一、北斗系統的定位原理

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35顆衛星在(zai)離(li)地面(mian)(mian)2萬多千米的(de)高(gao)空上(shang)，以固(gu)定的(de)周(zhou)期環繞(rao)地球運行，使得在(zai)任意時刻，在(zai)地面(mian)(mian)上(shang)的(de)任意一點都可以同時觀(guan)測到4顆以上(shang)的(de)衛星。

由(you)于衛(wei)(wei)星的(de)位(wei)(wei)置精確(que)可知，在接收機(ji)對衛(wei)(wei)星觀(guan)測中(zhong)，我(wo)們(men)可得(de)到(dao)衛(wei)(wei)星到(dao)接收機(ji)的(de)距(ju)離，利(li)用(yong)三維坐標中(zhong)的(de)距(ju)離公式，利(li)用(yong)3顆(ke)衛(wei)(wei)星，就(jiu)可以(yi)組成3個方(fang)程式，解出觀(guan)測點的(de)位(wei)(wei)置（X，Y，Z）。考慮到(dao)衛(wei)(wei)星的(de)時(shi)鐘與(yu)接收機(ji)時(shi)鐘之間的(de)誤差(cha)，實際(ji)上有4個未(wei)知數，X、Y、Z和鐘差(cha)，因而需要引(yin)入第(di)4顆(ke)衛(wei)(wei)星，形成4個方(fang)程式進行求解，從而得(de)到(dao)觀(guan)測點的(de)經緯(wei)度和高程。

事(shi)實(shi)上(shang)(shang)，接收機往(wang)往(wang)可以鎖住4顆以上(shang)(shang)的(de)衛星(xing)(xing)，這時，接收機可按衛星(xing)(xing)的(de)星(xing)(xing)座分(fen)布(bu)分(fen)成若干組，每組4顆，然(ran)后通過算法(fa)挑選出誤差最小(xiao)的(de)一組用作定位，從而提高精度。

衛(wei)星定(ding)位(wei)實施的是“到達(da)時間(jian)差(cha)”（時延(yan)）的概念(nian)：利用每一顆衛(wei)星的精確位(wei)置和連(lian)續發送的星上原子(zi)鐘生成的導航信息(xi)獲得(de)從衛(wei)星至接收機的到達(da)時間(jian)差(cha)。

衛(wei)(wei)星在空中連續發送帶有時(shi)間和位置信息的(de)無(wu)線電信號(hao)，供接(jie)收機(ji)接(jie)收。由于傳輸的(de)距離因(yin)素，接(jie)收機(ji)接(jie)收到信號(hao)的(de)時(shi)刻要比衛(wei)(wei)星發送信號(hao)的(de)時(shi)刻延遲，通(tong)常(chang)稱之為(wei)時(shi)延，因(yin)此(ci)，也可以(yi)通(tong)過時(shi)延來(lai)確定距離。衛(wei)(wei)星和接(jie)收機(ji)同(tong)時(shi)產生同(tong)樣的(de)偽隨機(ji)碼(ma)，一旦兩個碼(ma)實現(xian)時(shi)間同(tong)步，接(jie)收機(ji)便(bian)能測(ce)定時(shi)延；將時(shi)延乘(cheng)上光速(su)，便(bian)能得(de)到距離。

每(mei)(mei)顆(ke)衛星上的(de)(de)計算機和(he)(he)導航信息發(fa)生器非常精確地(di)了(le)解其(qi)軌(gui)(gui)道(dao)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)和(he)(he)系統(tong)時間(jian)(jian)，而全球監測(ce)站(zhan)網保(bao)持連(lian)續跟蹤衛星的(de)(de)軌(gui)(gui)道(dao)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)和(he)(he)系統(tong)時間(jian)(jian)。位(wei)(wei)于地(di)面的(de)(de)主控站(zhan)與其(qi)運控段(duan)一起，至(zhi)少每(mei)(mei)天一次對每(mei)(mei)顆(ke)衛星注入校正(zheng)(zheng)數(shu)據。注入數(shu)據包(bao)括：星座中每(mei)(mei)顆(ke)衛星的(de)(de)軌(gui)(gui)道(dao)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)測(ce)定和(he)(he)星上時鐘的(de)(de)校正(zheng)(zheng)。這(zhe)些校正(zheng)(zheng)數(shu)據是在復雜模(mo)型(xing)的(de)(de)基礎上算出的(de)(de)，可在幾(ji)個星期內保(bao)持有效。

衛星(xing)導(dao)航系統(tong)時間(jian)是(shi)由(you)每(mei)(mei)顆(ke)衛星(xing)上(shang)原子鐘(zhong)的銫(se)和(he)銣原子頻(pin)標(biao)保持的。這些星(xing)鐘(zhong)一(yi)般來(lai)講精確到世界協(xie)調時（UTC）的幾納(na)秒(miao)以內，UTC是(shi)由(you)美國(guo)海軍觀(guan)象臺的“主鐘(zhong)”保持的，每(mei)(mei)臺主鐘(zhong)的穩(wen)定(ding)性為若(ruo)干個10^-13秒(miao)。衛星(xing)早期采(cai)用兩部銫(se)頻(pin)標(biao)和(he)兩部銣頻(pin)標(biao)，后來(lai)逐步改變為更(geng)多地采(cai)用銣頻(pin)標(biao)。通常，在任一(yi)指定(ding)時間(jian)內，每(mei)(mei)顆(ke)衛星(xing)上(shang)只有(you)一(yi)臺頻(pin)標(biao)在工(gong)作。

衛(wei)星導航(hang)原理(li)：衛(wei)星至用戶間的距(ju)離測量(liang)是(shi)基(ji)于(yu)衛(wei)星信(xin)號的發射時間與到達接收機的時間之差，稱(cheng)為偽距(ju)。為了計算用戶的三維位(wei)置和接收機時鐘偏差，偽距(ju)測量(liang)要求至少接收來自4顆衛(wei)星的信(xin)號。

由于(yu)衛(wei)星(xing)(xing)運(yun)行軌道、衛(wei)星(xing)(xing)時鐘(zhong)存在(zai)誤差(cha)(cha)(cha)，大(da)氣對流層(ceng)、電離層(ceng)對信(xin)號的(de)(de)影響，使得民用(yong)的(de)(de)定(ding)位(wei)精度只有數十米(mi)量級。為提(ti)高定(ding)位(wei)精度，普遍采(cai)用(yong)差(cha)(cha)(cha)分(fen)定(ding)位(wei)技術(shu)（如DGPS、DGNSS），建立地面基(ji)準站(zhan)(差(cha)(cha)(cha)分(fen)臺)進(jin)行衛(wei)星(xing)(xing)觀(guan)測(ce)，利(li)用(yong)已知的(de)(de)基(ji)準站(zhan)精確坐標(biao)，與(yu)(yu)觀(guan)測(ce)值進(jin)行比(bi)較(jiao)，從而得出(chu)一(yi)修正數，并對外發布(bu)。接收機收到該修正數后，與(yu)(yu)自身的(de)(de)觀(guan)測(ce)值進(jin)行比(bi)較(jiao)，消(xiao)去大(da)部分(fen)誤差(cha)(cha)(cha)，得到一(yi)個比(bi)較(jiao)準確的(de)(de)位(wei)置。實驗表明，利(li)用(yong)差(cha)(cha)(cha)分(fen)定(ding)位(wei)技術(shu)，定(ding)位(wei)精度可提(ti)高到米(mi)級。

二、系統功能

（一）四大功能

短(duan)報文(wen)通信(xin)：北斗系(xi)統用戶終(zhong)端具有雙向報文(wen)通信(xin)功能，用戶可(ke)以一次傳送40-60個漢字(zi)的短(duan)報文(wen)信(xin)息(xi)。可(ke)以達到一次傳送達120個漢字(zi)的信(xin)息(xi)。在遠洋航行中(zhong)有重要的應用價值。

精密(mi)授(shou)時(shi)：北(bei)斗系統具有精密(mi)授(shou)時(shi)功能(neng)，可向(xiang)用戶提(ti)供20ns-100ns時(shi)間同步(bu)精度。

定位精度：水平精度100米（1σ），設(she)立標校站(zhan)之后(hou)為20米（類似差分狀態）。工作頻率：2491.75MHz。

系(xi)統(tong)容(rong)納(na)的最大用戶數：540000戶/小時(shi)。

（二）軍用功能

“北(bei)斗”衛星導航定(ding)位(wei)系統的(de)軍(jun)事功能與(yu)GPS類似(si)，如(ru)：運(yun)動目(mu)標的(de)定(ding)位(wei)導航；為縮短反應時(shi)間(jian)的(de)武(wu)器載具發射位(wei)置的(de)快速(su)定(ding)位(wei)；人員搜救(jiu)、水上排雷的(de)定(ding)位(wei)需求等。

這項功(gong)能用(yong)在軍事上(shang)，意(yi)味著可主動進行(xing)各級部(bu)(bu)(bu)隊(dui)的(de)定位，也就是說各級部(bu)(bu)(bu)隊(dui)一(yi)旦(dan)配備(bei)“北(bei)斗”衛星導(dao)航定位系(xi)統(tong)(tong)(tong)，除(chu)了可供自身(shen)定位導(dao)航外(wai)，高層指揮(hui)部(bu)(bu)(bu)也可隨(sui)時通過“北(bei)斗”系(xi)統(tong)(tong)(tong)掌(zhang)握部(bu)(bu)(bu)隊(dui)位置(zhi)，并傳遞相(xiang)關命令，對(dui)任(ren)務的(de)執行(xing)有相(xiang)當大的(de)助益。換言之，可利用(yong)“北(bei)斗”衛星導(dao)航定位系(xi)統(tong)(tong)(tong)執行(xing)部(bu)(bu)(bu)隊(dui)指揮(hui)與管制及戰場管理。

（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星導航接(jie)收芯片(pian)的手機或車(che)載(zai)衛星導航裝置找到你要走(zou)的路(lu)線。

2、氣象應用

北斗導航(hang)衛星(xing)氣(qi)象應(ying)用的(de)開展(zhan)，可(ke)以(yi)促進中國(guo)天氣(qi)分析和(he)數值(zhi)天氣(qi)預報、氣(qi)候變化監測和(he)預測，也可(ke)以(yi)提高空間天氣(qi)預警業務(wu)水平(ping)，提升中國(guo)氣(qi)象防災(zai)減(jian)災(zai)的(de)能(neng)力。

除此(ci)之外，北(bei)斗導(dao)航衛星系統的氣象應(ying)用對推動北(bei)斗導(dao)航衛星創新應(ying)用和(he)產業拓展(zhan)也具有重要的影(ying)響。

3、道路交通管理

衛(wei)星導航將有利(li)于減緩交通(tong)(tong)阻塞，提升道路交通(tong)(tong)管(guan)理水平(ping)。通(tong)(tong)過在車(che)輛(liang)上(shang)安裝衛(wei)星導航接收機和數據發射機，車(che)輛(liang)的位(wei)置信(xin)息就能(neng)在幾秒鐘內自動轉發到中(zhong)心站。這些位(wei)置信(xin)息可用于道路交通(tong)(tong)管(guan)理。

4、鐵路智能交通

衛星導(dao)航(hang)將促進傳(chuan)統運(yun)輸(shu)方式實(shi)現升級與轉型。例(li)如，在鐵路運(yun)輸(shu)領域，通(tong)過安裝衛星導(dao)航(hang)終(zhong)端設備，可極大縮短列車行(xing)駛(shi)間(jian)隔時(shi)(shi)間(jian)，降低運(yun)輸(shu)成本，有(you)效(xiao)提高運(yun)輸(shu)效(xiao)率。未來，北斗衛星導(dao)航(hang)系統將提供高可靠、高精度的定位、測速(su)、授時(shi)(shi)服務，促進鐵路交通(tong)的現代化，實(shi)現傳(chuan)統調度向智能交通(tong)管(guan)理的轉型。

5、海運和水運

海(hai)運和水(shui)運是全世(shi)界(jie)最廣泛的運輸(shu)方式之一(yi)，也是衛星(xing)(xing)導航(hang)(hang)最早應用的領域之一(yi)。在世(shi)界(jie)各大(da)洋和江(jiang)河湖(hu)泊行駛(shi)的各類船舶大(da)多都安(an)裝(zhuang)了衛星(xing)(xing)導航(hang)(hang)終端設備(bei)，使海(hai)上和水(shui)路運輸(shu)更為高(gao)效和安(an)全。北(bei)斗(dou)衛星(xing)(xing)導航(hang)(hang)系統將在任何天(tian)氣條件下(xia)，為水(shui)上航(hang)(hang)行船舶提供導航(hang)(hang)定(ding)位(wei)和安(an)全保障。同時(shi)，北(bei)斗(dou)衛星(xing)(xing)導航(hang)(hang)系統特有的短報(bao)文(wen)通信功能將支持各種新型服務的開發。

6、航空運輸

當飛(fei)機(ji)在(zai)機(ji)場(chang)跑道著陸(lu)時，最基本的(de)要(yao)求是(shi)確(que)保飛(fei)機(ji)相互間的(de)安(an)(an)全距離。利用衛星(xing)導航(hang)精確(que)定位與(yu)測速的(de)優(you)勢(shi)，可實時確(que)定飛(fei)機(ji)的(de)瞬時位置，有效減小(xiao)飛(fei)機(ji)之間的(de)安(an)(an)全距離，甚至在(zai)大(da)霧天氣(qi)情況下(xia)，可以實現自動盲降，極(ji)大(da)提高飛(fei)行安(an)(an)全和機(ji)場(chang)運(yun)營效率。通過將(jiang)北(bei)斗(dou)衛星(xing)導航(hang)系統與(yu)其他系統的(de)有效結合，將(jiang)為航(hang)空運(yun)輸提供更多的(de)安(an)(an)全保障。

7、應急救援

衛星導航已廣泛用于沙漠、山(shan)區(qu)、海洋等人煙稀少地(di)(di)區(qu)的(de)搜索救(jiu)援(yuan)。在發生(sheng)地(di)(di)震、洪災等重(zhong)大(da)災害時(shi)，救(jiu)援(yuan)成(cheng)功的(de)關鍵在于及(ji)時(shi)了解災情(qing)(qing)并(bing)迅速到達救(jiu)援(yuan)地(di)(di)點。北(bei)斗衛星(xing)導(dao)航(hang)系統除導(dao)航(hang)定位外，還具備短報(bao)文(wen)通(tong)信(xin)功能(neng)，通(tong)過衛星(xing)導(dao)航(hang)終端設備可及(ji)時(shi)報(bao)告所處位置和受災情(qing)(qing)況(kuang)，有效縮(suo)短救(jiu)援(yuan)搜尋時(shi)間(jian)，提高搶險救(jiu)災時(shi)效，大(da)大(da)減少人民生(sheng)命財產損失。

8、指導放牧

2014年10月，北(bei)斗(dou)系統開始在青海省牧(mu)(mu)區(qu)試點建設(she)北(bei)斗(dou)衛(wei)星(xing)(xing)放牧(mu)(mu)信息化(hua)指(zhi)導(dao)系統，主要依靠牧(mu)(mu)區(qu)放牧(mu)(mu)智能指(zhi)導(dao)系統管(guan)理(li)平臺、牧(mu)(mu)民(min)專(zhuan)用(yong)北(bei)斗(dou)智能終端(duan)和牧(mu)(mu)場數(shu)據采集自動(dong)站，實(shi)現(xian)數(shu)據信息傳輸，并通(tong)過(guo)北(bei)斗(dou)地面站及北(bei)斗(dou)星(xing)(xing)群中轉、中繼處理(li)，實(shi)現(xian)草場牧(mu)(mu)草、牛羊的(de)動(dong)態監控。2015年夏季，試點牧(mu)(mu)區(qu)的(de)牧(mu)(mu)民(min)就能使(shi)用(yong)專(zhuan)用(yong)北(bei)斗(dou)智能終端(duan)設(she)備來指(zhi)導(dao)放牧(mu)(mu)。