第08卷2008盔第01期01月中国水运ChinaWaterTransportV01.8No.01January2008北斗卫星导航定位系统的功能原理与前景展望刘传润摘要:本文对北斗卫星导航系统的构成、工作原理和运行流程进行深入的探讨,分析了该系统的功能和自身特有的优势,通过与目前应用普遍的GPS功能特点比较,指出了该系统存在的问题和不足,并对该系统的发展前景进行了讨论。关键词:北斗卫星导航定位系统(cNss定位与通信精度覆盖范围容量:U666.134文献标识码:A:1006-7973(200801-0165-02北斗卫星导航定位系统(“下简称CNSS”是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统,是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个较成熟的卫星导航系统。该系统工作在2491.75MHz的频率上,可向用户提供全天候、高精度、区域性的即时定位服务,定位精度可达数十柰秒(ns,其精度与GPS相当。一、CNSS的工作原理CNSS是由太空的导航通信卫星、地面控制中心和用户终端三部分组成,如图1所示。太空部分有3颗地球同步轨道卫星,其中2颗卫星(800E和1400E工作,1颗卫星(110.50E备用。卫星执行地面控制中心与用户端的双向无线电信号的中继任务;地面控制中心包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心。主要用来测量和校正导航定位参数,以便调整卫星的运行轨道和姿态,并编制星历,完成用户定位修正资料和对用户进行定位;用户端是直接由用户使用的设备,主要用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。让4等垃窘特蔓馨图1CNSS构成图CNSS“”的基本原理是双星定位。以2颗在轨卫星的己知坐标为圆心,各以测定的卫星至用户终端的距离为半径,形成2个球面,用户终端位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图,提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号,由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置,“”所以被称为有源定位。二、CNSS的工作流程图2CNSS工作原理示意图如图2所示,地面控制中心向卫星I和卫星II同时发送询问信号,经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向两颗卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号,然后根据用户申请的服务内容进行相应的数据处理。对定位申请,中心控制系统测出两个时间延迟:即从中心控制系统发出询问信号,经某一颗卫星转发到达用户,用户发出定位响应信号,经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟;和从中心控制系统发出询问信号,经上述同一卫星到达用户,用户发出响应信号,经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的,可以由上述两个延迟量计算出用户到第一颗卫星的距离,以及用户到两颗卫星距离之和。从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面,和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上;另外,中心控制系统从存储在计算机内收稿日期:2007.11-6作者简介:刘传润男(1973一广州航海高等专科学校讲师(510725研究方向:航海通信导航理论与技术166中国水运第08卷的数字化地形图查寻到用户高程值,又知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。因此,中心控制系统利用数值地图可计算出用户所在点的三维坐标,并与相关信息或通信内容发送到卫星,经卫星转发器传送给用户或收件人。三、CNSS的功能优势CNSS是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。1,CNSS具有的三大功能(1快速定位:系统可为服务区内用户提供全天候、高精度、快速实时定位(可在1秒之内完成服务,定位精度为20--100m;(2短报文通信:系统用户终端具有双向数字报文通信功能,注册用户利用连续传送方式可以传送多达120个汉字的信息;(3精密授时:系统具有单向和双向两种授时功能。根据不同的精度要求,利用授时终端,完成与CNSS之间的时间和频率同步,提供lOOns(单向授时和20ns(双向授时的时间同步精度。2SS具备的优势(1同时具备定位与通信双重功能。无需其它通信系统支持,而GPS、GLONASS只能定位;(2覆盖范围较大,没有通信盲区。北斗系统...