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北斗导航定位系统的组成部分原理和与gps的区别

归档日期:08-27       文本归类:惯性导航      文章编辑:爱尚语录

  03年6月1日,我国自主研发的北斗系统正式开通,这标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统,北斗导航定位系统的大规模应用进入了实质性阶段。“北斗一代”卫星定位系统工作原理“北斗一代”卫星定位系统由两颗地球静止卫星、一颗在轨备份卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。覆盖范围:北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70-140°,北纬5°-55°。 北斗三星只能提供三个联立方程,可以解出三个未知数,所以用于三维定位是可以的。但是因为卫星信号穿越电离层时速度不是恒定的,所以会产生时间误差。这样就产生了第四个未知数,方程组是无解的。如果将时间误差设定为恒定值,误差就会增大。据报道GPS只用三星定位,误差是50米以上(军码),所以必须要引入第四星,作为修正时间误差之用。按科学原理,静止轨道卫星两星经度差不能低于30度(目前的北斗一代的三星是E140,E110.5,E80),否则会造成接收机无法区分频率差,4星需要占用90度的赤道,这样可能造成无法在国内测控整个系统。 “北斗一代”发射的第三颗星,上面安装了激光反射镜,用于精确定位,这就是二代系统的基准星,也为中国二代北斗铺好的基础。所以一代的那颗备用星肯定是在二代系统里的;前两颗禁止星到时已经超年限了,大概需要发射新星替代。其实4静止星的主要作用是给东亚地区民航飞机进场出场提供精密导航服务,对于系统整体功能影响不大,我估计未来UAV也可以用到。 事实上,二代北斗导航的计划是4静止星+12中轨星(20000KM)+9高轨道星(36000KM)。原计划06年开始组网,但根据中国科学技术的快速发展,和现在的形势追求,在今年下半年将开始发射“北斗二代”系统的第一颗星。根据我国在国际电联申请的频率,和GPS一样也在L波段,应该已经考虑到接收机能收GPS信号的问题。至于伽利略,从目前双方合作的程度看,应该也可以兼容的。 覆盖区域,根据目前得到的消息,首先是发射9高轨道星,然后发射12中轨星;前者发射3-4星就可以首先覆盖东亚地区,满9颗后可以实现全球覆盖;后者可以进一步提高全球范围的导航精度和抗干扰能力。 ●二代(COMPASS-)系统介绍 COMPASS-系统是继北斗一代系统后的中国新一代卫星导航系统,目前正处于研制阶段,预计2005年将开始发射卫星。 该系统由4颗静止卫星和两个移动卫星网络构成,具体参数是: ●工作区域:全球 ●卫星网络: 中轨卫星网络,由9颗星组成,轨道高度是22000KM; 高轨卫星网络,由12颗星组成,轨道高度是36000KM; 静止卫星网络,由4颗星组成,其中轨位分别是:58.75E;80E;110.5E;140E。 ●频带: 1164---1215MHz(下行) 1260---1300MHz(下行) 1300---1350MHz(上行) ●目前在国际电联的公布资料是: COMPASS-H/M 58.75E 80E 110.5 140E 中国多年来的南北极地科学考察也是为建立卫星导航系统等确立大地测量基准点。采用4静止(利用已经发射的北斗)+9高轨+12中轨的设计,导航原理和GPS相同,导航精度相当于美国GPS增强型的水平,同时能满足民航飞机进场的导引要求。参加欧洲的系统我估计是获得一些技术经验,因为二代的构成和伽利略类似。 最后发射的那颗北斗一代备用星上面安装了激光反射镜,用于精确定位,这就是二代系统的基准星。卫星导航系统是大国间博擂的支柱科技,不能寄希望于别人,应该竖起属于自己的支柱大梁。 “北斗一号”在军事应用上的落后 中国的卫星定位系统“北斗一号”随第三颗卫星的发射成功而建设完备,这一成就值得中国人骄傲,但如果该系统应用于战争,则是技术十分落后的,可以说军事应用值价很低! 中国“北斗一号”的定位原理与美国GPS的完全不同,主要在两个关键点上,一是“北斗一号”定位终端是有源的,即兼具发射和接收功能,而美国GPS的定位终端只需要接收功能;二是“北斗一号”定位终端的位置、速度解算是在地面控制中心,而美国的GPS的定位终端本身具有解算能力。这两个关键差别导致在军事应用时: 1)由于“北斗一号”定位终端是有源终端,定位过程发射电磁信号,马上暴露了使用者的位置,如果是特种部队、战舰使用,无疑是主动申请敌方“向我开炮!”。而美国的GPS终端是无源的监听者,使用起来十分安全、隐蔽; 2)由于“北斗一号”定位终端使用时是双向通信,由地面控制站把定位信息返传给定位终端,时延长(秒级),不能应用于音速飞行的装备,如导弹、战机等。而美国的GPS终端是在终端解算定位信息,反应时间只与终端的运算速度相关(毫秒级),即使高亚音速的巡航导弹亦能应用。 3)由于“北斗一号”的定位过程需要地面控制中心与定位终端之间进行通信,受信道限制,同时服务的终端数有限(百台级),战场上的大规模应用成为不可能,试想作战时,数百台战车、数百台战舰、数千官兵同时需要定位服务,光通信排队都要等半天,如何敢用?!而美国的GPS工作原理是无源定位、分散运算,故没有信道瓶颈,军用、民用均没有终端数量的限制。 4)同样由于3)点,战时“北斗一号”系统极易被阻塞而发挥不到作用。敌方只要把侦测到的定位终端发射信号进行高密度、重复发送,就会造成象无数台定位终端在同时申请服务的假象,阻塞了有限的信道,使真正的定位终端不能工作、或响应减慢。 5)由于“北斗一号”定位终端需要有发射单元,成本高、使用条件受约束大,单兵、单武器应用的可能性低,主要还是车、船载应用。 6)如果战时地面控制站被“硬杀伤”、或被电磁压制、或内部破坏,则全系统“武功全废”。 从计算机系统体制结构看,“北斗一号”是主(地面控制中心)-从(定位终端)式体系结构,上述的缺憾是主-从体系结构造成的,该体系结构完全不适用于战争环境,只有分布式体系结构在战争环境才最具生存能力,象INTERNET强调点-点通信能力,INTERNET的工作站在通信层上均是平等的,没有主、从之分。美国的GPS定位系统也是分布式体系,定位终端独立工作,24颗GPS卫星只起参照系作用,没有控制作用。 希望中国的军事科技工作者能再接再厉,完善和发展“北斗一号”,要从实际应用效果出发来指导应用系统的开发,不要只讲求理论、技术概念的先进性。 分析不当之处,请大方之家指正。

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