卫星发送 信号时的位置与速度。
伪距=传播时间×传播速度
传播时间=接收时间-发出时间
由于本地时间（一般为石英钟 ）与卫星时间（原子时钟）不 同步，会存在一个叫钟差的未 知数，造成传播时间误差较大 ，所以测量出的距离不是真实 距离，故称“伪距”。
注：短报文属于RDSS的功能，仍然受到客户容量、 服务频度和通信等级的限制。
无源定位 和授时
卫星1
x1
,
y1
,
z1
卫星2
x2, y2, z2 r2
r1
卫星3
x3
,
y3
,
z3
r3 rn
卫星n
xn, yn, zn
如果用户收到n（n≥4）颗卫星 的信号，那么就可以根据的定 位原理解算出用户的所在位置 以及本地与卫星之间的钟差， 实现无源定位和授时。
RDSS
Radio Determination Satellite Service 卫星无线电测定业务
由于北斗一号只有2颗卫星，用户无法独立完成的定位，因此需要借助外 部系统来完成定位。RDSS是北斗一号卫星系统独有的工作模式。
① 首先由中心站向2颗北斗卫星 发送出站询问信号；
② 2颗北斗卫星将接收到出站询 问信号变频放大后，向服务 区域内的用户广播；
用户类别 一类 二类 三类
服务频度 300~600秒 10~60秒
1~5秒
备注 默认600秒 默认60秒
默认5秒
通信等级 电文长度
备注
1
110 bit 7个汉字和27个BCD码
2
408 bit 29个汉字和102个BCD码
3
628 bit 44个汉字和157个BCD码
4
848 bit 60个汉字和210个BCD码
短报文的收发过程
① 发送方首先将包含接收方ID号和通信内容的通信申请信号进行加密， 然后通过卫星转发至地面控制中心站；