一、北斗系統(tǒng)的定位原理

35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在接收機對衛(wèi)星觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X，Y，Z）?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。

事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

衛(wèi)星定位實施的是“到達時間差”（時延）的概念：利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導航信息獲得從衛(wèi)星至接收機的到達時間差。

衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號，供接收機接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素，接收機接收到信號的時刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時刻延遲，通常稱之為時延，因此，也可以通過時延來確定距離。衛(wèi)星和接收機同時產生同樣的偽隨機碼，一旦兩個碼實現(xiàn)時間同步，接收機便能測定時延；將時延乘上光速，便能得到距離。

每顆衛(wèi)星上的計算機和導航信息發(fā)生器非常精確地了解其軌道位置和系統(tǒng)時間，而全球監(jiān)測站網保持連續(xù)跟蹤衛(wèi)星的軌道位置和系統(tǒng)時間。位于地面的主控站與其運控段一起，至少每天一次對每顆衛(wèi)星注入校正數(shù)據。注入數(shù)據包括：星座中每顆衛(wèi)星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數(shù)據是在復雜模型的基礎上算出的，可在幾個星期內保持有效。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)時間是由每顆衛(wèi)星上原子鐘的銫和銣原子頻標保持的。這些星鐘一般來講精確到世界協(xié)調時（UTC）的幾納秒以內，UTC是由美國海軍觀象臺的“主鐘”保持的，每臺主鐘的穩(wěn)定性為若干個10^-13秒。衛(wèi)星早期采用兩部銫頻標和兩部銣頻標，后來逐步改變?yōu)楦嗟夭捎勉滎l標。通常，在任一指定時間內，每顆衛(wèi)星上只有一臺頻標在工作。

衛(wèi)星導航原理：衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時間與到達接收機的時間之差，稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。

由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用的定位精度只有數(shù)十米量級。為提高定位精度，普遍采用差分定位技術（如DGPS、DGNSS），建立地面基準站(差分臺)進行衛(wèi)星觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分定位技術，定位精度可提高到米級。

二、系統(tǒng)功能

（一）四大功能

短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息?？梢赃_到一次傳送達120個漢字的信息。在遠洋航行中有重要的應用價值。

精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。

定位精度：水平精度100米（1σ），設立標校站之后為20米（類似差分狀態(tài)）。工作頻率：2491.75MHz。

系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：540000戶/小時。

（二）軍用功能

“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的軍事功能與GPS類似，如：運動目標的定位導航；為縮短反應時間的武器載具發(fā)射位置的快速定位；人員搜救、水上排雷的定位需求等。

這項功能用在軍事上，意味著可主動進行各級部隊的定位，也就是說各級部隊一旦配備“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，除了可供自身定位導航外，高層指揮部也可隨時通過“北斗”系統(tǒng)掌握部隊位置，并傳遞相關命令，對任務的執(zhí)行有相當大的助益。換言之，可利用“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)執(zhí)行部隊指揮與管制及戰(zhàn)場管理。

（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(wèi)星導航接收芯片的手機或車載衛(wèi)星導航裝置找到你要走的路線。

2、氣象應用

北斗導航衛(wèi)星氣象應用的開展，可以促進中國天氣分析和數(shù)值天氣預報、氣候變化監(jiān)測和預測，也可以提高空間天氣預警業(yè)務水平，提升中國氣象防災減災的能力。

除此之外，北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)的氣象應用對推動北斗導航衛(wèi)星創(chuàng)新應用和產業(yè)拓展也具有重要的影響。

3、道路交通管理

衛(wèi)星導航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導航接收機和數(shù)據發(fā)射機，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理。

4、鐵路智能交通

衛(wèi)星導航將促進傳統(tǒng)運輸方式實現(xiàn)升級與轉型。例如，在鐵路運輸領域，通過安裝衛(wèi)星導航終端設備，可極大縮短列車行駛間隔時間，降低運輸成本，有效提高運輸效率。未來，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將提供高可靠、高精度的定位、測速、授時服務，促進鐵路交通的現(xiàn)代化，實現(xiàn)傳統(tǒng)調度向智能交通管理的轉型。

5、海運和水運

海運和水運是全世界最廣泛的運輸方式之一，也是衛(wèi)星導航最早應用的領域之一。在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛(wèi)星導航終端設備，使海上和水路運輸更為高效和安全。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將在任何天氣條件下，為水上航行船舶提供導航定位和安全保障。同時，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)特有的短報文通信功能將支持各種新型服務的開發(fā)。

6、航空運輸

當飛機在機場跑道著陸時，最基本的要求是確保飛機相互間的安全距離。利用衛(wèi)星導航精確定位與測速的優(yōu)勢，可實時確定飛機的瞬時位置，有效減小飛機之間的安全距離，甚至在大霧天氣情況下，可以實現(xiàn)自動盲降，極大提高飛行安全和機場運營效率。通過將北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的有效結合，將為航空運輸提供更多的安全保障。

7、應急救援

衛(wèi)星導航已廣泛用于沙漠、山區(qū)、海洋等人煙稀少地區(qū)的搜索救援。在發(fā)生地震、洪災等重大災害時，救援成功的關鍵在于及時了解災情并迅速到達救援地點。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)除導航定位外，還具備短報文通信功能，通過衛(wèi)星導航終端設備可及時報告所處位置和受災情況，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險救災時效，大大減少人民生命財產損失。

8、指導放牧

2014年10月，北斗系統(tǒng)開始在青海省牧區(qū)試點建設北斗衛(wèi)星放牧信息化指導系統(tǒng)，主要依靠牧區(qū)放牧智能指導系統(tǒng)管理平臺、牧民專用北斗智能終端和牧場數(shù)據采集自動站，實現(xiàn)數(shù)據信息傳輸，并通過北斗地面站及北斗星群中轉、中繼處理，實現(xiàn)草場牧草、牛羊的動態(tài)監(jiān)控。2015年夏季，試點牧區(qū)的牧民就能使用專用北斗智能終端設備來指導放牧。

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