一、北斗系統的定位原理

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35顆(ke)衛星在(zai)離(li)地面(mian)2萬多千米的(de)(de)高空上(shang)，以固定的(de)(de)周期(qi)環繞地球運行，使得(de)在(zai)任(ren)意(yi)時刻，在(zai)地面(mian)上(shang)的(de)(de)任(ren)意(yi)一(yi)點都可以同(tong)時觀測到4顆(ke)以上(shang)的(de)(de)衛星。

由于衛星(xing)(xing)(xing)的位置(zhi)精確可知(zhi)，在接收機(ji)對衛星(xing)(xing)(xing)觀(guan)(guan)測(ce)中(zhong)，我們可得到(dao)衛星(xing)(xing)(xing)到(dao)接收機(ji)的距離，利用(yong)三維坐標中(zhong)的距離公(gong)式，利用(yong)3顆衛星(xing)(xing)(xing)，就(jiu)可以組成(cheng)3個(ge)方程式，解出(chu)觀(guan)(guan)測(ce)點(dian)的位置(zhi)（X，Y，Z）。考慮到(dao)衛星(xing)(xing)(xing)的時鐘(zhong)與(yu)接收機(ji)時鐘(zhong)之間(jian)的誤差，實(shi)際上有4個(ge)未(wei)知(zhi)數，X、Y、Z和(he)鐘(zhong)差，因而(er)需(xu)要引入第4顆衛星(xing)(xing)(xing)，形(xing)成(cheng)4個(ge)方程式進(jin)行求解，從而(er)得到(dao)觀(guan)(guan)測(ce)點(dian)的經緯度和(he)高程。

事實(shi)上，接收機往(wang)(wang)往(wang)(wang)可以鎖住(zhu)4顆以上的衛(wei)星，這時，接收機可按衛(wei)星的星座(zuo)分(fen)布分(fen)成若干(gan)組，每組4顆，然后通過算法(fa)挑選出誤(wu)差最小的一組用作定位，從(cong)而提高(gao)精度。

衛星定位實(shi)施的(de)是“到達(da)時(shi)間(jian)(jian)差(cha)”（時(shi)延）的(de)概念：利用(yong)每一顆衛星的(de)精確位置和連續(xu)發送的(de)星上(shang)原(yuan)子鐘生成(cheng)的(de)導航信息獲得從衛星至接收機的(de)到達(da)時(shi)間(jian)(jian)差(cha)。

衛星在(zai)空中連續(xu)發送帶有時(shi)間(jian)(jian)和(he)位置信(xin)息(xi)的無線電(dian)信(xin)號(hao)，供接收(shou)機接收(shou)。由于傳輸的距(ju)離因素(su)，接收(shou)機接收(shou)到信(xin)號(hao)的時(shi)刻(ke)要(yao)比(bi)衛星發送信(xin)號(hao)的時(shi)刻(ke)延遲(chi)，通常稱之為時(shi)延，因此，也(ye)可以通過(guo)時(shi)延來確定距(ju)離。衛星和(he)接收(shou)機同時(shi)產生同樣的偽隨(sui)機碼，一旦兩個碼實(shi)現時(shi)間(jian)(jian)同步，接收(shou)機便(bian)能測定時(shi)延；將時(shi)延乘上光速(su)，便(bian)能得到距(ju)離。

每(mei)(mei)顆衛(wei)(wei)星(xing)上(shang)的(de)(de)計算(suan)機和(he)(he)導(dao)航信(xin)息發生器非常精確地了解其(qi)(qi)軌道(dao)位置和(he)(he)系統(tong)(tong)時(shi)間，而全球(qiu)監測(ce)站(zhan)網保持連續跟(gen)蹤衛(wei)(wei)星(xing)的(de)(de)軌道(dao)位置和(he)(he)系統(tong)(tong)時(shi)間。位于地面的(de)(de)主控(kong)站(zhan)與其(qi)(qi)運控(kong)段(duan)一起，至少每(mei)(mei)天一次(ci)對每(mei)(mei)顆衛(wei)(wei)星(xing)注(zhu)入(ru)校正(zheng)數據。注(zhu)入(ru)數據包括：星(xing)座中每(mei)(mei)顆衛(wei)(wei)星(xing)的(de)(de)軌道(dao)位置測(ce)定和(he)(he)星(xing)上(shang)時(shi)鐘的(de)(de)校正(zheng)。這(zhe)些(xie)校正(zheng)數據是在復雜模型的(de)(de)基礎上(shang)算(suan)出的(de)(de)，可(ke)在幾個星(xing)期內保持有效。

衛星導航(hang)系統時間(jian)是由(you)(you)每(mei)顆衛星上原子鐘的(de)(de)銫和銣(ru)原子頻(pin)標(biao)(biao)保(bao)持的(de)(de)。這(zhe)些星鐘一般來(lai)講(jiang)精確(que)到(dao)世界(jie)協調(diao)時（UTC）的(de)(de)幾納秒(miao)以內，UTC是由(you)(you)美(mei)國海軍觀象臺的(de)(de)“主(zhu)鐘”保(bao)持的(de)(de)，每(mei)臺主(zhu)鐘的(de)(de)穩(wen)定性(xing)為若干個10^-13秒(miao)。衛星早期(qi)采(cai)用(yong)兩部(bu)銫頻(pin)標(biao)(biao)和兩部(bu)銣(ru)頻(pin)標(biao)(biao)，后來(lai)逐步改變為更多地(di)采(cai)用(yong)銣(ru)頻(pin)標(biao)(biao)。通(tong)常(chang)，在任一指定時間(jian)內，每(mei)顆衛星上只有(you)一臺頻(pin)標(biao)(biao)在工作。

衛星導航原理：衛星至用戶(hu)(hu)間的(de)距(ju)離(li)測量是基(ji)于衛星信(xin)號(hao)的(de)發(fa)射(she)時間與到(dao)達接收機(ji)的(de)時間之(zhi)差，稱(cheng)為偽距(ju)。為了計算用戶(hu)(hu)的(de)三維位置和(he)接收機(ji)時鐘偏(pian)差，偽距(ju)測量要求至少接收來自4顆衛星的(de)信(xin)號(hao)。

由于衛星(xing)運行(xing)軌道、衛星(xing)時鐘存在誤(wu)(wu)差(cha)，大氣對流層(ceng)、電離(li)層(ceng)對信號的影響，使得(de)民用的定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度只有(you)數十米量(liang)級。為提(ti)高定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度，普(pu)遍采用差(cha)分(fen)定(ding)位(wei)(wei)技術（如DGPS、DGNSS），建立(li)地面(mian)基準(zhun)站(zhan)(zhan)(差(cha)分(fen)臺(tai))進(jin)行(xing)衛星(xing)觀(guan)(guan)測，利用已知的基準(zhun)站(zhan)(zhan)精(jing)確(que)(que)坐(zuo)標(biao)，與觀(guan)(guan)測值進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)，從而得(de)出一修正(zheng)(zheng)數，并對外發布(bu)。接收(shou)機收(shou)到該修正(zheng)(zheng)數后，與自身的觀(guan)(guan)測值進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)，消去(qu)大部(bu)分(fen)誤(wu)(wu)差(cha)，得(de)到一個比(bi)較(jiao)(jiao)(jiao)準(zhun)確(que)(que)的位(wei)(wei)置(zhi)。實驗表明(ming)，利用差(cha)分(fen)定(ding)位(wei)(wei)技術，定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度可提(ti)高到米級。

二、系統功能

（一）四大功能

短報文通(tong)信(xin)：北斗系統用戶終端具有(you)雙向報文通(tong)信(xin)功能，用戶可以一(yi)次傳(chuan)送(song)40-60個(ge)漢字的短報文信(xin)息(xi)。可以達到一(yi)次傳(chuan)送(song)達120個(ge)漢字的信(xin)息(xi)。在遠洋航行中有(you)重(zhong)要的應用價值。

精(jing)密授時(shi)：北斗系統(tong)具有精(jing)密授時(shi)功能，可向用戶(hu)提(ti)供20ns-100ns時(shi)間(jian)同步精(jing)度。

定位精(jing)度(du)：水平精(jing)度(du)100米（1σ），設立標校(xiao)站之后(hou)為20米（類似差分狀態(tai)）。工作頻率：2491.75MHz。

系統容(rong)納的最大用戶數：540000戶/小時(shi)。

（二）軍用功能

“北斗”衛星導航定位(wei)系(xi)統的(de)軍事功能與GPS類(lei)似，如(ru)：運動目標(biao)的(de)定位(wei)導航；為(wei)縮短反應時間的(de)武器(qi)載(zai)具發射位(wei)置的(de)快速定位(wei)；人員搜救、水上(shang)排雷的(de)定位(wei)需(xu)求等(deng)。

這項功能(neng)用在軍事(shi)上(shang)，意味著可主(zhu)動進行各(ge)級部隊的定(ding)位(wei)，也就(jiu)是說各(ge)級部隊一旦配(pei)備“北斗(dou)”衛星導航(hang)定(ding)位(wei)系統，除了可供自身定(ding)位(wei)導航(hang)外，高(gao)層指揮(hui)部也可隨(sui)時(shi)通過“北斗(dou)”系統掌握部隊位(wei)置，并(bing)傳遞(di)相(xiang)關(guan)命令，對(dui)任務的執行有相(xiang)當大的助益。換言之，可利用“北斗(dou)”衛星導航(hang)定(ding)位(wei)系統執行部隊指揮(hui)與管制及(ji)戰場管理(li)。

（三）民用功能

1、個人位置服務

當你進入不熟悉的地方時，你可以使用裝有北斗衛星導航接(jie)收芯(xin)片的(de)手機(ji)或車(che)載衛(wei)星導航裝置找到你(ni)要走(zou)的(de)路線。

2、氣象應用

北斗導(dao)航衛星氣(qi)象應用的開展，可以促進中國(guo)(guo)天氣(qi)分析和(he)數值天氣(qi)預(yu)報、氣(qi)候變化監測(ce)和(he)預(yu)測(ce)，也可以提高(gao)空(kong)間天氣(qi)預(yu)警業務(wu)水平，提升(sheng)中國(guo)(guo)氣(qi)象防災減災的能力(li)。

除此(ci)之外，北(bei)斗(dou)導航衛(wei)星(xing)系統的(de)氣(qi)象應用對推動北(bei)斗(dou)導航衛(wei)星(xing)創新應用和產業拓展也具(ju)有(you)重要的(de)影響。

3、道路交通管理

衛星導(dao)航將有利于減緩交通(tong)(tong)阻塞，提升(sheng)道路交通(tong)(tong)管理(li)水平。通(tong)(tong)過在車(che)輛(liang)上(shang)安裝衛星導(dao)航接收機和數據發射機，車(che)輛(liang)的位置(zhi)(zhi)信息(xi)就能在幾秒(miao)鐘內自動轉發到中心站。這(zhe)些位置(zhi)(zhi)信息(xi)可(ke)用于道路交通(tong)(tong)管理(li)。

4、鐵路智能交通

衛星(xing)導航(hang)將促進傳統運輸(shu)(shu)方式(shi)實(shi)現(xian)升級與轉型。例如(ru)，在鐵路運輸(shu)(shu)領域，通過安(an)裝(zhuang)衛星(xing)導航(hang)終端設備，可(ke)極(ji)大縮短列車行駛間(jian)隔時間(jian)，降低運輸(shu)(shu)成本，有效提高(gao)運輸(shu)(shu)效率。未來，北斗衛星(xing)導航(hang)系統將提供高(gao)可(ke)靠、高(gao)精度的定位、測(ce)速、授(shou)時服(fu)務，促進鐵路交通的現(xian)代化，實(shi)現(xian)傳統調度向智能交通管理的轉型。

5、海運和水運

海運(yun)和(he)水運(yun)是(shi)全(quan)世(shi)界(jie)最廣泛(fan)的運(yun)輸方式之一，也是(shi)衛星導航(hang)最早應用(yong)的領域之一。在世(shi)界(jie)各大洋和(he)江(jiang)河湖(hu)泊行駛的各類船舶(bo)大多都安(an)裝了衛星導航(hang)終端設備，使海上(shang)和(he)水路運(yun)輸更為(wei)高(gao)效和(he)安(an)全(quan)。北斗(dou)衛星導航(hang)系統將(jiang)(jiang)在任(ren)何天(tian)氣條(tiao)件下，為(wei)水上(shang)航(hang)行船舶(bo)提(ti)供導航(hang)定位和(he)安(an)全(quan)保障(zhang)。同(tong)時，北斗(dou)衛星導航(hang)系統特有的短報文通信功能(neng)將(jiang)(jiang)支(zhi)持各種新型服務(wu)的開(kai)發。

6、航空運輸

當飛機(ji)在機(ji)場跑道(dao)著陸時，最基本的(de)要求(qiu)是確保飛機(ji)相互間(jian)的(de)安(an)全距離。利(li)用(yong)衛(wei)星(xing)導航(hang)精確定位與(yu)測速(su)的(de)優勢(shi)，可實(shi)時確定飛機(ji)的(de)瞬時位置，有(you)效減小飛機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)安(an)全距離，甚(shen)至在大(da)霧(wu)天氣情(qing)況(kuang)下，可以實(shi)現自動(dong)盲降(jiang)，極(ji)大(da)提(ti)高飛行(xing)安(an)全和機(ji)場運營效率(lv)。通(tong)過將北斗衛(wei)星(xing)導航(hang)系統與(yu)其他系統的(de)有(you)效結合，將為航(hang)空運輸提(ti)供(gong)更多的(de)安(an)全保障。

7、應急救援

衛星導航已廣泛用于沙漠、山(shan)區、海洋等人煙稀少(shao)地區的搜索救援(yuan)。在(zai)發生地震、洪災(zai)(zai)(zai)(zai)等重大(da)(da)災(zai)(zai)(zai)(zai)害(hai)時(shi)，救援(yuan)成(cheng)功的關鍵在(zai)于及(ji)時(shi)了解災(zai)(zai)(zai)(zai)情并迅速(su)到達(da)救援(yuan)地點。北斗衛星(xing)導航(hang)系(xi)統除(chu)導航(hang)定位(wei)外，還具備短報(bao)文通信(xin)功能，通過衛星(xing)導航(hang)終端設備可及(ji)時(shi)報(bao)告所處(chu)位(wei)置和受災(zai)(zai)(zai)(zai)情況，有(you)效縮短救援(yuan)搜尋時(shi)間(jian)，提高搶(qiang)險(xian)救災(zai)(zai)(zai)(zai)時(shi)效，大(da)(da)大(da)(da)減少(shao)人民生命財產損失。

8、指導放牧

2014年10月，北(bei)(bei)斗系統(tong)開始在青(qing)海省牧(mu)(mu)區(qu)試點(dian)建設(she)北(bei)(bei)斗衛星放(fang)牧(mu)(mu)信(xin)(xin)息(xi)化(hua)指(zhi)導(dao)(dao)系統(tong)，主(zhu)要依靠牧(mu)(mu)區(qu)放(fang)牧(mu)(mu)智(zhi)能(neng)(neng)指(zhi)導(dao)(dao)系統(tong)管(guan)理(li)平臺、牧(mu)(mu)民專用北(bei)(bei)斗智(zhi)能(neng)(neng)終端和牧(mu)(mu)場數據采(cai)集自動站，實現數據信(xin)(xin)息(xi)傳輸，并通(tong)過(guo)北(bei)(bei)斗地面站及北(bei)(bei)斗星群(qun)中(zhong)轉、中(zhong)繼處(chu)理(li)，實現草場牧(mu)(mu)草、牛羊的(de)動態監控。2015年夏季，試點(dian)牧(mu)(mu)區(qu)的(de)牧(mu)(mu)民就能(neng)(neng)使用專用北(bei)(bei)斗智(zhi)能(neng)(neng)終端設(she)備來指(zhi)導(dao)(dao)放(fang)牧(mu)(mu)。