【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出申請(qǐng)服務(wù)項(xiàng)目并發(fā)射請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)過倆顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面中心，地面中心接到此信號(hào)，解調(diào)出用戶發(fā)送的信息，測(cè)量出用戶至倆顆衛(wèi)星的距離，以倆顆衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為圓心，各以測(cè)定的衛(wèi)星到用戶終端的距離為半徑，形成倆個(gè)球面，用戶接收機(jī)必然位于這倆個(gè)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(biāo)在赤道面的側(cè)面，求解圓弧線與地球表面交點(diǎn)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(zhuǎn)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(guān)單位可以或得用戶的所在位置。 地面中心站 Z 圓點(diǎn) 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(xué)求解方法是：設(shè)地面中心站通過倆顆衛(wèi)星向定位目標(biāo)發(fā)送詢問信號(hào)，定位目標(biāo)通過衛(wèi)星向地面站發(fā)送應(yīng)答信號(hào)的總時(shí)間分布為tt2，倆顆衛(wèi)星與地面站的斜距為RR2；測(cè)點(diǎn)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(hào)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(biāo)（X1，Y1，z1），（x2，Y2，z2）是已知的，測(cè)點(diǎn)高度Z 由地面中心站提供，則可求出倆個(gè)未知數(shù)x,y即測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。 當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時(shí)間測(cè)距來(lái)定位時(shí)，用戶終端通過導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個(gè)申請(qǐng)定位的信號(hào)，之后地面控制中心發(fā)出測(cè)距信號(hào)，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)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(yàn)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(dǎo)航系統(tǒng)采用碼分多址（CDMA）的直接序列擴(kuò)頻（DS）方式。碼分多址是一種利用擴(kuò)頻技術(shù)所形成的不同的碼序列實(shí)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(shí)間上進(jìn)行分離，它可在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)用戶的信息，也就是說(shuō)，允許用戶之間的相互干擾。其關(guān)鍵是信息在傳輸以前要進(jìn)行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會(huì)丟失原來(lái)的信息。有多少個(gè)互為正交的碼序列，就可以有多少個(gè)用戶同時(shí)在一個(gè)載波上通信。每個(gè)發(fā)射機(jī)都有自己唯一的代碼（偽隨機(jī)碼），同時(shí)接收機(jī)也知道要接收的代碼，用這個(gè)代碼作為信號(hào)的濾波器，接收機(jī)就能從所有其他信號(hào)的背景中恢復(fù)成原來(lái)的信息碼（這個(gè)過程稱為解擴(kuò)）。北斗系統(tǒng)的通信機(jī)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(shù)。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(dāng)?shù)姆绞健４送?，碼分多址的抗干擾，以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)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(luò)檢波相關(guān)監(jiān)測(cè)中放混頻高放8KHZ載頻 發(fā)送端：信號(hào)首先進(jìn)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(hào)，這個(gè)信號(hào)再對(duì)由主振器產(chǎn)生的幾百兆赫的載頻進(jìn)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(hào)，經(jīng)過混頻變?yōu)橹蓄l，再經(jīng)過放大進(jìn)行檢波，得到二進(jìn)制信號(hào)，再進(jìn)行限幅取樣，通過數(shù)字式匹配濾波器，并進(jìn)過脈沖解調(diào)就恢復(fù)為原來(lái)的信號(hào)。北斗系統(tǒng)采用擴(kuò)頻通信方式，所謂擴(kuò)頻通信，就是擴(kuò)展頻譜通信的簡(jiǎn)稱。它是指用來(lái)傳輸信息的射頻帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，被譽(yù)為是通信技術(shù)的一次重大突破。利用比原始信號(hào)（信源產(chǎn)生的信號(hào)）本身頻帶寬得多的射頻信號(hào)的通信，全稱是擴(kuò)展頻譜通信。在擴(kuò)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(hào)的帶寬加以擴(kuò)展，得到擴(kuò)頻信號(hào)。收信端再對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)加以處理，把它恢復(fù)為原來(lái)帶寬的所要信號(hào)。擴(kuò)頻通信利用頻譜擴(kuò)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(hào)比干擾信號(hào)弱很多的情況繼續(xù)正常通信。用戶隨機(jī)接入系統(tǒng)進(jìn)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(gè)頻帶，不但有效利用頻帶，而且也不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦鱾€(gè)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(yīng)的揭秘措施情況下，是不能解出信息的。因此，擴(kuò)頻通信具有抑制干擾能力強(qiáng)，信號(hào)便于隱蔽和保密，可用以實(shí)現(xiàn)具有隨意選址能力的碼分多址通信的優(yōu)點(diǎn)。由此分析，北斗衛(wèi)星采用碼分多址的擴(kuò)頻通信方式，具有多址通信和增強(qiáng)抗干擾性的特點(diǎn)，強(qiáng)大的通信處理能力、通信實(shí)時(shí)快捷可滿足軍用和民用的需求，因此其應(yīng)用前景非常廣泛。 北斗系統(tǒng)信道結(jié)構(gòu)北斗系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一個(gè)基于地面基站和通信衛(wèi)星的空地結(jié)合無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)。北斗衛(wèi)星通信主體有三個(gè)，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(wú)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(wú)線電波波段），下行使用S頻段（頻率在24 GHz的無(wú)線電波波段 ）。在L波段和S波段發(fā)送導(dǎo)航信號(hào)，在L波段的B1(）、B2()、B3(－)頻點(diǎn)上發(fā)送服務(wù)信號(hào)，包括開放的信號(hào)和需要授權(quán)的信號(hào)。通信信道結(jié)構(gòu)：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(gè)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(qǐng)求信令和通信結(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。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(jié)構(gòu) 北斗系統(tǒng)的信道分配方式北斗系統(tǒng)按照申請(qǐng)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(qǐng)分配信道。具體過程：主叫終端發(fā)送通信申請(qǐng)信號(hào)，地面控制中心收到這這一申請(qǐng)信號(hào)，并對(duì)用戶身份進(jìn)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(gè)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(lái)，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)送請(qǐng)求結(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，并將此信道備用給其他用戶。 北斗定位系統(tǒng)的適應(yīng)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(duì)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(shí)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(qǐng)求響應(yīng)模式進(jìn)行的，即用戶首先使用北斗用戶機(jī)發(fā)出定位請(qǐng)求，北斗衛(wèi)星地面控制中心在接收到請(qǐng)求后對(duì)用戶機(jī)位置進(jìn)行計(jì)算，然后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到用戶機(jī)。盡管系統(tǒng)的定位服務(wù)流程復(fù)雜，但系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間非?？?，從用戶機(jī)發(fā)出請(qǐng)求到完成定位，時(shí)間通常不超過一秒。可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度20—100米（3）雙向短報(bào)文通信： 北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送4060個(gè)漢字的短報(bào)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(shí)解決“我在哪？”和“你在哪？”，特別適用于需要導(dǎo)航與移動(dòng)數(shù)據(jù)通信場(chǎng)所，如交通運(yùn)輸、調(diào)度指揮、搜索營(yíng)救。地理信息實(shí)時(shí)查詢等。 （4）抗干擾，保密性強(qiáng)：北斗系統(tǒng)采用碼分多址的直接序列擴(kuò)頻（DS）方式，具備很強(qiáng)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(duì)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(guó)的GPS系統(tǒng)在整體上沒有明顯的差別，都是提供導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)，而且最終目的均是實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)。但倆者的技術(shù)特點(diǎn)很大的不同，主要區(qū)別如表下所示：導(dǎo)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(guó)本土及周邊國(guó)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(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角約60176。在6個(gè)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。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道授時(shí)組網(wǎng)方式各工作站獨(dú)立工作；網(wǎng)絡(luò)同步可靠性高；抗災(zāi)能力強(qiáng)；易維護(hù)各工作站獨(dú)立工作；網(wǎng)絡(luò)同步可靠性高；到達(dá)地面的衛(wèi)星信號(hào)較強(qiáng)；抗災(zāi)能力強(qiáng)，易維護(hù)定位精度北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時(shí)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(shí)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(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成的，具有易損性GPS是被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)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(dòng)雙向測(cè)距的詢問應(yīng)答