导航定位学报期刊

昨日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行，仪式上宣布了正式开通。

北斗导航定位系统的诞生背景

首先得从上世纪五十年代说起，苏联率先将第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”送入太空，开启了人类的太空时代，美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室两位物理学家却通过对这颗苏联卫星轨道数据的研究提出了卫星定位系统最初的构想，打开了卫星导航时代的大门。

1964年，美国率先建成世界第一个卫星导航系统——由6颗卫星构成的“子午卫星系统”，1980年代美国又率先开建了世界第一个全球卫星导航系统——由24颗卫星构成的GPS系统。GPS作为美苏冷战的产物，真正显现出威力是在1990年的海湾战争中，此时苏联解体已成定局，而我国被其威力感到震撼。

配备GPS系统的精确制导武器在战争中的表现，给我国军方留下了深刻印象，开始意识到卫星导航系统的军用价值。

1993年发生的“银河号事件”，无疑又一次刺激了我国，再次为我国展示了卫星导航系统的重要性。

就在“银河号事件”的次年，我国政府批准了中国科学院院士、“两弹一星功勋奖章”获得者陈芳允的“双星定位系统”方案，正式启动北斗卫星导航系统建设。所谓的“双星定位系统”，1983年由陈芳允与合作提出，基于三球定位原理，采用两颗同步卫星进行定位，并同时进行通信。1989年，陈芳允团队通过通信卫星进行了双星定位实验，验证了双星定位技术的可行性。

从1989年双星定位技术获得验证，到1994年北斗卫星导航系统启动，时间跨度长达五六年，最大的原因恐怕并非技术问题而是经费问题，当时的中国太穷了。可以想象，如果没有海湾战争与“银河号事件”接踵而来的刺激，北斗卫星导航系统建设的启动恐怕还会延迟。

符合国情之路 “先区域、后全球”的“三步走”战略

在北斗卫星导航系统的建设中，我国遵循循序渐进的建设原则，将按照三步走的总体规划分分步实施，先从服务我国到亚太地区，最后至全球服务。那北斗三步走战略是哪三步？

第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统的建设，2000年形成区域有源服务能力，利用少量地球同步静止轨道卫星来完成试验任务，为北斗卫星导航系统的建设积累技术经验、培养专项人才，研制一些地面应用基础设施设备。

第二步，2004年启动北斗卫星导航系统的建设，到2012年，建成覆盖亚太区域的北斗卫星导航系统，具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时及短报文通信服务能力。

第三步，在今年，建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统，具备全球无源服务能力。

北斗导航系统（BDS）与 GPS、 GLONASS、 Galileo对比

GPS/BDS /GLONASS/ Galileo的起源及特点

BDS： 我国自行研制的全球卫星导航系统，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候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度50纳秒。

GPS： 由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能，要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。

GLONASS： 该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。1993年，俄罗斯开始独自建立本国的全球卫星导航系统，于2007年开始运营。当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务，到2009年，其服务范围已经拓展到全球，该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

Galileo： 由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

北斗导航系统的优势

1.安全性能高

在北斗导航以前，我们经常使用的是美国的GPS卫星导航系统。使用GPS不仅每年都要向美国支付高额的服务费，而且定位导航的安全系数也不高。在前几年，媒体就曾经曝出，美国军方利用GPS监视各国军队获取情报的情况，所以我国使用自己的北斗卫星系统后就不用受制于人，安全系数将大大提高。

2.定位精度准

中国的北斗卫星导航由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球卫星、3颗倾斜同步轨道卫星组成。卫星数目的提高，带来的将是定位精度和服务范围的提高。北斗卫星导航系统由于是中国自主研发运营的，势必会在国内优先。

3.三频信号

中国的北斗导航系统采用的是最新的三频信号方案，而美国的GPS采用的二频信号。三频信号能更好的消除高阶电离层延迟的影响，增强数据预处理能力，提高模糊度的固定效率，从而提高定位的可靠性。

4.有源定位和无源定位

有源定位是需要用户的接收机自己发射信号来与卫星通讯，无源定位则不需要，北斗定位二代采用的是无源定位。当用户的上空卫星数量很少时，仍然可以定位。目前，北斗卫星导航系统已经具备短报文通讯服务，这项功能在全球定位系统当中是一次技术的突破，美国的GPS只能是单向通讯，而中国的北斗已经实现了双向性的通讯功能，这一功能在处理重大事件中实用性相当高！

交通的应用

随着我国营运车辆越来越多,各类交通事故时有发生,给人民群众生命财产带来了巨大损失.其原因是多方面的,其中营运车辆驾驶人员不遵守道路交通安全法的违法行为(如超速、随意变道、长时间占用超车道、应急车道、随意停车等),是导致高速公路事故发生的重要因素。利用北斗卫星导航系统的高精度定位车道级导航系统,以加强对营运车辆驾驶行为的管控,解决交通执法难题,提高管理效率。

在地质测绘的应用

利用北斗导航定位技术研发通用型自然资源实地调查信息系统，具有兼容多种外业调绘、实现野外信息采集亚米级定位等优势。

中国地质环境监测院与清华大学共同研制的基于北斗一号卫星导航系统的滑坡实时监测系统，在四川雅安滑坡地区取得了很好的应用效果。

中国地质科学院地质力学研究所与清华大学合作开发了基于北斗一号卫星导航系统的青藏高原地应力实时监测系统。

在抗震救灾与应急指挥中的应用

在“5.12”汶川地震后的抗震救灾工作中，北斗卫星导航系统发挥了重要的作用，保障了抗震救灾与应急指挥的顺利进行，充分体现了北斗导航定位系统在抗震救灾应用中的不可替代性。北斗卫星导航系统在“5.12”抗震救灾中的应用主要有：①为“5.12”抗震救灾的救援直升机提供了导航定位；②在地震造成通讯中断、道路损毁的情况下为抗震救灾提供可靠的通信保障，为灾区一线和指挥部建立了实时通信通道，把灾区的实时情况及时传回指挥部，在决策、搜救、医疗等过程中发挥了关键作用，为取得5.12抗震救灾的伟大胜利奠定了决定性的基础；③为减灾防灾提供远程监测和灾情预警；④为社会大众提供公共应急信息服务。

在防汛应急抢险的应用

防汛应急抢险采用北斗接收机进行数据采集，包括精确的经纬度定位、当前时间（授时）；然后通过卫星通讯终端把相关数据通过报文传送到防汛指挥中心；防汛指挥中心利用该数据在地理信息系统（GIS）中进行定位，进而获得实时的汛情信息，从而能快速有效地进行应急抢险，将损失降到最低。

总结

北斗卫星定位导航系统作为世界上的4个卫星导航系统之一，在珠三角、环渤海、华中地区、长三角等地发展态势良好，目前已成功应用于测绘、水利、石油、渔业、矿业、农业、海洋运输、工业控制、森林防火、铁路运输、自主导航应用、公共安全等领域。

参考资料：

参考网址：

参考文献：

[1]付毅飞.中国北斗的前世今生[J].科学之友,2019,(7):6-10. DOI:10.3969/j.issn.1000-8136.2019.07.003.

[2]陈倩,易炯.全球4大卫星导航系统浅析[J].导航定位学报,2020,8(3):115-120.

[3]郭晶,王正伟,祁俊锋.基于北斗高精度定位的车道级导航系统[J].测绘通报,2020,(1):26-29.

[4]吕达昕.北斗卫星导航定位系统在人工岛安全监测中的应用[J].企业科技与发展,2020,(5):113-114.

[5]胡恬,唐芝青.基于北斗导航定位技术的通用型自然资源实地调查信息系统研究与实现[J].测绘与空间地理信息,2020,43(3):118-120,123.

[6]温静,汪大明,孟月玥, 等.北斗卫星导航系统在地质调查领域应用综述[J].地质力学学报,2012,18(3):213-223. DOI:10.3969/j.issn.1006-6616.2012.03.002.

[7]张锦升.北斗系统在抗洪救灾中的应用[J].信息通信,2016,(12):277-278. DOI:10.3969/j.issn.1673-1131.2016.12.137.