【文章內(nèi)容簡介】 Ct1=2(r1+R1) （ 21） Ct2=2(r2+R2) （ 22） 其中 C是光速，因為北斗 一代 衛(wèi)星是靜止軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星與地面站的斜矩 R1 和 R2 是已知的。 R1= 2 2 21 1 1( ) ( ) ( )x x y y z z? ? ? ? ? R2= 2 2 22 2 2( ) ( ) ( )x x y y z z? ? ? ? ? 其中兩顆衛(wèi)星的空間坐標(biāo) (x1,y1,z1),（ x2,y2,z2）是已知的，測點的高度 z 由地面中心站提供，則 可求出兩個未知數(shù) x， y 即測點的坐標(biāo)。 由于在定位時需要用戶終端向定位衛(wèi)星發(fā)送定位信號，由信號到達(dá)定位衛(wèi)星時間的差 10 值計算用戶位置，所以被稱為“有源定位”。 圖 北斗 一代 衛(wèi)星定位原理圖 衛(wèi)星定位流程 1， 地面中心站向衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送詢問信號經(jīng)衛(wèi)星變頻放大，轉(zhuǎn)發(fā)到定位申請終端； 2， 定位申請終端接收詢問信號，并注入必要的信息，向兩顆衛(wèi)星發(fā)送； 3， 兩顆衛(wèi)星將收到的定位申請終端的信息轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心站； 4， 地面中心站處理收到的定位申請終端發(fā)來的信息，計算終端站的坐標(biāo)再通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到定位接收終端。 圖 北斗 一代 衛(wèi)星定位流程圖 11 北斗 一代 衛(wèi)星通信原理 衛(wèi)星通訊機(jī)制 北斗 第一代 衛(wèi)星采用的是碼分多址（ CDMA）的直接序列擴(kuò)頻（ DS）方式。 （ CDMA）通信概念與組成原理 碼分多址是用不同的波形信號（既不同的固定代碼），以同一頻率發(fā)射出去，各站的接收是根據(jù)相應(yīng)的信號波型（碼型）分離出自己需要的信號，這種多址方式稱之為碼分多址。 其通訊組成原理可用圖 來說明。 發(fā)送端：信號首先進(jìn)行脈位調(diào)制，取樣頻率一般為 8kHz，信息經(jīng)一 次調(diào)制，然后去觸發(fā)偽噪聲碼發(fā)生器，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生某種偽碼作為地址信號，這個信號再對由主振器產(chǎn)生的幾百兆赫的載頻進(jìn)行雙相調(diào)制，最后送到高頻功率放大器，經(jīng)天線發(fā)射出去。 接收端：接收端收到發(fā)送端的信號后，經(jīng)過混頻變?yōu)橹蓄l經(jīng)放大后進(jìn)行檢波，得到二進(jìn)制信號，再進(jìn)行限幅取樣，通過數(shù)字式匹配濾波器，并經(jīng)過脈位解調(diào)就恢復(fù)成原來的信號。 碼分多址采用偽噪聲碼，具有天然的相對保密的能力和通信隱蔽性。又由于采用了偽噪聲碼相關(guān)檢測技術(shù)來分離信號，所以具有較強(qiáng)的抗干擾能力，特別是有較好的抗人為干脈位調(diào)制 偽碼發(fā)生器 調(diào)制器 高頻功率放大器 放大器 8KHZ 載頻 高放 混頻 中放 相關(guān) 檢測 包絡(luò) 檢波 脈沖解調(diào)器 8KHZ 載頻 圖 原理 12 擾的能力，這對于 軍事衛(wèi)星通信有更特殊的意義。 擴(kuò)頻通信是指應(yīng)用擴(kuò)展頻譜技術(shù)實現(xiàn)任意選址的一種通信系統(tǒng)，擴(kuò)頻技術(shù)是用正交碼進(jìn)行相位調(diào)制，或碼控載頻跳變，或頻率線性變化的一種信號處理方法。其將已調(diào)的射頻信號擴(kuò)展成比信息帶寬大得多的寬帶信號，從而實現(xiàn)系統(tǒng)任意選址、增強(qiáng)抗干擾性及加密。 由于擴(kuò)頻通信利用了頻譜擴(kuò)展的原理，從而大大提高了通信抗干擾能力。它可以在接收到的信號比干擾信號的強(qiáng)度小得很多的情況下，仍能進(jìn)行可靠的通信；用戶可隨機(jī)接入系統(tǒng)進(jìn)行多址通信，可用不同的正交編碼區(qū)分地址共同使用同一個頻帶，不但有 效地利用了頻帶，而且也不會出現(xiàn)因為各信道忙閑不均而產(chǎn)生的“呼叫損失”和“業(yè)務(wù)阻塞”；由于地址采用編碼，如 果 接收端沒有相應(yīng)的解密措施，就不能解出信息，這就防止了信息被竊聽的危險，所以，擴(kuò)頻體制具有通信安全、保密的特點。 綜上所述，北斗衛(wèi)星采用碼分多址的擴(kuò)頻通信機(jī)制使系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、并發(fā)通信處理能力強(qiáng)、通信實時快捷等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于水利、航運、氣象、鐵路、漁業(yè)等部門，具有很廣闊的應(yīng)用前景。 衛(wèi)星的信道分析 在北斗 一代 通信系統(tǒng)中，使用信道的主體單元有三個，即終端、北斗衛(wèi)星 和衛(wèi)星地面控制中心。按信道傳輸?shù)膬?nèi)容，系統(tǒng)的信道可分為信令信道和通信信道。前者供通信主體傳送信令信息，后者用于數(shù)據(jù)的傳送。每條信道分為上行段（主體單元至衛(wèi)星）和下行段（衛(wèi)星至主體單元），上、下行段使用不同的頻段，具體的情況是北斗衛(wèi)星與衛(wèi)星地面控制中心之間使用 C 頻段，終端與北斗衛(wèi)星之間上行使用 L頻段，下行使用 S頻段。 頻段 范圍 /GHz 頻段 范圍 /GHz L ~ Ku ~18 S ~ K 18~ C ~ Ka ~40 X ~ 毫米波 40~300 表：頻段劃分標(biāo)準(zhǔn) 通信信道結(jié)構(gòu)為：發(fā)送終端 —— 北斗衛(wèi)星（ S1） —— 地面控制中心 —— 北斗衛(wèi)星（ S2）—— 接收終端，即發(fā)送終端和接收終端通過北斗衛(wèi)星 S S2 雙跳建立通信信道。 13 圖 北斗 一代 衛(wèi)星通信信道結(jié)構(gòu)圖 信令信道是終端與地面之間的信令互相傳送信道，終端通過信令信道向地面中心發(fā)送呼叫申請信令和通信結(jié)束信令，地面中心通過信令信道向終端發(fā)送信道分配信令。以上兩種信道是分時使用的，也 就 是使用通信信道時，不使用信令信道，反之亦然。 2. 北斗 一代 衛(wèi)星的信道分配方式 北斗 一代 衛(wèi)星 系統(tǒng)是按申請分配的集中控制方式來分配信道的，由地面中心根據(jù)通信終端的申請來分配信道。具體就是主叫終端首先向地面中心發(fā)送通信申請信號，地面站收到這一申請信號后，先進(jìn)行用戶身份的鑒別，再查詢出被叫的目的終端以及衛(wèi)星向主叫和被叫提供信道的可能性，如果有空閑信道，則分配給這個用戶，從而使主叫和被叫通過衛(wèi)星和地面中心互相連接起來，建立通信信道。通信結(jié)束后，終端通過信令信道向地面中心發(fā)送通信結(jié)束信令，地面中心在確定一次呼叫完成后，便回收主叫和被叫之間的通訊信道，并將信道閑置以備其它用戶重新使用。 北斗 第一代 衛(wèi)星通 信定位系統(tǒng)的適應(yīng)性分析 ： 根據(jù)現(xiàn)場的試驗顯示，系統(tǒng)有較高的通信暢通率，其 120 個漢字或等長度的 BCD 碼的報文長度完全滿足立體化監(jiān)測體系的要求。 系統(tǒng)支持多用戶并發(fā)處理（每秒 200 個用戶同時并發(fā)通信請求）；通信快速，端對端 14 之間的傳輸最快可在 1 秒內(nèi)完成。因此，系統(tǒng)可以滿足大容量終端數(shù)據(jù)傳送、短時間數(shù)據(jù)采集的要求。 用戶終端可在秒級內(nèi)獲得北斗系統(tǒng)解算的三維坐標(biāo)信息，使監(jiān)測中心可以實時的了解監(jiān)測 物體 的位置信息。 于安裝和維護(hù) 衛(wèi)星終端設(shè)計緊湊、簡單，分為天線單元和主機(jī)單元，天線為全向天線，無需對星，只需簡單固定安裝便可工作；衛(wèi)星天線和主機(jī)單元只需通過射頻電纜和饋電電纜連接起來就可以工作，特別適合于移動平臺（如監(jiān)測船）的通信與定位。 衛(wèi)星終端設(shè)備功耗小，終端加電啟動及失鎖再捕獲時間不到 3秒，通信快捷、暢通率高，能在短時間內(nèi)完成所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)收集并保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這使得整機(jī)的最大功耗不到 120W。從而極好的適應(yīng)野外監(jiān)測的特殊工作環(huán)境。 系統(tǒng)射頻采用 L/S/C 波段，雨衰對該波段影響 非常小，并且衛(wèi)星終端設(shè)計時考慮了防雷擊措施，因此不會使通信傳輸受到雨衰影響，同時可避免遭受因雷擊而使系統(tǒng)受到影響和干擾。 、保密性強(qiáng) 系統(tǒng)采用碼分多址擴(kuò)頻通信體制，具備 很強(qiáng)的抗干擾能力和保密性，可以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院捅Ｃ苄浴? 一代系統(tǒng)和 GPS 相比較 北斗一代系統(tǒng)和 GPS 系統(tǒng)都是導(dǎo)航定位系統(tǒng)，但二者采用的定位技術(shù)不同，定位的范圍也不相同。二者的主要區(qū)別體現(xiàn)在： 比較內(nèi)容 北斗一 代 GPS 覆蓋范圍 東經(jīng)約 70176?！?140176。，北緯5176?！?55176。 覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng) 衛(wèi)星數(shù) 量及軌道特性 一代 3 顆地球同步軌道衛(wèi)星；軌道高度 36000km； 二代 35 顆衛(wèi)星 6 個軌道平面上設(shè)置 24 顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角 55176。，軌道面赤道角距 60176。； 軌道高度 22020km，繞地球 15 一周 11 小時 58分。 定位機(jī)制 二 維定位，需要初始輸入高程數(shù)據(jù)才能進(jìn)行三維定位。 三維定位 授時方式 可實現(xiàn)單星穩(wěn)定平滑授時；同時也可采用解算授時。 解算授時 授時組網(wǎng)方式 各站獨立工作； 網(wǎng)絡(luò)同步可靠性高； 抗災(zāi)能力強(qiáng)； 易維護(hù) 各站獨立工作； 網(wǎng)絡(luò)同步可靠性高； 到達(dá)地面的衛(wèi)星信號較強(qiáng) 抗災(zāi)能力強(qiáng)； 易維護(hù) 授時精度 北斗一代 177。 100ns，北斗二代177。 50ns 177。 50ns 授時可靠性 采用地球同步軌道衛(wèi)星做觀測量，在移動靜態(tài)應(yīng)用中，可以確保永遠(yuǎn)接收到同一顆衛(wèi)星，從而保證整個授時應(yīng)用中不需要發(fā)生衛(wèi)星切換，進(jìn)而保證授時穩(wěn)定性和可靠性 采用低軌運動衛(wèi)星，容易發(fā)生衛(wèi)星切換和定位精度突跳 自主知識產(chǎn)權(quán) 完全自主知識產(chǎn)權(quán) 知識產(chǎn)權(quán)歸美國軍方所有 抗干擾能力 具備針對移動工作頻點規(guī)避抑制設(shè)計 具備一般抗干擾； 不具備針對移動工作頻點規(guī)避抑制設(shè)計 指令遙控功能 具備（特指雙向通信功能） 不具備 另外，最重要的是，北斗系統(tǒng)是我國獨立開發(fā)建設(shè)，擁有自主產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它的研制成功標(biāo)志著我國打破了美、俄兩國在該領(lǐng)域的壟斷地位。 GPS 系統(tǒng)是一個美國軍方控制的軍用系統(tǒng)，迄今為止沒有任何形式的協(xié)議保證中國用戶在任何時候都可以正常使用 GPS 信號。因此，北斗一代系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。 北斗 第一代 衛(wèi)星民用系統(tǒng) 因為北斗 一代 衛(wèi)星不提供民用接入 ,要使用北斗衛(wèi)星服務(wù)就必須通過北斗衛(wèi)星民用運 16 營中心 ,神州天鴻系統(tǒng)是北京神州天鴻科技有限公司利用我國“北斗 一 代 導(dǎo)航衛(wèi)星”建立起來的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位通 信服務(wù)系統(tǒng)，能夠全天候、全天時地為中國及周邊國家提供衛(wèi)星定位、導(dǎo)航和通信服務(wù)。系統(tǒng)主要由北斗空間衛(wèi)星 (三顆地球同步軌道衛(wèi)星 ,其中一顆為備用星 ),北斗標(biāo)校系統(tǒng) ,衛(wèi)星導(dǎo)航定位通信運營服務(wù)中心（簡稱網(wǎng)管中心）和北斗民用終端四大部分組成。其結(jié)構(gòu)見圖 。 網(wǎng)管中心提供的基本業(yè)務(wù)功能為定位信息功能、短信息通信功能、授時和 GPS 差分信息功能。系統(tǒng)提供的增強(qiáng)功能為遇險報警功能和群呼功能。 圖 3. 4 北斗 一代 民用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (1)定位信息功能 移動終端用戶和陸地網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過使用定位信息功能獲得移動終端當(dāng)前所處 的位置信息，包括經(jīng)度，緯度以及高程等信息。移動終端用戶可以直接通過移動終端發(fā)送定位請求而進(jìn)一步獲得定位信息；陸地網(wǎng)絡(luò)用戶通過接入網(wǎng)關(guān)中心發(fā)出對移動終端的定位請求，經(jīng)系統(tǒng)確認(rèn)后將所獲得的移動終端定位信息反饋給請求用戶。 (2)短信息通信功能 移動終端用戶和陸地網(wǎng)絡(luò)用戶之間以及移動終端用戶之間可以通過使用短信息通信功能相互進(jìn)行通信，發(fā)送短消息。 17 (3)授時和 GPS 差分信息功能 移動終端用戶可以通過接收衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的廣播信息獲得授時信息和 GPS 差分信息。GPS差分信息用于對 GPS信息進(jìn)行差分校正。該功能的獲得必須獲得網(wǎng)管中心的預(yù)先授權(quán)。 (4)群、組呼功能 個別移動終端用戶（指揮級用戶）和陸地網(wǎng)絡(luò)用戶可以通過使用群呼功能發(fā)送同一消息，而該消息可同時被多個移動終端用戶所接收。用戶可以通過使用該功能建立自己的閉合用戶群組（ Closed User Group），指揮級用戶或陸地網(wǎng)絡(luò)用戶所發(fā)出的群呼消息僅被指定的閉合用戶群組所屬的移動終端用戶所接收響應(yīng)，而閉合用戶群組之外的移動終端用戶將不會收到該消息。 18 第 4 章 北斗一代 系統(tǒng) 的應(yīng)用 及二代 系統(tǒng) 建設(shè) 北斗第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用 北斗 一代 系統(tǒng)主要用途是： 1，陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急救援、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、市政規(guī)劃控制等； 2，海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測定、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等； 3，航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測等。北斗系統(tǒng)具有通信功能，這是其他系統(tǒng)不具備的，使得北斗系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛和方便。 北斗 衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位的高科技成果 早已植入 我們的生活。中國鐵路的大提速，沒有衛(wèi)星導(dǎo)航提供每列火車在線運行的精確位置，提速將變得不可思議。同理，城市輕軌運行、高架路動態(tài)交管等等，倘若失去衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位，效率和安全均將受到重大挑戰(zhàn)和損失。 北斗一 代 系統(tǒng)已連續(xù)穩(wěn)定運行 6年多，在搶險救災(zāi) 、 漁政漁業(yè)、水文監(jiān)測、森林防火等方面也得到了成功應(yīng)用 。 森林是國家的重要資源和寶貴財富 , 具有調(diào)治生態(tài)、保持水土、改善環(huán)境的作用。森林火災(zāi)是對森林的巨大威脅 , 而 針對森林防火的需求以 “ 北斗 ” 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)開發(fā)出的 “ 北斗 ” 森林防火指揮系統(tǒng) ，可為森林防火提供定位、監(jiān)控、調(diào)度、分析、導(dǎo)航、時間信息和報文通信等服務(wù)。 1， 監(jiān)控：防火監(jiān)控中心能實時監(jiān)控到受控防火車輛、飛機(jī)、人員的位置、速度、方向以及行進(jìn)狀態(tài) , 了解行進(jìn)動態(tài)，避免信息盲區(qū)的出現(xiàn)。 2， 調(diào)度：調(diào)度管理人員可以通過車輛、飛機(jī)、人員所處地域及狀態(tài)、途徑路線、火情大