北斗系统简介

最近(2018-06-19)在调查北斗卫星导航系统相关的模块和功能,这里总结一下。

北斗系统概况

全球卫星导航系统:GPS,GLONASS(俄罗斯),GALILEO(欧盟),北斗(BDS) 北斗系统的组成:5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,2012覆盖亚太,2020覆盖全球 功能:

  1. 短报文通信:双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。
  2. 精密授时:北斗系统具有精密授时功能,可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
  3. 定位精度:水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率:2491.75MHz。
  4. 系统容纳的最大用户数:540000户/小时。

北斗的发展阶段

  1. 北斗一代卫星(2000-2003) 主要解决“从无到有”阶段,有源定位,用户机需要向卫星发送请求,才能接收到定位信息,定位精度只有100米,但速度快,两三秒就可以定位。GPS 是无源定位,地面上的用户机只需要接收,然后解析出坐标不向卫星发送请求,通常需要30秒以上才能定位。
  2. 二代卫星(2005-2017) 主要覆盖中国 周边地区,提供高精度的无源定位、测速授时服务,主要解决了卫星定位“从有到优”的问题。
  3. 三代卫星(2017-2020预计) 通过发送更多卫星、建成更多地面基站增强系统,将一代的有源定位和二代的高精度无源定位从中国周边拓展到全球。

GPS卫星系统概况

系统组成:

  • 中轨道上的卫星:不停广播自己的位置坐标和时间
  • 地面控制系统:包含主控站,监控站和注入站等,主要负责修正数据和控制卫星
  • 用户机:接收和解析数据

定位的基本原理:卫星不断向地球广播自己的坐标和时间,用户机接收后根据自己的时间大致计算出与卫星的距离。捕捉到三颗卫星即可推测出自己的坐标。考虑传播时间的误差,电离层大气对传播的影响等等,因此需要4颗或更多数量卫星进行算法纠正。

北斗短报文卫星通信系统

结构类似GPS定位系统,由于卫星在静止轨道,只需两颗卫星就可以覆盖中国及周边地区,另一颗作备用。到2020年,5颗卫星满足覆盖全球要求。 发送报文的时候,用户A发送信息到卫星,卫星经过周转后发送给用户B。 短报文定位原理:分别以两颗卫星为圆点,卫星到用户距离为半径做球,用户会在两球相交的圆弧上。地面控制部分有地球的电子地图,可以计算上述圆弧与地图表面相交的位置,从而得到用户坐标。该法速度快(两三秒),但误差高。

扩展

RNSS:Radio Navigation Satellite System
用户接收卫星无线电导航信号,自助完成至少4颗卫星的距离测量,进行用户位置、速度和航行参数的计算,是无源定位的一种(如GPS,北斗二代)。

RDSS(Radio Determination Satellite Service)卫星无线电测定业务
用户至卫星的距离测量和位置计算无法通过用户自身完成,必须有外部系统根据用户应答来完成。通过定位的同时,集成了通信。 北斗短报文在北斗系统提供全球通信服务之前,仅开放部分的卫星提供通信服务,这些静止卫星位于赤道上空,即中国的南面天空。因此,在使用RDSS 通信产品时,请确保南面天空无遮挡物(如墙体,建筑物、山体等),并保持设备的天线面朝向南面方向。