北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究

褚怡

摘要：文章重點(diǎn)闡述了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展歷程，介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成、功能等關(guān)鍵技術(shù)，闡述了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：北斗 ;衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);應(yīng)用

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)北斗系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS）是我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，立足自身航天科技建設(shè)而成。該系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠并覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航、定位、授時(shí)等服務(wù)，具有獨(dú)立自主、技術(shù)領(lǐng)先、發(fā)放兼容的特點(diǎn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建立為國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要技術(shù)保障，滿足國(guó)家信息化建設(shè)和人民日常生活對(duì)定位、導(dǎo)航、授時(shí)等需求，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，提振民族科技榮譽(yù)感的同時(shí)帶來(lái)了不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，該系統(tǒng)在于其他國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)合作下，可以服務(wù)全球、造福人類(lèi)。

該系統(tǒng)在頂層設(shè)計(jì)和發(fā)展上分為 “三步走”發(fā)展路線，通過(guò)梯度建設(shè)逐步形成面向全球、突出區(qū)域、具有特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展之路。“三步走”中第一步是1994年開(kāi)始建設(shè)北斗衛(wèi)星試驗(yàn)系統(tǒng)，歷時(shí)六年時(shí)間的研發(fā)實(shí)現(xiàn)有源定位和短報(bào)文服務(wù)能力，覆蓋范圍達(dá)到中國(guó)及周邊地區(qū);“三步走”中第二步是在 2004年北斗系統(tǒng)的初建，歷時(shí)八年時(shí)間完成在區(qū)域無(wú)源定位服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，目前日臻完善的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在亞洲太平洋地區(qū)提供正式的短報(bào)文、定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù);“三步走”中第三步是2013年起開(kāi)始不斷完善和繼續(xù)發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，并計(jì)劃在2020年底完全實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的無(wú)源定位和短報(bào)文服務(wù)。北斗系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)上分為空間段、地面控制段、用戶段三部分，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星和27顆中圓軌道衛(wèi)星;地面控制段包括主控站、注入站、監(jiān)測(cè)站等30余個(gè)地面站。

2、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

（一）系統(tǒng)功能

1、定位功能?！氨倍贰毕到y(tǒng)作為我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)，擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)束了國(guó)內(nèi)在定位導(dǎo)航服務(wù)對(duì)GPS系統(tǒng)的依賴(lài)，同時(shí)也打破了西方在該領(lǐng)域的壟斷。從國(guó)家戰(zhàn)略角度出發(fā)“北斗”的誕生是提高國(guó)家綜合國(guó)力和提振民族信心的有力舉措。在科研人員不斷完善與修正下，該系統(tǒng)在定位方面可以達(dá)到10米以?xún)?nèi)的精準(zhǔn)度，在授權(quán)或有標(biāo)校站的情況下可以達(dá)到毫米級(jí)的定位誤差，從技術(shù)角度遠(yuǎn)超GPS系統(tǒng)定位性能。

2、導(dǎo)航功能。最為“北斗”最重要的功能，導(dǎo)航功能原理與GPS系統(tǒng)相仿，都是遵循一定開(kāi)放原則，可以在終端機(jī)上接受來(lái)自不同衛(wèi)星的信號(hào)，所不同的是“北斗”可以同時(shí)接受不同衛(wèi)星信號(hào)，從而避免單一信號(hào)產(chǎn)生位置的不確定性，降低了誤差，測(cè)速精準(zhǔn)度達(dá)到了0. 2 米/秒。

3、授時(shí)功能?！氨倍贰毕到y(tǒng)在授時(shí)功能上更是走在了各國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的前列，其精度可以達(dá)到驚人的50ns。這是該系統(tǒng)在國(guó)家軍事、電力、金融、通信等中多領(lǐng)域發(fā)揮出巨大作用。

4、短報(bào)文功能。作為“北斗”系統(tǒng)最特殊的功能，短報(bào)文功能在完成信號(hào)匹配之后，即使移動(dòng)終端與信源產(chǎn)生相對(duì)位移也可完成不間斷通信，同時(shí)不受二者之間距離限制，這項(xiàng)功能是該系統(tǒng)領(lǐng)先其他系統(tǒng)最重要特征。

（二）系統(tǒng)特點(diǎn)

1、我國(guó)自主研發(fā)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在技術(shù)上日臻成熟、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定、覆蓋范圍廣泛，與其他國(guó)家如GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、“伽利略”和“格洛納斯”相比，具有短信服務(wù)優(yōu)勢(shì)，增加了通訊功能，信源可以向眾多移動(dòng)終端用戶完成信息群發(fā)，而建立的集團(tuán)用戶也可以完成實(shí)時(shí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊且不受距離限制。

2、“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在組網(wǎng)能力上也是可圈可點(diǎn)，具有信號(hào)覆蓋能力廣，組網(wǎng)速度快，通信精度高等特點(diǎn)。為了體現(xiàn)大國(guó)風(fēng)范和世界命運(yùn)共同體的呼吁，“北斗”系統(tǒng)提供的眾多服務(wù)面向全球都是免費(fèi)的，且不受限制。。

3、授權(quán)服務(wù)有較高的保密級(jí)別?！氨倍贰毕到y(tǒng)在輸出服務(wù)上區(qū)分民用和軍用。其中B1、B2 頻點(diǎn)發(fā)射開(kāi)放式信號(hào)，用于民用，B3 頻點(diǎn)發(fā)射信號(hào)自帶密鑰，用于軍用。

3、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展

（一）系統(tǒng)應(yīng)用

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的投入使用打破了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)以來(lái)依賴(lài)外國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局面，使中國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中樹(shù)立國(guó)際地位，同時(shí)有利于國(guó)家戰(zhàn)略的進(jìn)一步規(guī)劃，在國(guó)內(nèi)電力調(diào)度、通信網(wǎng)絡(luò)、金融領(lǐng)域、交通運(yùn)輸?shù)戎匾A(chǔ)行業(yè)發(fā)揮出重大作用。特別是在軍事領(lǐng)域，“北斗”系統(tǒng)有專(zhuān)門(mén)服務(wù)于部隊(duì)的發(fā)射頻點(diǎn)，填補(bǔ)了這項(xiàng)領(lǐng)域的空白，有力提升了國(guó)防和軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力，給中國(guó)導(dǎo)彈插上了眼鏡具備了覆蓋一二島鏈，完成精準(zhǔn)打擊的能力。“北斗”系統(tǒng)在國(guó)防上的投入使用，是中國(guó)部隊(duì)在戰(zhàn)斗效能上提高了1000倍左右。

（二）系統(tǒng)發(fā)展

1、提高定位精度。雖然“北斗”系統(tǒng)在誤差方面已經(jīng)世界領(lǐng)先，但是仍然有其進(jìn)步空間，通過(guò)建立更多的地面增強(qiáng)系統(tǒng)可以進(jìn)一步消除系統(tǒng)誤差，使其連續(xù)定位誤差降至米級(jí)。

2、消除定位盲區(qū)。在消除盲區(qū)方面，“北斗”系統(tǒng)同樣做著努力，通過(guò)建設(shè)“羲和”系統(tǒng)使其與“北斗”系統(tǒng)可以完成有效互補(bǔ)，解決衛(wèi)星導(dǎo)航對(duì)室內(nèi)定位的盲區(qū)誤差。

3、增強(qiáng)抗干擾能力。在抗干擾能力方面，“北斗”系統(tǒng)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中投入使用電磁盾牌技術(shù)，使系統(tǒng)中信號(hào)接收端不依托地面站即可接收衛(wèi)星交互信號(hào)，完成通信。

4、多系統(tǒng)融合發(fā)展。通過(guò)簽署《北斗與 GPS 兼容與操作聯(lián)合聲明》標(biāo)志著“北斗”與其他國(guó)家不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行兼容式的戰(zhàn)略合作。通過(guò)技術(shù)的互補(bǔ)性提供更加精準(zhǔn)的導(dǎo)航服務(wù)，造福全球用戶。從目前“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展情況可以預(yù)見(jiàn)，他將與全球其他各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有效融合，實(shí)現(xiàn)超過(guò)100顆通信衛(wèi)星組成巨大的通信網(wǎng)絡(luò)，為終端用戶提供更加可靠和快捷的定位服務(wù)。展望未來(lái)，世界各地的星際導(dǎo)航服務(wù)將呈現(xiàn)出全時(shí)空、全區(qū)域、無(wú)盲區(qū)、高精度的特點(diǎn)，應(yīng)用也將無(wú)所不在。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)自主研發(fā)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有很強(qiáng)的先進(jìn)性，在面對(duì)世界導(dǎo)航系統(tǒng)的挑戰(zhàn)下，“北斗”系統(tǒng)還將繼續(xù)建設(shè)和完善，助力與中華民族的偉大復(fù)興。在目前建設(shè)水平上，“北斗”還將做出如下努力：首選繼續(xù)推進(jìn)該系統(tǒng)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，繼續(xù)完善全球系統(tǒng)的星座布局;其次全面提升系統(tǒng)性能，在提高應(yīng)用效率和推廣使用上繼續(xù)下功夫;最后要繼續(xù)探索與其他系統(tǒng)的有效兼容，加強(qiáng)國(guó)際合作，共同推進(jìn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐立滿.智慧北斗服務(wù)全球[J].智慧中國(guó)，2020（Z1）：99-100.

[2] 李士剛，常鵬.水下北斗精確導(dǎo)航定位系統(tǒng)技術(shù)研究[J].指揮控制與仿真，2020，42（01）：124-128.

[3] 馬甲林.基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)短報(bào)文服務(wù)的水上安全通信[J].水運(yùn)管理，2019，41（05）：15-18+22.

[4] 周兵，陳向東，趙齊樂(lè).北斗系統(tǒng)與GPS應(yīng)用比較分析[J].全球定位系統(tǒng)，2012，37（04）：6-8.