【文章內(nèi)容簡介】 出申請服務項目并發(fā)射請求信號，經(jīng)過倆顆衛(wèi)星轉發(fā)至地面中心，地面中心接到此信號，解調(diào)出用戶發(fā)送的信息，測量出用戶至倆顆衛(wèi)星的距離，以倆顆衛(wèi)星的已知坐標為圓心，各以測定的衛(wèi)星到用戶終端的距離為半徑，形成倆個球面，用戶接收機必然位于這倆個球面交線的圓弧上。地面中心站配置電子高程地圖，它可以提供以地心為球心，以球心至地球表面的高度為半徑的非均勻球面，已知目標在赤道面的側面，求解圓弧線與地球表面交點既可或得用戶位置，用戶位置信息經(jīng)過倆顆衛(wèi)星中的一顆轉發(fā)給用戶，由地面中心站保存訊息，這樣調(diào)度指揮和相關單位可以或得用戶的所在位置。 地面中心站 Z 圓點 赤 Y R1 r1 地球 R2 r2 A X C 地球靜止軌道 B 衛(wèi)星 　 其數(shù)學求解方法是：設地面中心站通過倆顆衛(wèi)星向定位目標發(fā)送詢問信號，定位目標通過衛(wèi)星向地面站發(fā)送應答信號的總時間分布為tt2，倆顆衛(wèi)星與地面站的斜距為RR2；測點與倆顆衛(wèi)星的斜距為rr2,則可以由下面方程求出rr2。 Ct1=2(r1+R1)； Ct2=2(r2+R2)； 其中C為光速，已經(jīng)投入使用北斗一號衛(wèi)星為靜止軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星到地面站的斜距R1和R2已知。 其中倆顆衛(wèi)星的空間坐標（X1，Y1，z1），（x2，Y2，z2）是已知的，測點高度Z 由地面中心站提供，則可求出倆個未知數(shù)x,y即測點的坐標。 當衛(wèi)星導航系統(tǒng)使用有源時間測距來定位時，用戶終端通過導航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個申請定位的信號，之后地面控制中心發(fā)出測距信號，根據(jù)信號傳輸?shù)臅r間得到用戶與兩顆衛(wèi)星的距離，這就是“有源定位”。北斗的試驗系統(tǒng)和正式系統(tǒng)的定位都依靠此原理。 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的通信原理 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)采用碼分多址（CDMA）的直接序列擴頻（DS）方式。碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同的碼序列實現(xiàn)的多址方式。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻率和時間上進行分離，它可在一個信道上同時傳輸多個用戶的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。其關鍵是信息在傳輸以前要進行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會丟失原來的信息。有多少個互為正交的碼序列，就可以有多少個用戶同時在一個載波上通信。每個發(fā)射機都有自己唯一的代碼（偽隨機碼），同時接收機也知道要接收的代碼，用這個代碼作為信號的濾波器，接收機就能從所有其他信號的背景中恢復成原來的信息碼（這個過程稱為解擴）。北斗系統(tǒng)的通信機制與GPS和伽利略定位系統(tǒng)一致，而不同于格林納斯系統(tǒng)的頻分多址技術。兩者相比，碼分多址有更高的頻譜利用率，在由L波段的頻譜資源非常有限的情況下，選擇碼分多址是更妥當?shù)姆绞健４送?，碼分多址的抗干擾，以及與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容性能更佳。其通信組成如下所示：脈沖調(diào)制高頻功率放大器調(diào)制器偽碼發(fā)生器8KHz載頻脈沖解調(diào)器包絡檢波相關監(jiān)測中放混頻高放8KHZ載頻 發(fā)送端：信號首先進行脈沖調(diào)制，取樣頻率8KHz，信息經(jīng)過一次調(diào)制，然后去觸發(fā)偽噪聲發(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行雙向調(diào)制，最后送到高頻功率放大器，經(jīng)過天線發(fā)射出去。接收端：接收端收到發(fā)送端信號，經(jīng)過混頻變?yōu)橹蓄l，再經(jīng)過放大進行檢波，得到二進制信號，再進行限幅取樣，通過數(shù)字式匹配濾波器，并進過脈沖解調(diào)就恢復為原來的信號。北斗系統(tǒng)采用擴頻通信方式，所謂擴頻通信，就是擴展頻譜通信的簡稱。它是指用來傳輸信息的射頻帶寬遠大于信息本身帶寬的一種通信方式，擴頻通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，被譽為是通信技術的一次重大突破。利用比原始信號（信源產(chǎn)生的信號）本身頻帶寬得多的射頻信號的通信，全稱是擴展頻譜通信。在擴頻通信系統(tǒng)中，發(fā)信端用一種特定的調(diào)制方法將原始信號的帶寬加以擴展，得到擴頻信號。收信端再對接收到的擴頻信號加以處理，把它恢復為原來帶寬的所要信號。擴頻通信利用頻譜擴展的原理，從而大大提高了通信的抗干擾能力。它可以在接收到信號比干擾信號弱很多的情況繼續(xù)正常通信。用戶隨機接入系統(tǒng)進行多址通信，可以用不同的正交編碼區(qū)分地址共同使用同一個頻帶，不但有效利用頻帶，而且也不會出現(xiàn)因為各個信道忙閑不均而產(chǎn)生的“呼叫損失”和“呼叫阻塞”。而且地址采用編碼，在接收端沒有相應的揭秘措施情況下，是不能解出信息的。因此，擴頻通信具有抑制干擾能力強，信號便于隱蔽和保密，可用以實現(xiàn)具有隨意選址能力的碼分多址通信的優(yōu)點。由此分析，北斗衛(wèi)星采用碼分多址的擴頻通信方式，具有多址通信和增強抗干擾性的特點，強大的通信處理能力、通信實時快捷可滿足軍用和民用的需求，因此其應用前景非常廣泛。 北斗系統(tǒng)信道結構北斗系統(tǒng)通信結構其實就是一個基于地面基站和通信衛(wèi)星的空地結合無線通訊網(wǎng)絡。北斗衛(wèi)星通信主體有三個，即終端、北斗衛(wèi)星和衛(wèi)星地面控制單元。北斗衛(wèi)星的信道按內(nèi)容可分為信令信道和通信信道。前者提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）和下行斷（衛(wèi)星至主體單元），上行和下行使用不同的頻段，具體情況是北斗衛(wèi)星與地面控制中心之間使用C頻段（頻率在48 GHz的無線電波波段），終端與北斗衛(wèi)星之間使用L頻段（L波段是指頻率在12 GHz的無線電波波段），下行使用S頻段（頻率在24 GHz的無線電波波段 ）。在L波段和S波段發(fā)送導航信號，在L波段的B1(）、B2()、B3(－)頻點上發(fā)送服務信號，包括開放的信號和需要授權的信號。通信信道結構：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，發(fā)送終端和接收終端通過倆個北斗衛(wèi)星建立通信信道。信令信道是終端與地面之間的信令相互傳送信道，終端通過信令信道向地面中心發(fā)送呼叫請求信令和通信結束信令，地面中心通過信令信道向終端發(fā)送信道分配信令。北斗衛(wèi)星S2 北斗衛(wèi)星S1 發(fā)送L波段 接收S波段 地面控制中心 C波段 主叫終端 被叫終端 北斗衛(wèi)星通信信道結構 北斗系統(tǒng)的信道分配方式北斗系統(tǒng)按照申請分配集中控制的方式類分配信道，地面控制中心根據(jù)通信終端的申請分配信道。具體過程：主叫終端發(fā)送通信申請信號，地面控制中心收到這這一申請信號，并對用戶身份進行鑒別，再查詢出被叫的目的終端以及衛(wèi)星向主叫終端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。通信結束后，終端通過信令信道向地面中心發(fā)送請求結束信令，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，并將此信道備用給其他用戶。 北斗定位系統(tǒng)的適應性分析（1）通信暢通率高： 北斗系統(tǒng)具有較高的通信暢通率，支持多用戶并發(fā)處理，通信快速，端對端之間的傳輸可在1秒內(nèi)完成，因此，系統(tǒng)可以滿足大容量數(shù)據(jù)傳送。短時間數(shù)據(jù)采集要求。（2）快速定位：北斗系統(tǒng)提供的定位功能是以主從請求響應模式進行的，即用戶首先使用北斗用戶機發(fā)出定位請求，北斗衛(wèi)星地面控制中心在接收到請求后對用戶機位置進行計算，然后通過衛(wèi)星轉發(fā)到用戶機。盡管系統(tǒng)的定位服務流程復雜，但系統(tǒng)的響應時間非?？?，從用戶機發(fā)出請求到完成定位，時間通常不超過一秒。可為服務區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實時定位服務，定位精度20—100米（3）雙向短報文通信： 北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送4060個漢字的短報文信息。與GPS相比它不僅能使用戶知道自己所在位置，還可以告訴別人自己所在位置，即可同時解決“我在哪？”和“你在哪？”，特別適用于需要導航與移動數(shù)據(jù)通信場所，如交通運輸、調(diào)度指揮、搜索營救。地理信息實時查詢等。 （4）抗干擾，保密性強：北斗系統(tǒng)采用碼分多址的直接序列擴頻（DS）方式，具備很強的抗干擾能力和保密性，可以保障數(shù)據(jù)可靠安全的傳輸。 （5）抗衰減性 北斗系統(tǒng)采用L/S/C波段，減小了惡劣天氣對該波段的影響，保障了系統(tǒng)的全天候使用。 已經(jīng)使用的北斗一代系統(tǒng)和美國的GPS系統(tǒng)在整體上沒有明顯的差別，都是提供導航、定位和授時服務，而且最終目的均是實現(xiàn)全球服務。但倆者的技術特點很大的不同，主要區(qū)別如表下所示：導航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)（北斗一代） GPS覆蓋范圍第一代覆蓋我國本土及周邊國家；第二代覆蓋全球覆蓋全球97%的面積衛(wèi)星組成數(shù) 量第一代3顆衛(wèi)星（倆顆工作，一顆備用）；第二代建成后由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星24顆衛(wèi)星（21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星）軌道特性在地球赤道平面上設置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角約60176。在6個軌道平面上設置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55176。，軌道面赤道角距60176。航衛(wèi)星為準同步軌道授時組網(wǎng)方式各工作站獨立工作；網(wǎng)絡同步可靠性高；抗災能力強；易維護各工作站獨立工作；網(wǎng)絡同步可靠性高；到達地面的衛(wèi)星信號較強；抗災能力強，易維護定位精度北斗導航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時精度約100nsGPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25100m提高到12m，授時精度日前約20ns生存能力北斗系統(tǒng)是基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，對中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因為定位解算在那里而不是由用戶設備完成的，具有易損性GPS是被動式偽碼單向測距三維導航。由用戶設備獨立解算自位解算在哪里，一旦地面控制中心遭受破環(huán)，還可以工作用戶容量采用主動雙向測距的詢問應答