北斗导航系统要点.pdf

中国北斗卫星导航系统 （BeiDouNavigationSatelliteSystem ， BDS） 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。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄 罗斯 GLONASS 、欧盟 GALILEO ，是联合国卫星导航委员会已认定 的供应商。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可 在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、 导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、 定位和授时能力，定位精度10 米，测速精度0.2 米/秒，授时精度 10 纳秒。 2012 年 12 月 27 日， 北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0 正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授 时服务。 2013 年 12 月 27 日，北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周 年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开，正式发布了北 斗系统公开服务性能规范（1.0 版） 和北斗系统空间信号接口控 制文件（ 2.0 版） 两个系统文件。 2014 年 11 月 23 日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了 对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，这标志着北斗卫星导航 系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用 的国际合法地位。 中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。 基本信息 中文名称北斗卫星导航 外文名称 theBigDipperNavigationSystem 研制国家中国 英文缩写 BDS 性质地球卫星定位与通信系统 1 卫星简介 2 发展历程 2.1 早期研究 2.2 试验系统 2.3 中国加入欧盟伽利略计划 2.4 正式系统 2.5 东盟各国加入合作 2.6 全球组网 3 建设原则 4 覆盖范围 5 试验系统 5.1 系统组成 5.2 性能 6 正式系统 6.1 亚太服务 6.2 全球服务 7 系统构成 7.1 空间段 7.2 地面段 7.3 用户段 8 制作原理 8.1 空间定位原理 8.2 有源与无源定位 8.3 精度 9 采用技术 9.1 卫星平台 9.2 卫星制造与发射 9.3 时间系统 9.4 信号传输 10 应用领域 10.1 开放服务 10.2 授权服务 10.3 应用状况 11 标准制定 12 国际认可 13 学术年会 北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统 BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem 是中国正在实施 的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建 成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫 星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航 应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各 行业的广泛应用。 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空 间段包括 5 颗静止轨道卫星和30 颗非静止轨道卫星， 地面段包括主 控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端 以及与其他卫星导航系统兼容的终端。3 发展历程 早期研究 1970 年代，中国开始研究卫星导航系统的技术和方案，但之后 这项名为 “ 灯塔 ” 的研究计划被取消。2 1983 年，中国航天专家陈芳允提出使用两颗静止轨道卫星实现 区域性的导航功能，1989 年，中国使用通信卫星进行试验，验证了 其可行性，之后的北斗卫星导航试验系统即基于此方案。 试验系统 1994 年，中国正式开始北斗卫星导航试验系统（北斗一号）的 研制， 并在 2000 年发射了两颗静止轨道卫星，区域性的导航功能得 以实现。 2003 年又发射了一颗备份卫星，完成了北斗卫星导航试验 系统的组建。 中国加入欧盟伽利略计划 2003 年 09 月，中国打算加入欧盟的伽利略定位系统计划，并 在接下来的几年中投入了2.3 亿欧元的资金。由此，人们相信中国 的北斗系统只会用于自己的武装力量。中国与欧盟在2004 年 10 月 09 日正式签署伽利略计划技术合作协议。2008 年 01 月，香港南华 早报在 “ 中国不当 “ 伽利略 ” 计划小伙伴 ” 的报道中指出：中国不满其 在伽利略计划中的配角地位，并将推出北斗二代与伽利略定位系统 在亚洲市场竞争。 正式系统 2004 年，中国启动了具有全球导航能力的 北斗卫星导航系统的建设（北斗二号），并在 2007 年发射一颗中地 球轨道卫星，进行了大量试验。2009 年起，后续卫星持续发射，并 在 2011 年开始对中国和周边地区提供测试服务，2012 年完成了对亚 太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务。 中国为北斗卫星导航系统制定了“ 三步走 ” 发展规划， 从 1994 年 开始发展的试验系统（第一代系统）为第一步，2004 年开始发展的 正式系统（第二代系统）又分为两个阶段，即第二步与第三步。至 2012 年，此战略的前两步已经完成。根据计划，北斗卫星导航系统 将在 2020 年完成，届时将实现全球的卫星导航功能。10 北斗卫星导航系统三步走发展规划 时间节点2004 2012 2020 实现目标 区 域 有 源 定 位 区 域 无 源 定 位 全 球 无 源 定 位 东盟各国加入合作 中国科学技术部部长万钢在2013 年 1 月 19 日中国科技工作会 议上透露， 2013 年将积极实施 “ 中国东盟科技伙伴计划” ，启动 “ 中国 -东盟联合实验室” 、“ 中国 -东盟技术转移中心” 建设，在东盟各国合 作建设北斗系统地面站网。 全球组网 2015 年 7 月 25 日中国成功发射两颗北斗导航卫星，使北斗导 航系统的卫星总数增加到19 枚。这对北斗 “ 双胞胎 ” 弟兄，将为北斗 全球组网承担 “ 拓荒 ” 使命。 据北斗导航卫星系统总设计师谢军介绍，作为北斗系统全球组 网的主要卫星，新发射的北斗双星将为中国建成全球导航卫星系统 开展全面验证，为后续的全球组网卫星奠定基础。9 建设原则 北斗导航定位卫星北斗卫星导航系统的 建设与发展， 以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统， 更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则： 1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界 开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广 泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作， 推动卫星导航技术与产业的发展。 2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫 星导航系统可独立为全球用户提供服务。 3、兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电 联（ITU ）框架下， 使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现 兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。 4、渐进性。 中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与 发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。 覆盖范围 北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经 约 70° 140° ，北纬 5° 55° 。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。 4 试验系统 北斗卫星导航试验系统又称为北斗一号，是中国的第一代卫星 导航系统，即有源区域卫星定位系统，1994 年正式立项， 2000 年发 射 2 颗卫星后即能够工作，2003 年又发射了一颗备份卫星，试验系 统完成组建，该系统服务范围为东经70° 140° ，北纬 5° 55° 。 系统组成 北斗卫星导航试验系统于2003 年完全建 成系统分为三个部分，分别为空间段、地面段、用户段： 空间段：由3 颗地球静止轨道卫星组成，两颗工作卫星定位于 东经 80° 和 140° 赤道上空， 另有一颗位于东经110.5° 的备份卫星， 可 在某工作卫星失效时予以接替。 地面段：由中心控制系统和标校系统组成。中心控制系统主要 用于卫星轨道的确定、电离层校正、用户位置确定、用户短报文信 息交换等。标校系统可提供距离观测量和校正参数。 用户段：用户的终端。 性能 北斗卫星导航试验系统于2000 年能够使用后，其定位精度100 米，使用地面参照站校准后为20 米，与当时的全球卫星定位系统民 用码相当。系统用户能实现自身的定位，也能向外界报告自身位置 和发送消息，授时精度20 纳秒，定位响应时间为1 秒。 5 由于是采用少量卫星实现的有源定位，该系统成本较低，但是 系统在定位精度、用户容量、定位的频率次数、隐蔽性等方面均受 到限制。另外该系统无测速功能，不能用于精确制导武器。 正式系统 北斗卫星导航系统在2012 年的服务范围 正式的北斗卫星导航系统也被称为北斗二号，是中国的第二代卫星 导航系统， 英文简称 BDS，曾用名 COMPASS，“ 北斗卫星导航系统” 一词一般用来特指第二代系统。此卫星导航系统的发展目标是对全 球提供无源定位，与全球定位系统相似。在计划中，整个系统将由 35 颗卫星组成，其中5 颗是静止轨道卫星，以与使用静止轨道卫星 的北斗卫星导航试验系统兼容。其总设计师为孙家栋。 北斗从其试验系统开始就有其军事目的，其正式系统也是一个 军民两用的系统。项目的主要参与者为中国人民解放军总参谋部、 总装备部、国家国防科技工业局、中国科学院、中国航天科技集团 公司、中国电子科技集团公司、国防科技大学。截至2012 年，中国 为试验系统和覆盖亚太的正式系统共花费了数百亿人民币，为了实 现覆盖全球的目标，还将投入四五百亿以上。 亚太服务 北斗卫星导航系统的建设于2004 年启动，2011 年开始对中国和 周边提供测试服务，2012 年 12 月 27 日起正式提供卫星导航服务， 服务范围涵盖亚太大部分地区，南纬 55 度到北纬 55 度、东经 55 度 到东经 180 度为一般服务范围。该导航系统提供两种服务方式，即 开放服务和授权服务。 开放服务是在服务区免费提供定位、测速、授时服务，定位精 度为 10 米，测速精度0.2 米/秒，授时精度10 纳秒，在服务区的较 边缘地区精度稍差。授权服务则是向授权用户提供更安全与更高精 度的定位、测速、授时、通信服务以及系统完好性信息，这类用户 为中国军队和政府等。由于该正式系统继承了试验系统的一些功能， 能在亚太地区提供无源定位技术所不能完成的服务，如短报文通信。 全球服务 北斗卫星导航系统计划在2020 年完成对全球的覆盖，为全球用 户提供定位、导航、授时服务，中国将发射大量的中地球轨道卫星， 同时因为现有系统的卫星寿命也会到期，也将会在 2020 年前完成替 换。中国将在 2014 年发射一颗试验星，以验证全球系统建设中的关 键技术。 系统构成 北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成。 空间段 北斗卫星导航系统空间段计划由35 颗卫星组成， 包括 5 颗静止 轨道卫星、 27 颗中地球轨道卫星、3 颗倾斜同步轨道卫星。5 颗静 止轨道卫星定点位置为东经58.75° 、80° 、110.5° 、140° 、160° ，中地 球轨道卫星运行在3 个轨道面上， 轨道面之间为相隔120° 均匀分布。 至 2012 年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统发射 了 16 颗卫星，其中14 颗组网并提供服务，分别为5 颗静止轨道卫 星、5 颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55° 的轨道面上），4 颗中 地球轨道卫星（均在倾角55° 的轨道面上）。 序号卫星发射日期发射地点火箭运行轨道使用状况 1 北斗-M1 2007 年 04 月 14 日 西昌 长征三 号 甲 中地球轨道，高度 21559× 21518公 里，倾角 56.8° 试验星未使 用 2 北斗-G2 2009 年 04 月 15 日 西昌 长征三 号 丙 有误差的地球静 止 轨 道 ， 高 度 36027× 35539公 里，倾角 2.2° 失控未使用 3 北斗-G1 2010 年 01 月 17 日 西昌 长征三 号 丙 地 球 静 止轨 道 140.0°E，高度 35807× 35782公 里，倾角 1.6° 使用中 4 北斗-G3 2010 年 06 月 02 日 西昌 长征三 号 丙 地 球 静 止轨 道 110.6°E，高度 35809× 35777公 里，倾角 1.3° 使用中 5 北斗 -IGSO1 2010 年 08 月 01 日 西昌 长征三 号 甲 倾 斜 地 球同 步 轨 道 ， 高 度 35916× 35669公 里，倾角 54.6° 使用中 6 北斗-G4 2010 年 11 月 01 日 西昌 长征三 号 丙 地 球 静 止 轨 道 160.0 °E ， 高 度 35815× 35772公 里，倾角 0.6° 使用中 7 北斗 -IGSO2 2010 年 12 月 18 日 西昌 长征三 号 甲 倾斜地球同步轨 道，高度 35883× 35691公 里，倾角 54.8° 使用中 8 北斗 -IGSO3 2011年 04 月 10 日 西昌 长征三 号 甲 倾 斜 地 球同 步 轨 道 ， 高 度 35911× 35690公 里，倾角 55.9° 使用中 9 北斗 -IGSO4 2011年 07 月 27 日 西昌 长征三 号 甲 倾 斜 地 球同 步 轨 道 ， 高 度 35879× 35709公 里，倾角 54.9° 使用中 10 北斗 -IGSO5 2011年 12 月 02 日 西昌 长征三 号 甲 倾 斜 地 球同 步 轨 道 ， 高 度 35880× 35710公 里，倾角 54.9° 使用中 11 北斗-G5 2012 年 02 月 25 日 西昌 长征三 号 丙 地 球 静 止轨 道 58.7°E，高度 35801× 35786公 使用中 序号卫星发射日期发射地点火箭运行轨道使用状况 里，倾角 1.4° 12 北斗-M3 2012 年 04 月 30 日 西昌 长征三 号 乙 中地球轨道，高度 21607× 21463公 里，倾角 55.3° 使用中 13 北斗-M4 2012 年 04 月 30 日 西昌 长征三 号 乙 中地球轨道，高度 21617× 21453公 里，倾角 55.2° 使用中 14 北斗-M5 2012 年 09 月 19 日 西昌 长征三 号 乙 中地球轨道，高度 21597× 21473公 里，倾角 55.0° 使用中 15 北斗-M6 2012 年 09 月 19 日 西昌 长征三 号 乙 中地球轨道，高度 21576× 21494公 里，倾角 55.1° 使用中 16 北斗-G6 2012 年 10 月 25 日 西昌 长征三 号 丙 地 球 静 止 轨 道 80.2 °E ， 高 度 35803× 35783公 里，倾角 1.7° 使用中 展开 地面段 北斗 -M5 卫星（ 2012-050A）的地系统的地面段由主控站、注入 站、监测站组成。 主控站用于系统运行管理与控制等。主控站从监测站接收数据 并进行处理，生成卫星导航电文和差分完好性信息，而后交由注入 站执行信息的发送。 注入站用于向卫星发送信号，对卫星进行控制管理，在接受主 控站的调度后，将卫星导航电文和差分完好性信息向卫星发送。 监测站用于接收卫星的信号，并发送给主控站，可实现对卫星 的监测，以确定卫星轨道，并为时间同步提供观测资料。 用户段 用户段即用户的终端，即可以是专用于北斗卫星导航系统的信 号接收机，也可以是同时兼容其他卫星导航系统的接收机。接收机 需要捕获并跟踪卫星的信号，根据数据按一定的方式进行定位计算， 最终得到用户的经纬度、高度、速度、时间等信息 制作原理 空间定位原理 在空间中若已经确定A、B、C 三点的空间位置，且第四点D 到上述三点的距离皆已知的情况下，即可以确定D 的空间位置，原 理如下：因为A 点位置和 AD 间距离已知，可以推算出D 点一定位 于以 A 为圆心、AD 为半径的圆球表面， 按照此方法又可以得到以B、 C 为圆心的另两个圆球，即D 点一定在这三个圆球的交汇点上，即 三球交汇定位。北斗的试验系统和正式系统的定位都依靠此原理。 有源与无源定位 当卫星导航系统使用有源时间测距来定位时，用户终端通过导 航卫星向地面控制中心发出一个申请定位的信号，之后地面控制中 心发出测距信号， 根据信号传输的时间得到用户与两颗卫星的距离。 除了这些信息外，地面控制中心还有一个数据库，为地球表面各点 至地球球心的距离，当认定用户也在此不均匀球面的表面时，三球 交汇定位的条件已经全部满足，控制中心可以计算出用户的位置， 并将信息发送到用户的终端。北斗的试验系统完全基于此技术，而 之后的北斗卫星导航系统除了使用新的技术外，也保留了这项技术。 当卫星导航系统使用无源时间测距技术时，用户接收至少4 颗 导航卫星发出的信号，根据时间信息可获得距离信息，根据三球交 汇的原理，用户终端自行可以自行计算其空间位置。此即为GPS 所 使用的技术，北斗卫星导航系统也使用了此技术来实现全球的卫星 定位。 精度 参照三球交汇定位的原理，根据3 颗卫星到用户终端的距离信 息，根据三维的距离公式，就依靠列出3 个方程得到用户终端的位 置信息，即理论上使用3 颗卫星就可达成无源定位，但由于卫星时 钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差，而电磁波以光速传播， 微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真，实际上应当认为 时钟差距不是0 而是一个未知数t，如此方程中就有4 个未知数， 即 客户端的三位坐标（X，Y，Z） ，以及时钟差距t，故需要4 颗卫星 来列出 4 个关于距离的方程式，最后才能求得答案，即用户端所在 的三维位置， 根据此三维位置可以进一步换算为经纬度和海拔高度。 若空中有足够的卫星，用户终端可以接收多于4 颗卫星的信息 时，可以将卫星每组4 颗分为多个组，列出多组方程，后通过一定 的算法挑选误差最小的那组结果，能够提高精度。 电磁波以30 万千米 /秒的光速传播，在测量卫星距离时，若卫 星钟有一纳秒（十亿分之一秒）时间误差，会产生三十厘米距离误 差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟，也会累积较大误差，因 此地面工作站会监视卫星时钟，并将结果与地面上更大规模的更精 确的原子钟比较，得到误差的修正信息，最终用户通过接收机可以 得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大 约有数纳秒的累积误差，产生大约一米的距离误差。 为提高定位精度，还可使用差分技术。在地面上建立基准站， 将其已知的精确坐标与通过导航系统给出的坐标相比较，可以得出 修正数，对外发布，用户终端依靠此修正数，可以将自己的导航系 统计算结果进行再次的修正，从而提高精度。例如，全球定位系统 使用差分全球定位系统后，定位精度可达到5 米左右。 采用技术 卫星平台 北斗导航定位卫星在北斗卫星导航系统 中，能使用无源时间测距技术为全球提供无线电卫星导航服务 （RNSS） ，也同时也保留了试验系统中的有源时间测距技术，即提 供无线电卫星测定服务（RDSS） ，但仅在亚太地区实现。从卫星所 起到的功能来区分，可以分成下列两类： 非静止轨道卫星：北斗卫星导航系统中地球轨道卫星和倾斜地 球同步轨道卫星使用东方红三号通信卫星平台并略有改进，其有效 载荷都为 RNSS 载荷。 静止轨道卫星：这类卫星使用改进型东方红三号平台，其五颗 卫星的定点位置为东经58.75° 到 160° 之间，每颗均有 3 种有效载荷， 即用作有源定位的RDSS 载荷、用作无源定位的RNSS 载荷、用于 客户端间短报文服务的通信载荷。由于此类卫星仅定点在亚太地区 上空，故需要用到RDSS 载荷的有源定位服务以及用到通讯载荷的 短报文服务只能在亚太提供。 北斗卫星导航系统同时使用静止轨道与非静止轨道卫星，对于 亚太范围内的区域导航来说，无需借助中地球轨道卫星，只依靠北 斗的地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星即可保证服务性 能。而数量庞大的中地球轨道卫星，主要服务于全球卫星导航系统。 此外，如果倾斜地球同步轨道卫星发生故障，则中地球轨道卫星可 以调整轨道予以接替，即作为备份星。 截至 2012 年发射的北斗系统的卫星设计寿命都是8 年，而后续 又有数量众多的中地球轨道卫星需要发射，这些卫星将采用专门的 中地球轨道卫星平台，寿命将延长至12 年或更多， 还会往小型化发 展。 卫星制造与发射 因为需要一定数量的卫星才能提供质量可靠的导航服务，从卫 星的寿命方面考虑，若发射间隔过久，则后续卫星发射时，可能早 期的卫星已近退役，所以北斗的卫星需要在短时间发射，中国在3 年的时间内共发射了14 颗北斗卫星， 这是中国首次使用“ 一次设计， 组批生产 ” 的方式对卫星快速批量生产。到2020 年时，在 2010 年前 后发射的卫星已经退役，因此在2012 到 2020 年的 8 年时间里，中 国需要为准备覆盖全球的北斗卫星导航系统再生产出30 多颗卫星。 中国在 1981 年就成功执行过“ 一箭多星 ” ，不过此技术一般用于 发射一颗大卫星附带几颗小卫星，将卫星送入不同的轨道。2012 年 使用 “ 一箭双星 ” 发射北斗卫星，是中国首次用一枚火箭发射两颗相 同的大质量卫星，火箭将两颗卫星送入了同一个轨道面上，其即卫 星的运行轨迹相同，其差别在于轨位。 时间系统 北斗卫星导航系统的系统时间叫做北斗时，属于原子时，溯源 到中国的协调世界时，与协调世界时的误差在100 纳秒内，起算时 间是协调世界时2006 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒。 北斗试验系统的卫星原子钟是由瑞士进口，北斗二号的星载原 子钟逐渐开始使用中国航天科工二院203 所提供的国产原子钟。北 斗的卫星系统总设计师杨慧在2012 年表示， 北斗已经开始全部使用 国产原子钟，其性能与进口产品相当。 信号传输 2007 年，在北斗 -M1 卫星发射后， 被检北 斗卫星导航系统使用码分多址技术，与全球定位系统和伽利略定位 系统一致，而不同于格洛纳斯系统的频分多址技术。两者相比，码 分多址有更高的频谱利用率，在由L 波段的频谱资源非常有限的情 况下，选择码分多址是更妥当的方式。此外，码分多址的抗干扰性 能，以及与其他卫星导航系统的兼容性能更佳。 北斗卫星导航系统的官方宣布，在L 波段和 S 波段发送导航信 号，在 L 波段的 B1、B2、B3 频点上发送服务信号，包括开放的信 号和需要授权的信号。 B1 频点： 1559.052MHz 1591.788MHz B2 频点： 1166.220MHz 1217.370MHz B3 频点： 1250.618MHz 1286.423MHz 国际电信联盟分配了E1（1590MHz ） 、 E2（ 1561MHz ） 、 E6 （1269MHz ）和 E5B（1207MHz ）四个波段给北斗卫星导航系统， 这与伽利略定位系统使用或计划使用的波段存在重合。然而，根据 国际电信联盟的频段先占先得政策，若北斗系统先行使用，即拥有 使用相应频段的优先权。2007 年，中国发射了北斗-M1，之后在相 应波段上被检测到信号：1561.098MHz ± 2.046MHz ，1589.742MHz ， 1207.14MHz± 12MHz ，1268.52MHz± 12MHz ，以上波段与伽利略定 位系统计划使用的波段重合，与全球卫星定位系统的L 波段也有小 部分重合。 北斗 -M1 是一个实验性的卫星，用于发射信号的测试和验证， 并能以先占的原则确定对相应频率的使用权。北斗-M1 卫星在 E2、 E5B、E6 频段进行信号传输，传输的信号分成2 类，分别被称作 “I ” 和“Q ” 。“I ”的信号具有较短的编码，可能会被用来作开放服务（民 用） ，而 “Q ” 部分的编码更长，且有更强的抗干扰性，可能会被用作 需要授权的服务（军用） 。 在北斗 -M1 发射后，法国、美国等工程师即展开了对信号的研 究，研究者包括在中国引起热议的高杏欣，她和团队分析出了北斗 -M1 卫星的民用码信道编码方式并予以公开，但其研究内容与军用 码的安全问题无关，事实上全球卫星定位系统和伽利略定位系统的 民用码也早已被破解。 应用领域 北斗卫星导航系统提供定位、导航、授时服务，分为开放服务 和授权服务两种方式。 开放服务 任何拥有终端设备的用户可免费获得此服务，其精度为： 定位精度平面10 米、高程 10 米 测速精度 0.2 米/秒 授时精度单向50 纳秒，开放服务不提供双向高精度授时 授权服务 除了面向全球的免费开放服务外，还有需要获得授权方可使用 的服务，授权又分成不同等级，区分军用和民用： 高精度：北斗卫星导航系统可以提供比开放服务更佳的精确度， 需要获得授权，其具体性能指标未知。 广域差分：在亚太地区借助与类似于广域增强系统的广域差分 技术（广域增强），根据授权用户的不同等级，提供更高的定位精度， 最高为 1 米。 信息收发：授权用户可以北斗卫星导航系统还为提供信息的收 发，即短报文服务，这项服务仅限于亚太地区。军用版容量为120 个汉字，民用版49 个汉字。 应用状况 截至 2012 年底，中国有约 4 万艘渔船安装了北斗卫星导航系统 的终端， 终端向手机发送短信为3 角人民币， 高峰时每月发送70 万 条。同时，中国有10 万辆车已安装北斗的导航设备。 制约北斗导航民用的最大瓶颈是芯片价格，相对于GPS系统， 北斗终端设备的芯片成本较高，若能够广泛生产和使用则可降低价 格。 1 标准制定 北斗卫星定位系统工作示意图北斗接收 机国际通用数据标准的制修订是北斗全球应用和产业发展的基础性 工作之一，与卫星导航接收机密切相关的RTCM差分系列标准、 RINEX 接收机交换数据格式、NMEA 接收机导航定位数据接口等通 用数据标准几乎是世界上所有卫星导航接收机都必须遵守的通用标 准。然而，全球有多个全球卫星导航系统（GNSS）接收设备技术标 准制定组织，参与其中的中国企业和机构却寥寥无几。例如，成立 于 1947 年的国际海事无线电技术委员会（RTCM ）目前有 130 多个 成员， 却只有 2 家中国企业成员。 成立于 1957 年的美国国家海洋电 子协会（ NMEA ） ，535 个成员中只有1 家中国企业成员。对于正式 提供服务近两年的北斗系统而言，参与国际标准的建设任重而道远。 全国北斗卫星导航标准化技术委员会于2014 年成立， 15 项北 斗应用基础标准正在制定中，部分关键标准计划在今年底对外发布。 届时，北斗系统将完成北斗产业链中标准规范关键环节的布局，北 斗应用也将进入标准化、规范化以及通用化的快车道。 在国际方面，在中国民航局、交通部海事局、工信部科技司等 部门指导下，依托中国航天标准化研究所、北京航空航天大学、交 通部水运科学研究院、工信部电信研究院、武汉导航与位置服务工 业技术研究院等科研院所，先后启动了北斗系统进入国际民航、海 事、移动通信、接收机通用数据标准等国际标准工作。经过各方协 作和配合，北斗国际标准工作捷报频传。国际民航组织(ICAO) 同意 北斗系统逐步进入ICAO 标准框架；国际海事组织（IMO ）批准发 布了船载北斗接收机设备性能标准，实现了北斗国际标准的 零 突破，完成了北斗系统作为全球无线电导航系统(WWRNS) 重要组成 部分的技术认可工作，有望在今年底成为第三个被IMO认可的 WWRNS ；第三代移动通信标准化伙伴项目(3GPP)支持北斗定位业 务的技术标准已获得通过。北斗已经开启了走向国际民航、国际海 事、国际移动通信等高端应用领域的破冰之旅。 2014 年 9 月 8 日至 9 日，国际海事无线电技术委员会第104 专 业委员会（ RTCMSC-104 ）全体会议在美国佛罗里达州坦帕市会议 中心召开，来自Trimble 、Novatel、Geo+、USCG（美国海岸警卫 队）等全球 20 多个 GNSS 高精度知名企业（机构）和重要用户单位 的 30 多位专家代表与会。 武汉导航与位置服务工业技术研究院和上 海司南卫星导航技术有限公司组团参加，圆满完成各项既定任务。 RTCMSC-104 主要负责差分全球卫星导航系统（DGNSS）系列 推荐标准的制修订，以及参与接收机自主交换格式（RINEX ） 、接收 机导航定位数据输出接口协议（NMEA-0183 ）等国际通用数据标准 的制修订工作。 该委员会由全球从事卫星导航设备生产、技术研发、 系统服务的知名企业机构成员组成，下设GLONASS 、 Galileo 、 RINEX 、NMEA 、BDS 等工作组。 武汉导航院为BDS 工作组主席单 位，北斗专项应用推广与产业化专家组专家韩绍伟博士任BDS 工作 组主席。 会上，武汉导航院韩绍伟博士代表BDS 工作组，向委员会全体 会议汇报了对BDSNH 码的处理方法，澄清了对NH 码实现过程中 因符号规则理解差异造成的差分解算失效、接收机无法兼容等问题， 给出了解决方案并获得委员会一致通过。该问题的解决打消了国际 社会对 BDS 高精度可靠应用的疑虑，对促进北斗高精度全球应用具 有重要作用。另外，韩绍伟博士代表BDS 工作组就BDS 导航电文 数据组识别符的研究进展向委员会全体会议进行了汇报，对其组成、 产生、判别方法等进行了探讨，该识别符是BDS 实现可靠实时差分 应用的重要因素，也是北斗进入RTCM 差分标准的关键参数。BDS 工作组将就该问题继续与有关各方深入合作，寻求最终解决方案。 最后， BDS 工作组提议2015 年 5 月 11-12 日在中国西安召开 RTCMSC104 全体会议，并邀请专家参加2015 年 5 月 13-15 日在中 国西安召开的第六届中国卫星导航学术年会（CSNC2015） ，该提议 获得委员会成员的通过。这是中国首次获得RTCMSC104 全体会议 主办权，标志着以中国企业为主体推动北斗加入RTCM、RINEX 、 NMEA 等国际通用数据标准工作得到国际认可，显示了国际社会对 北斗高精度全球应用的期待和信心，必将有助于加速北斗进入系列 国际通用数据标准工作。 国际认可 中国北斗卫星已获联合国正式认可可媲美GPS6 在 2014 年 11 月 17 日至 21 日的会议上，联合国负责制定国际 海运标准的国际海事组织海上安全委员会，正式将中国的北斗系统 纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS 和俄罗斯的 “ 格 洛纳斯 ” 后，中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星 导航系统。专门研究中国太空项目和信息战争的加州大学专家凯 文· 波尔彼得表示，北斗系统能在其覆盖范围内提供足够精确的定位 信息。 7 学术年会 第六届中国卫星导航学术年会2015 年 5 月 13 日在西安召开， 主题是 “ 开放、连通、共赢” 。国内外卫星导航系统主管部门官员、 卫星导航领域专家学者、卫星导航应用企业代表等2000 余人参加会 议。本届年会主要安排了高端论坛、学术交流、科学普及、展览展 示等四大板块及相关活动，将充分交流全球卫星导航领域最新技术 成果，深入探讨卫星导航应用模式和产业发展，集智共商北斗卫星 导航系统发展大计。 北斗卫星导航系统发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任 冉承其在年会上介绍，北斗卫星导航系统建设持续稳定推进，今年 还将发射 3 至 4 颗新一代北斗导航卫星8。北斗导航定位卫星 参考资料： 1北斗卫星导航系统常见问题解答.2014-6-12 2 中 关 村 北 斗 卫 星 导 航 相 关 标 准 知 识 产 权 评 议 . 合 享 新 创.2014-7-10 3北斗卫星导航系统简介.2015-4-10 4北斗导航 :中国 “ 天眼 ” 瞰世界 .2015-4-10 5 北 斗 导 航 系 统 将 使 用 氢 原 子 钟 提 升 定 位 授 时 准 确 性.2015-4-10 6我国北斗卫星已获联合国正式认可可媲美GPS.2015-4-10 7新北斗导航卫星发射出国导航有望用“ 国货 ” .2015-4-10 8 中国今年还将发射3 至 4 颗新一代北斗导航卫星.2015-5-14 9北斗导航系统卫星总数达19 枚将试验全球组网.2015-7-27 10新一代北斗导航卫星全部使用国产CPU 芯片 .2015-8-1 词条标签：北斗导航科技卫星航空航天