北斗一号系统基础培训

导航2012培训教材系列2012-01共9页第1页航天恒星北斗一代卫星导航定位系统培训教材部门：卫星导航产品线编著：程名钰时间：2011年12月09日航天恒星空间技术应用有限公司卫星导航产品线导航2012培训教材系列2012-01共9页第2页目录1.北斗一号系统简介...............................................................................................................32.北斗一号系统的组成...........................................................................................................31)空间段——卫星星座...................................................................................................32)地面系统——中心站（北京），标校站.....................................................................33)用户终端——各类北斗用户机...................................................................................43.北斗一号系统工作流程.......................................................................................................44.北斗一号系统提供的三大功能——定位、通信、授时...................................................44.1定位...............................................................................................................................44.2通信...............................................................................................................................64.3授时：...........................................................................................................................75.北斗一号系统主要参数.......................................................................................................76.北斗一号的主要特点...........................................................................................................87.北斗一号的扩展功能...........................................................................................................81)无源定位：...................................................................................................................82)指挥功能：...................................................................................................................83)民用设备实现指挥功能：...........................................................................................9导航2012培训教材系列2012-01共9页第3页1.北斗一号系统简介“北斗一号”系统是我国自行研制的区域性有源三维卫星定位通信系统，该系统可为我国大陆、台湾、南沙及其它岛礁、中国领海、日本海、太平洋部分海域及周边部分地区提供时速1000公里以下的中、低动态用户和静态用户提供每小时54万次以上的定位/通信/授时服务。服务范围：“北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右。2.北斗一号系统的组成北斗一号系统主要由三部分组成：空间段——卫星星座、地面系统、用户终端1)空间段——卫星星座两颗工作卫星——东星、西星一颗备份卫星——中星三颗卫星均属于地球同步轨道静止卫星——GEO卫星东星：1、2波束80°E西星：3、4波束140°E中星：5、6波束110.5°E卫星状态：工作，备份和故障卫星功能：处于工作状态的卫星，负责定位、通信和双向授时等功能处于备份状态的卫星，只负责通信功能处于故障状态的卫星，不提供任何服务卫星位置、工作状态等均通过由卫星播发导航广播信息得知2)地面系统——中心站（北京），标校站a)中心站（北京）完成出入站信号的接受与发射完成测距、定位、授时和通信的处理和传递监视控制整个系统的工作状况b)标校站——测轨、定位、测高测轨标校站为系统精确测定卫星位置提供基准测量数据定位标校站用于系统采用差分技术为用户进行高精度定位提供导航2012培训教材系列2012-01共9页第4页基准测量数据测高标校站为系统采用气压测高方法确定用户高程值提供基准测量数据3)用户终端——各类北斗用户机根据用户需求通过卫星向中心站发出功能申请（定位、通信或者授时）；将中心站返回的信息提供给用户。用户通过北斗终端设备与系统的其他用户或者中心控制系统进行报文通信。3.北斗一号系统工作流程中心控制站通过工作卫星向用户发播连续的时帧格式的出站信号。用户机在收到出站信号的前提下，根据协议以出站信号中的帧时标为发射启动时间基准发射定位申请、通信申请、定时申请等格式的突发入站信号。入站信号经卫星转发到中心控制站，中心控制站进行定位、通信各种协定处理之后，把定位数据、通信数据等打包放入出站帧信号之中，发往指定用户。用户收到中心控制站通过出站信号的各种数据，从而实现定位、通信等功能。4.北斗一号系统提供的三大功能——定位、通信、授时4.1定位快速确定用户所在点的地理位置（定位），中心站和指挥型终端自动获得所管用户的位置信息（位置报告）向用户及主管部门提供导航信息。1)定位申请方式a)单次定位：用户手动申请一次定位，可获得一次定位结果，即用户当前所在的位置。b)连续定位：根据用户需要，按设定的定位频度连续自动完成定位申请，并获得定位数据。定位频度不应超过本机的服务频度c)紧急定位：紧急情况下，用户可选择此方式定位，系统将优先处理。紧急定位不受服务频度限制，使用后将暂停两倍服务频度时间，方可正常使用。2)定位原理空间三维定位原理导航2012培训教材系列2012-01共9页第5页已知空间三点P1、P2、P3的坐标，并且知道点A分别到这三点的距离，则可以列关于A点位置(x,y,z)的方程组这个3元2次方程可以得到两组解值北斗一号双星定位原理——三球交会定位分别以两颗同步卫星为球心，以卫星到用户接收天线距离为半径，构成两个球面；两球面相交得一圆，该圆垂直于赤道平面；在地球不规则球面的基础上增加用户高程，获得一个“加大”的不规则球面；圆与不规则球面相交，得两个点，分别位于南北半球，取北半球的点即为用户机的位置。3)定位申请的测高方式无测高：指本次定位用户机无已知高程数据且入站定位数据段中无气压数据，采用查数字高程图方式进行定位计算。天线高为天线相位中心至地球表面的垂直距离，例如在建筑物顶部进行定位，天线高为用户机天线相位中心至大地表面的垂直距离，而不是用户机相位中心至楼顶的距离。普通用户和高空用户定位方法相同，即查数字高程图定位。“无测高”定位是用户最常用的一种定位方式。用户定位导航2012培训教材系列2012-01共9页第6页结果的高程值为最终查取数字高程图的高程值加上天线高。有高程：指本次定位用户机有已知高程数据。高程数据为天线相位中心所在点的大地高，入站定位数据段中无天线高。普通用户和高空用户定位方法相同，即直接用已知高程进行定位计算。这种定位方式主要用于检验用户机在已知高程情况下定位精度，也可作为用户已知高程时获取其它位置数据。用户定位结果的高程值为用户机入站的已知高程。测高一：用户无定位点高程数据，但带有气压测高仪，此时天线高为用户机天线离气压测高仪的距离，气压和温度数据由气压仪给出。测高二：用户无定位点高程数据，但带有气压测高仪，用户利用气压测高仪得出高程值，此时高程数据是指气压测高仪所在点的高程值，天线高为天线到气压测高仪的距离，气压和温度数据由气压测高仪提供。4.2通信用户与用户、用户与中心站之间可实现双向简短报文通信。1)通信原理用户将编辑好的短信息发出，经过一颗卫星转发至中心站，中心站先确认发信用户的身份信息，经过确认是合法用户后，以收信地址将信息发出，再经过卫星转发。收信方用户可以通过自身相关的密钥进行正确的接收，再正确接收到信息后自动发送通信回执。发信方用户可以进行查询通信回执，已确认收信方用户是否收到信息。2)相关参数a)通信方式普通通信：用于用户机间的点对点通信。收信方收到正确的通信电文后自动发送通信回执。特快通信：用于短电文通信，军用用户机一次特快通信不超过10个汉字或35个代码。收信方收到正确的通信电文后自动发送通信回执。b)查询方式导航2012培训教材系列2012-01共9页第7页通信查询：用于向中心控制系统查询本用户机电子信箱内的信息，通信查询有两种查询方式，按发信地址查询和查询最新存入电文回执查询：用于查询某个特定用户发给本用户机的通信回执，以确定本用户机发给此特定用户的报文是否正确收到，可查询最新的1～5次通信回执。c)电文形式代码，汉字和混发三种类型，其中混发形式在入站类别中体现为汉字类别，但其电文内容始终以A4为开头。d)通信等级通信等级用户电文长度110个汉字/35个代码225个汉字/90个代码341个汉字/145个代码4120个汉字/420个代码4.3授时：中心控制系统定时播发授时信息；为定时用户提供时延修正值，用户机依据此值对恢复的时标信息进行修正，为用户提供北斗标准时间。单向授时：中心控制系统连续播发授时信息，用户机接收可获得系统的时间序列和授时信息，根据授时信息和当前位置信息，对恢复的时间序列进行校准，为用户提供北斗标准时间。双向授时：用户机发送双向定时申请信息，经卫星转发给中心站；中心站计算出入站信号的双向传播时延，进行误差校正后，把双向传输时延信息经卫星发给用户；用户机以此对恢复的时间序列进行校准，为用户提供北斗标准时间。5.北斗一号系统主要参数1)系统功能：定位导航、通信、定时授时2)服务区域：东经70°～东经145°；北纬5°～北纬55°3)系统容量：系统要求每小时大于54万次服务4)定位精度：平面精度20米（不设标校站地区100米）；高程精度10米5)定时精度：单向传递精度100ns；双向传递精度20ns导航2012培训教材系列2012-01共9页第8页6)通信能