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北斗导航
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'''北斗导航''' [[ 北斗卫星导航系统 ]] (BDS)是 [[ 中国 ]] 自行研制的全球卫星导航系统,是继GPS、GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。<ref>[https://baike.baidu.com/reference/10390403/fa2aZLXp9XzxZ5wISepEhjrH518FffNAIgaT7-aiB0raQYbq9TD370J4is4AQ6kFm5X8ESSLceXQChh1LhPkazV-Z5HrWJryYGJrYYU-n1uPQuUGVAm7 北斗卫星导航系统.2017-03-16,引用日期2019-06-18] </ref>
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天为各类用户提供高精度定位、导航、授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒,并具备短报文通信能力。
[[File:Dcc451da81cb39db7959595ad0160924ab183024 (1).jpg|缩略图|[https://baike.baidu.com/pic/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8%88%AA%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E5%8D%AB%E6%98%9F%E7%B3%BB%E7%BB%9F/23153689/0/e4dde71190ef76c64c9853619e16fdfaaf516736?fr=lemma&ct=single#aid=0&pic=d0526df04da65193a50f5245 原图链接]]]
系统容纳的最大用户数:540000户/小时。
===军用功能===
“北斗” [[ 卫星导航定位 ]] 系统的军事功能与GPS类似,如:运动目标的定位导航;为缩短反应时间的武器载具发射位置的快速定位; [[ 人员搜救 ]] 、 [[ 水上排雷 ]] 的定位需求等。这项功能用在军事上,意味着可主动进行各级部队的定位,也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统,除了可供自身定位导航外,高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置,并传递相关命令,对任务的执行有相当大的助益。换言之,大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理. <ref>北斗系统27日起提供连续导航定位与授时服务 凤凰网,引用日期2019-06-15</ref>
===民用功能===
个人位置服务
当你进入不熟悉的地方时,你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载 [[ 卫星导航装置 ]] 找到你要走的路线。
气象应用
北斗导航卫星气象应用的开展,可以促进中国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测,也可以提高空间天气预警业务水平,提升中国气象防灾减灾的能力。
卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时,救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外,还具备短报文通信功能,通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况,有效缩短救援搜寻时间,提高抢险救灾时效,大大减少人民生命财产损失。
指导放牧
2014年10月,北斗系统开始在[[青海省]]牧区试点建设北斗卫星放牧信息化指导系统,主要依靠牧区放牧智能指导系统管理平台、牧民专用北斗智能终端和牧场数据采集自动站,实现数据信息传输,并通过北斗地面站及北斗星群中转、中继处理,实现草场牧草、牛羊的动态监控。2015年夏季,试点牧区的牧民就能使用专用北斗智能终端设备来指导放牧。 <ref>北斗系统27日起提供连续导航定位与授时服务 凤凰网,引用日期2019-06-15</ref>
==系统构成==
北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,中国计划2012年左右,“北斗”系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设,已成功发射16颗 [[ 北斗导航卫星 ]] 。根据系统建设总体规划,2012年左右,系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。[[File:北斗卫星导航系统2.jpg|缩略图|[https://baike.baidu.com/pic/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8%88%AA%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E5%8D%AB%E6%98%9F%E7%B3%BB%E7%BB%9F/23153689/0/e4dde71190ef76c64c9853619e16fdfaaf516736?fr=lemma&ct=single#aid=0&pic=242dd42a2834349b4955a70dc7ea15ce37d3bee3 原图链接]]]
===星座构成===
北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时,已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)。
==覆盖范围==
2011年12月27日起,北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°~140°,北纬5°~55°。北斗卫星系统对东南亚实现全覆盖。
2018年12月27日,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布:北斗三号基本系统完成建设,开始提供全球服务。这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代 。<ref> 中 [https://baike.baidu.com/reference/10390403/26feCJA0F8R_hHs5iYv_e4ITyt6nxuAS440RM5Tg6esqdk9YZE53z-DOfoBzpZ9SqtNH6xe4W7xEwYmsEzxRZ4Ku-mseACxoHm0Cjjd08O5ifGaeM2xp 国 北斗系统今天开始提供全球服务! 新浪 家知识产权局.2017-09-2 ,引用日期2019-06-1518] </ref>
==原理==
===空间定位原理===
卫星定位的基础是三角测量学。如果已经知道了三颗卫星的坐标,并且还知道接收机至这三颗卫星的距离,那么该接收机的坐标就能够计算出来。实际上参与导航计算的步骤中,还有个时间变量参数,因为接收机至卫星的距离测量实际上是以时间度量来实现的,当每秒钟时间误差为百万分之一时,就将导致位置误差大于300m,而接收机的时钟是用石英晶体振荡器来实现的,必须用卫星的原子钟作为同步标准才能确保定位精度,故需第4颗卫星来参与定位,这第4颗卫星是作为时间参考标准加以应用的。
在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置,且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下,即可以确定D的空间位置,原理如下:因为A点位置和AD间距离已知,可以推算出D点一定位于以A为圆心、AD为半径的圆球表面,按照此方法又可以得到以B、C为圆心的另两个圆球,即D点一定在这三个圆球的交汇点上,即三球交汇定位。<ref>基于层次分析法的北斗高精度定位方法 万方引用日期,2019-08-27</ref>
===有源与无源定位===
当卫星导航系统使用有源时间测距来定位时,用户终端通过导航卫星向地面控制中心发出一个申请定位的信号,之后地面控制中心发出测距信号,根据信号传输的时间得到用户与两颗卫星的距离。除了这些信息外,地面控制中心还有一个数据库,为地球表面各点至地球球心的距离,当认定用户也在此不均匀球面的表面时,三球交汇定位的条件已经全部满足,控制中心可以计算出用户的位置,并将信息发送到用户的终端。北斗的试验系统完全基于此技术,而之后的北斗卫星导航系统除了使用新的技术外,也保留了这项技术。<ref>[https://baike.baidu.com/reference/10390403/a626FxYuv4-_MJ--2QqZ64AVR3bdpqlW8-DtKdha6feGKFHmkMBwfX9ZwKV48Ll_Ehom-c4tzR0-ZQVilJT_r9XqveKCMKhnfexGN9mdeJ3Xqz65JIfCD-c 北斗卫星导航系统.2018-10-14,引用日期2019-06-18] </ref> 无源定位技术以其不辐射电磁波信号,因而具有良好的隐蔽性,这大大提高了作战平台在复杂电磁环境下的生存能力。星载无源定位系统以卫星平台为载体,对地面辐射源进行无源定位,具有全天候、全天时、作用距离远、覆盖范围广等特点。 [15] 当卫星导航系统使用无源时间测距技术时,用户接收至少4颗导航卫星发出的信号,根据时间信息可获得距离信息,根据三球交汇的原理,用户终端自行可以自行计算其空间位置。此即为GPS所使用的技术,北斗卫星导航系统也使用了此技术来实现全球的卫星定位。<ref>单星频差无源定位技术原理及仿真 万方.2017,引用日期2019-08-27</ref>
===精度===
参照三球交汇定位的原理,根据3颗卫星到用户终端的距离信息,根据三维的距离公式,就依靠列出3个方程得到用户终端的位置信息,即理论上使用3颗卫星就可达成无源定位,但由于卫星时钟和用户终端使用的时钟间一般会有误差,而电磁波以光速传播,微小的时间误差将会使得距离信息出现巨大失真,实际上应当认为时钟差距不是0而是一个未知数t,如此方程中就有4个未知数,即客户端的三位坐标(X,Y,Z),以及时钟差距t,故需要4颗卫星来列出4个关于距离的方程式,最后才能求得答案,即用户端所在的三维位置,根据此三维位置可以进一步换算为经纬度和海拔高度。
[[电磁波]]以30万千米/秒的光速传播,在测量卫星距离时,若卫星钟有一纳秒(十亿分之一秒)时间误差,会产生三十厘米距离误差。尽管卫星采用的是非常精确的原子钟,也会累积较大误差,因此地面工作站会监视卫星时钟,并将结果与地面上更大规模的更精确的原子钟比较,得到误差的修正信息,最终用户通过接收机可以得到经过修正后的更精确的信息。当前有代表性的卫星用原子钟大约有数纳秒的累积误差,产生大约一米的距离误差。
北斗卫星导航系统在定位解算过程中的误差按照来源可分为3个部分:一是卫星可能会产生的误差,有卫星运行轨道的偏差、星载时钟产生的误差以及卫星天线相位中心的偏差;二是和传播路径中可能会产生的误差,有电离层导致的信号延迟误差、对流层导致的信号延迟误差以及多径效应等;三是和接收机可能产生的误差,包括接收机时钟偏差、接收机天线相位中心的偏差以及观测噪声等。
差分定位方法中的双差模型已经将星载时钟误差、接收机时钟误差等大大减弱。还未消除的误差可以根据与基线长度是否有关来再次进行分类,一类有卫星位置偏差、大气层导致的信号延迟误差,与基线长度相关;一类是有多径效应以及观测噪声等与基线长度没有关系的随机误差。<ref>基于层次分析法的北斗高精度定位方法 万方引用日期,2019-08-27</ref>
==历史发展==
卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年,首先建成北斗导航试验系统,使中国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务于国家建设与发展,满足全球应用需求,中国启动实施了北斗卫星导航系统建设。 <ref> [https://baike.baidu.com/reference/10390403/7b46Aea4m29UpikYEraYcH8-qhOTSoElAzXzc-irmCtg3qQokVqthbgLcL0S1__AOOx4LHM_ug-qhQ9uYg5hsf5tv5U5G0fvnJuYZKUf0Rf_sYZWiLO1d_qq_UqupaY 北斗卫星导航系统 国家航天局 .2018-12-01 ,引用日期2019-06-1518] </ref>
2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。
2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。
2018年9月19日22时07分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭(及远征一号上面级),以“一箭双星”方式成功发射第三十七、三十八颗北斗导航卫星。这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是中国北斗三号系统第十三、十四颗组网卫星。
2018年10月15日12时23分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭(及远征一号上面级),以“一箭双星”方式成功发射第三十九、四十颗北斗导航卫星。这两颗卫星属于中圆地球轨道卫星,是中国北斗三号系统第十五、十六颗组网卫星。 [7]
2018年11月19日2时7分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭(及远征一号上面级),以“一箭双星”方式成功发射第四十二、四十三颗北斗导航卫星,这两颗 [[ 卫星 ]] 属于中圆 [[ 地球轨道 ]] 卫星,是中国北斗三号系统第十八、十九颗组网卫星。
[[File:Bd315c6034a85edf735f57694a540923dc5475ad.jpg|缩略图|[https://baike.baidu.com/pic/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8%88%AA%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E5%8D%AB%E6%98%9F%E7%B3%BB%E7%BB%9F/23153689/0/e4dde71190ef76c64c9853619e16fdfaaf516736?fr=lemma&ct=single#aid=0&pic=bd315c6034a85edf735f57694a540923dc5475ad 原图链接]]]
2019年4月20日,第44颗北斗导航卫星发射成功。
2019年5月15日,中国卫星导航定位协会在北京发布《 [[ 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书(2019) ]] 》,白皮书显示:2018年中国卫星导航与位置服务产业总体产值达3016亿元,较2017年增长18.3%。2018年珠三角、京津冀、长三角、华中、西部五大卫星导航与位置服务产业发展区域,总体实现产值2388亿元,在全国卫星导航与位置服务产业总体产值中占比高达79.6%;北斗作为时间和空间信息感知采集的关键技术,已在智能交通、物流跟踪、智慧市政等应用中发挥越来越重要的作用;随着5G时代的到来,“北斗+5G”有望在机场调度、 [[ 机器人 ]] 巡检、无人机、建筑监测、车辆监控、物流管理等领域广泛应用,将进一步促进北斗增值服务的应用普及和多样化发展;中国企业的卫星导航定位产品已在全球100多个国家实现销售,其中北斗已先后落地应用“一带一路”沿线30多个国家和地区。 <ref> 北斗系统正式从区域走向全 [https://baike.baidu.com/reference/10390403/e3160KVc-IvcrN7d0vM9Pc29JSIapmrVYFUyY1m1lztUr9LYPemkbWS5wwyq74Mae7c9fZuVnOHpRe4Mp49NdGOOPJLpvV4_skg_PzgEHwq1nnN_ 环 球 光明日报 网.2018-04-17 ,引用日期2019-06-1518]</ref>
2019年5月17日23时48分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功发射了第四十五颗北斗导航卫星。
2020年2月15日,北斗卫星导航系统第41颗卫星(地球静止轨道卫星)、第49颗卫星(倾斜地球同步轨道卫星)、第50颗卫星(中圆轨道卫星)和第51颗卫星(中圆轨道卫星)已完成在轨测试、入网评估等工作,正式入网工作。