北斗导航定位系统的工作原理

北斗卫星导航定位系统(BeiDou(Compass) Navigation Satellite System)是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS)，是继美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航定位系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，突出特点是：卫星数目少，用户终端设备简单，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性4项原则。

我国正在建设的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，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务(二代系统)。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10m，授时精度为50ns，测速精度0.2m/s。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。

1.北斗导航定位系统的组成

北斗导航定位系统包括空间部分、地面控制部分和用户接收部分。

空间系统部分：由两颗地球同步卫星、一颗在轨备份卫星组成，分别位于赤道面800E、1400E和110.50E，前两颗卫星经度相差60度。

地面控制系统部分：包括1个配有电子高程图的地面中心定位控制站、计算中心、测轨站、测高站、几十个分布于全国的参考标校站等。用于对卫星定位、测轨、调整卫星运行轨道、调整卫星姿态、控制卫星的工作，测量和收集校正导航定位参量，以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位。

用户接收部分：用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发出定位请求，和GPS接收机不同的是，北斗系统的用户设备不含有定位解算处理设备。用户设备可分为定位通信型(基本型)、通信型、授时型、指挥型用户机。

2.北斗导航定位系统的工作原理

北斗一号卫星导航定位系统的定位原理是基于三球交会原理进行定位, 以两颗卫星为的已知坐标为球心,两球心至用户的距离为半径, 可画出两个球面, 用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。另一个球面是以地心为球心, 画出以用户所在位置点至地心的距离为半径的球面，三个球面的交会点即为用户的位置。

设询问信号由地面中心站到卫星1，由卫星1到用户，再由用户返至卫星1并且回到地面中心站的时间是，可以列出下式(1);询问信号由地面中心站到卫星2，由卫星2到用户，再由用户返至卫星2并且回到地面中心站的时间是，可以列出下式(2)。

由于地面中心站和两颗卫星的位置均是已知的，因此上式中的，都是已知的，c是光速，而又可以由以下方程求出：

式中只有X、Y未知，至此就可以确定接收机的二维位置，定位精度15m。

导航领域的垄断，填补了我国卫星导航领域的空白，是为满足现代化建设需要研制的自主简易导航系统。由于“北斗一号”存在用户数量受限制、系统延时较长、需用户主动工作、隐蔽性差等缺点，目前开发了我国第二代卫星导航系统。随着我国卫星导航定位技术的不断发展，卫星导航定位技术必将进入人们日常生活，其应用前景将更加广阔。