中国的北斗卫星导航系统的原理、应用及前景

随着我国高新技术的应用和电子信息技术的渗透，以及现代化精细农业的要求和农机高科技技术的迅速发展。卫星自动导航技术已成为现代化大农业的一个重要组成部分。目前，中国的北斗卫星导航系统、美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、欧盟伽利略(Galileo)是全球最常见的4大卫星导航系统。本文重点介绍中国的北斗卫星导航系统的原理、应用及前景。

一、北斗卫星导航系统简介北斗卫星导航系统(Beidou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem)，是中国在2000年独立自主研发的全球定位与通信系统，缩写为BDS。该系统具有定位导航、精密授时及短报文通信功能。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度的服务。北斗卫星导航系统安全可靠，覆盖范围大，无通信盲区，架设与维护简便，是野外数据传输的理想通信系统。目前北斗卫星导航系统已经广泛应用于农业、地质、测绘、交通、海洋等领域，并产生了显著的经济效益和社会效益。

二、北斗卫星导航系统构成及工作原理

(一)系统构成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。

北斗卫星导航系统的空间段由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)。

北斗卫星导航系统的地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站;用户段由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

(二)工作原理

北斗卫星导航系统的工作过

程如下：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟;并从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第1颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准