馮素園

【摘要】 北斗區(qū)域的衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)是在2012年的12月27日開始正式的運(yùn)行。北斗區(qū)域的衛(wèi)星的導(dǎo)航包括三十五顆衛(wèi)星，其中有五顆地球的靜止軌道衛(wèi)星，二十七顆中地球軌道衛(wèi)星以及三顆傾斜地球的同步軌道衛(wèi)星。本文旨在通過對(duì)北斗區(qū)域的衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)的基本的定位性能作出初步評(píng)估。

【關(guān)鍵詞】 北斗衛(wèi)星的服務(wù)區(qū)域 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 定位性能初步評(píng)估

一、北斗衛(wèi)星的服務(wù)區(qū)域

北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)稱是北斗系統(tǒng)，英文的縮寫是BDS。北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)創(chuàng)建的、可獨(dú)立運(yùn)行的，并且與世界上其他衛(wèi)星系統(tǒng)兼容共用的全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在全球范圍內(nèi)，全天候的為各種用戶進(jìn)行高精確度、高效率、高可靠性的定位、導(dǎo)航、授時(shí)的服務(wù)。自2012年以來北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的覆蓋地區(qū)由原來的東經(jīng)的84度-160度擴(kuò)大到了現(xiàn)如今的東經(jīng)的55度-180度，系統(tǒng)的定位精確度也不斷提高，由過去的水平25米，高度的30米到現(xiàn)在的水平10米，高程10米?？梢哉f到目前為止，中國(guó)的北斗的定位系統(tǒng)已經(jīng)基本建好，可以獨(dú)立的為中國(guó)以及周邊地區(qū)提供衛(wèi)星的導(dǎo)航定位的授時(shí)服務(wù)。中國(guó)的北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)在總體性能上與美國(guó)的GPS的性能相當(dāng)。而且，我國(guó)的北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)也在積極的與美國(guó)的GPS等定位系統(tǒng)兼容共用。

二、北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)所用到的技術(shù)介紹

北斗衛(wèi)星的定位原理，北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)是由35顆衛(wèi)星在距離地球兩萬多千米的高空中，用固定不變的周期來環(huán)繞地球進(jìn)行運(yùn)行，保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)地球上都可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星。北斗衛(wèi)星的接收機(jī)通常情況下可以鎖定四顆或更多的衛(wèi)星。這個(gè)時(shí)候，衛(wèi)星的接收機(jī)可以按按衛(wèi)星星座的分布狀況劃分許多組，每個(gè)組四顆，然后運(yùn)用算法挑選一個(gè)誤差最小一組來進(jìn)行定位，從而可以提高定位的精確度。北斗衛(wèi)星的定位使用的是到達(dá)時(shí)間差即時(shí)延的概念。通過對(duì)每一顆衛(wèi)星精確的定位與不斷的發(fā)送衛(wèi)星上的原子鐘所形成的導(dǎo)航消息從而取得從衛(wèi)星到接收機(jī)之間的到達(dá)的時(shí)間差。

北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航原理是距離北斗衛(wèi)星的軌道的位置與系統(tǒng)的時(shí)間。在地面建立的主控站和運(yùn)控段的同時(shí)行動(dòng)，每天至少一次的對(duì)每一顆衛(wèi)星進(jìn)行輸入校正的數(shù)據(jù)。輸入的數(shù)據(jù)有：星座當(dāng)中每一顆衛(wèi)星軌道的位置的測(cè)定與星上的時(shí)鐘校正。所輸入的校正的數(shù)據(jù)都是通過復(fù)雜的模型來進(jìn)行計(jì)算得出的，一般幾個(gè)星期之內(nèi)是有效的。北斗衛(wèi)星的定位導(dǎo)航的系統(tǒng)時(shí)間是和衛(wèi)星上的原子鐘與銣原子的頻率要保持一致的。北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航原理是衛(wèi)星到用戶之間距離的測(cè)量是根據(jù)衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)的時(shí)間和到達(dá)的接收機(jī)時(shí)間的差距得出的，這就是偽距。而為了計(jì)算用戶的具體位置與接收機(jī)的時(shí)間差，至少需要通過四顆衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)樾l(wèi)星的運(yùn)行軌道和衛(wèi)星的時(shí)鐘會(huì)存在偏差，這使得民用的衛(wèi)星定位的精確度很差。所以為了提高衛(wèi)星定位的精度，我們通常采用差分的定位技術(shù)。這種查分的定位技術(shù)可以大大的提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精確度，從而提高對(duì)用戶的高質(zhì)量服務(wù)。

三、北斗導(dǎo)航定位的性能分析

1、單點(diǎn)的定位。北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航定位性能中的單點(diǎn)定位是通過對(duì)北斗衛(wèi)星的誤差模擬改正，作出評(píng)價(jià)。從而提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位的水平的精度、高程的精度以及三維位置的精度。2、偽距差分的定位。偽距差分的定位是一種差分定位方法，也是現(xiàn)今為止應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)。在北斗衛(wèi)星的基準(zhǔn)站中可以觀察所以衛(wèi)星，通過基準(zhǔn)站中已知的坐標(biāo)和各個(gè)衛(wèi)星的坐標(biāo)，可以求出每顆衛(wèi)星在每一時(shí)刻與基準(zhǔn)站的距離。再通過和測(cè)量到的偽距進(jìn)行比較，得出偽距后改成正數(shù)，再將這個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舻慕邮諜C(jī)上，這種差分，可以提高定位的精確度。3、載波相位差分定位。北斗衛(wèi)星的載波相位差分定位，是實(shí)時(shí)的處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位的觀測(cè)量的差分的定位方法。在使用的過程中將基準(zhǔn)站所采集的載波的相位發(fā)送到用戶的接收機(jī)上，接著再進(jìn)行求差來解算坐標(biāo)。衛(wèi)星的載波相位的差分定位可以使得定位的精確度大大提高。這一技術(shù)大量的應(yīng)用在動(dòng)態(tài)的需要極高精確度的地方。

四、小結(jié)

北斗區(qū)域的衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)在 2012 年的 12 月 27 日正式宣布運(yùn)行，之后為亞太地區(qū)的用戶提供了精確的獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航的定位高質(zhì)量服務(wù)，同時(shí)加強(qiáng)了亞太地區(qū)衛(wèi)星的導(dǎo)航定位系統(tǒng)服務(wù)的高精確度、獨(dú)立性和可信賴性。在2014年的11月17日到21日的國(guó)際會(huì)議中，聯(lián)合國(guó)的負(fù)責(zé)設(shè)立國(guó)際海運(yùn)的標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)國(guó)際性的組織——海上安全委員會(huì)，在這一會(huì)議中中國(guó)的北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航定位系統(tǒng)被正式的納入到了全球的無線電的導(dǎo)航系統(tǒng)中。這充分說明了，我國(guó)綜合實(shí)力國(guó)際地位的提高。我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)成為繼美國(guó)GPS系統(tǒng)與俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)之后的第三個(gè)國(guó)際認(rèn)定的海上的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。一位專門的研究中國(guó)的太空項(xiàng)目與信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的美國(guó)加州大學(xué)的專家凱文·波爾彼得說到，這一舉措是對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠在它所覆蓋的范圍之內(nèi)提供高精確度的定位服務(wù)的認(rèn)可。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)編著.衛(wèi)星導(dǎo)航定位與北斗系統(tǒng)應(yīng)用.2012年出版