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北斗卫星导航系统,发展与突破,北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。我们将从历史背景、发展历程、技术突破、应用推广、未来发展等方面出发，讲述北斗卫星导航系统背后的故事。,前 言,北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主,目 录,卫星导航系统背景介绍,北斗卫星导航系统发展历程,北斗卫星导航系统技术突破,北斗卫星导航系统应用推广,北斗卫星导航系统未来发展,目 录卫星导航系统背景介绍北斗卫星导航系统发展历程北斗卫星导,卫星导航系统背景介绍,卫星导航系统背景介绍,人类一直在寻求导航定位的手段,时间和空间共同构成了宇宙万物的基本属性，,85%,的人类活动都是和时间、空间的信息息息相关的,。,卫星导航系统的,主要任务是提供时间和空间的信息,，也就是告诉用户某一时刻、在哪个地方。,人类一直在寻求导航定位的手段时间和空间共同构成了宇宙万物的基,远古时代,航海时代,近代,远古时代航海时代近代,卫星导航：当今最重要的导航定位手段,目前，卫星导航系统是,最重要的导航定位手段，,有,4,个非常独特的优势：,能够做到陆海空天全空域、全天时、全天候覆盖；,目前的实时定位精度可以达到,10,米的量级，授时的精度可以达到数十纳秒；,非常简单、适用，可以以软件或芯片的形式嵌入手机等终端；,很便宜，目前一个消费级的终端芯片成本仅,10,块钱。,卫星导航：当今最重要的导航定位手段目前，卫星导航系统是能够做,PNT,的发展史就是人类活动空间不断扩展的历史,P,是定位、,N,是导航、,T,是授时，,PNT,就是我们平常所说的定位导航授时。,PNT,的发展史的第一阶段是,人类迁徙、狩猎、农耕的阶段,，采用目测自然现象来进行定位；,发展到,远洋航海的阶段,，我们有了罗盘和航海钟；,扩大到,航空、远程陆路的阶段,，我们有无线电和雷达；,随着,1957,年人类的第一颗人造卫星上天，我们的活动空间又扩展到了,近地空间,，产生了以卫星导航系统为核心的定位手段。,PNT的发展史就是人类活动空间不断扩展的历史P是定位、N是导,卫星导航定位的基本原理,卫星导航定位的基本原理非常简单，就是距离交会法。,以已知点为中心、以未知点到已知点的距离为半径划一个圆，我们可以假设在二维空间之内以,A,点为已知点，以,C,点为用户未知点，,C,点到,A,点为半径划一个圆，再假设一个已知点,B,点又可以形成一个圆，两圆交会可以形成两个点，其中必定有一个点是未知点的位置。,卫星导航定位的基本原理卫星导航定位的基本原理非常简单，就是距,对于三维的情况，圆就变成一个球，已知点,A,、,B,、,D,分别是球的球心，三个球相交的点就是未知点的位置。,对于三维的情况，圆就变成一个球，已知点A、B、D分别是球的球,关键,要素,组成,部分,卫星导航系统利用距离交会法的原理，用至少四颗以上的卫星来交会出地面未知点的位置，其中有,3,个关键要素,：,卫星的位置，也就是已知点、球心；,卫星到用户的距离，作为球的半径；,用户相对于卫星的时间差。,整个卫星导航系统包括,3,个部分,：,空间部分；,地面控制部分；,用户部分。,关键组成卫星导航系统利用距离交会法的原理，用至少四颗以上的卫,卫星导航系统的空间部分发挥着以下作用：一是,接收和存储地面控制系统上传的导航电文，并通过导航电文计算出卫星的位置和时间,；二是,发送用户的导航定位信号，包括伪随机码、载波和导航电文等,。,目前的四大导航系统的卫星参数是各不相同的。,GPS,、,GLONASS,的卫星数量是,24,个，,GALILEO,是,30,个，北斗三号则是“,24+3+3”,共,30,颗，包括,MEO,、,IGSO,、,GEO,三类。,MEO,卫星轨道距离地面的高度是,21500,公里，,IGSO,卫星和,GEO,卫星轨道高度是,35786,公里；,GEO,卫星和,IGSO,卫星只能实现区域覆盖，,MEO,卫星则是绕着地球进行旋转的，能够实现全球覆盖。,空间部分,1,卫星导航系统的空间部分发挥着以下作用：一是接收和存储地面控制,卫星导航系统的地面控制部分由,主控站、监测站、注入站,等一系列跟踪站构成。,监测站跟踪卫星并获取观测数据，再将观测数据传送给主控站；主控站利用传输过来的数据计算卫星的位置和时间，将导航电文等信息传送给注入站；信息再由注入站上传到卫星。,地面控制部分,2,卫星导航系统的地面控制部分由主控站、监测站、注入站等一系列跟,卫星导航系统的用户部分由,用户和接收设备,构成。如果用户要实现导航定位，就需要有一个接收设备。,接收设备的主要作用是，接收卫星发射出来的信息，包括伪码、载波相位和导航电文等信息，再通过一定的数据处理算法得到用户的位置、速度和时间。,用户部分,3,卫星导航系统的用户部分由用户和接收设备构成。如果用户要实现导,北斗卫星导航系统发展历程,北斗卫星导航系统发展历程,北斗系统的标识是由,4,个部分来组成的：,北斗星；,太极阴阳鱼，,与北斗星共同代表着中国的传统文化，是古代用来辨识方位的依据,；,网格化的地球；,北斗卫星导航系统的中英文标识，,表示着北斗系统是一个全球的开放兼容的系统,。,标识的颜色有：,代表着太空的蓝色,与,代表着我们的航天事业的浅蓝色,。,总图形是圆形，,代表了中国传统文化的“圆满”意思,。,标识,北斗系统的标识是由4个部分来组成的：标识,三步走发展战略,北斗一号,解决了我们国家有无卫星导航系统的问题，是一种,区域,的卫星导航系统、一种,有源,的导航系统。,北斗二号,从有源系统变成了,无源,系统，用户不再需要朝卫星发送请求信号，也就没有了用户数量的限制；但仍然是,区域,导航系统。,北斗三号,从区域变成,全球,的,无源,导航系统。,三步走发展战略北斗一号北斗二号北斗三号,1994,年，我们启动了北斗卫星导航实验系统的建设；,2003,年，北斗一号具备了,区域、有源,的服务能力。,北斗一号的卫星空间部分由两颗,GEO,卫星加上一颗在轨的备份卫星构成，可以实现,20,米的定位精度,和,100,纳秒的授时精度,，服务范围是,中国全境及其周边部分地区,。,北斗一号区域系统,1,1994年，我们启动了北斗卫星导航实验系统的建设；2003年,北斗二号是,2004,年启动建设，,2012,年朝全世界公开，具有了区域无源服务能力。,相对于北斗一号，北斗二号的定位精度和授时精度都有了很大的提高，其中,定位精度达到了,10,米,，,授时精度提高到了,20,纳秒,。此外，北斗二号还增加了,差分增强功能,，可以通过该功能实现,1,米的定位精度。,北斗二号的空间星座由,5,颗,GEO,卫星、,5,颗,IGSO,卫星和,4,颗,MEO,卫星共,14,颗卫星组成，是,世界上第一个公开服务的区域卫星导航系统,，也是,第一次将定位、授时、短信、差分增强等业务融为一体,。,北斗二号区域系统,2,北斗二号是2004年启动建设，2012年朝全世界公开，具有了,2020,年，我们将会拥有具备,全球无源,服务能力的北斗三号。北斗三号具备的功能又得到了进一步扩大，包括,导航定位、区域的和全球的短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位,，共,6,项服务。,北斗三号的星座由,3,颗,GEO,卫星、,3,颗,IGSO,卫星和,24,颗,MEO,卫星组成，可以实现,5,到,10,米的定位精度,、,10,至,20,纳秒的授时精度,、,亚太,0.1m/s,全球,0.2m/s,的测速精度,。,北斗三号的建设分成了,3,个阶段,：,2016,年建成试验系统，发射了,2,颗,IGSO,卫星和,3,颗,MEO,卫星，进行了在轨验证；,2018,年发射,19,颗卫星，形成了北斗三号的基本系统，可以向“一带一路”有关国家和地区提供服务；,2020,年形成,3,颗,GEO,卫星、,3,颗,IGSO,卫星和,24,颗,MEO,卫星的完整系统。,北斗三号全球系统,3,2020年，我们将会拥有具备全球无源服务能力的北斗三号。北斗,导航定位服务：,2019,年，我们进行了一次导航定位服务的测试。从测试结果上看，北斗三号的,定位精度在水平上是,3,到,5,米、在高程上是,6,到,8,米,。,短报文通信服务：北斗三号提供的,区域,的短报文通信服务，容量增加到,1000,个汉字,；,全球,短报文通讯服务通过,14,颗,MEO,卫星实现，报文长度为,40,个汉字,。,星基增强服务（,SBAS,）：定位精度是,1,米左右，服务区域是,东经,75,度到,135,度、北纬,10,度到,55,度的中国及周边地区,。,国际搜救服务：通过,6,颗,MEO,卫星实现的全球的搜救服务。,精密单点定位：通过,3,颗,GEO,卫星实现的,亚太区域的定位系统,，静态可以达到厘米级的定位，动态可以达到分米级的定位。,导航定位服务：2019年，我们进行了一次导航定位服务的测试。,服务全球、突出重点,服务全球、突出重点,北斗卫星导航系统技术突破,北斗卫星导航系统技术突破,首创的,GEO/MEO/IGSO,混合星座,多频点的公开服务信号,自主研发的星间链路技术,自主研发的高精度星载原子钟,首创的GEO/MEO/IGSO混合星座多频点的公开服务信号自,星间链路,是用于卫星之间通讯的一种链路，可以实现卫星之间的信息、数据的传输和两颗卫星之间测距的功能。,如果,3,颗卫星确定到了,1,颗卫星的准确位置，那么就可以知道整个星座里每一颗卫星的位置，从而进行导航卫星相对位置的固定，实现了整个卫星星座的相互联系和测控。,由于全球布站的困难性，我们可以通过星间链路技术,大大减少对地面布站的依赖,。星间链路技术,提高了卫星轨道精度，以及系统的运行能力和抗干扰能力,。,星间链路是用于卫星之间通讯的一种链路，可以实现卫星之间的信息,我们一定要有自主研发的原子钟，因为我们必须要保持时间同步。,原子钟在导航系统里是,心脏,。没有原子钟也就实现不了高精度的时间和频率，产生不了高精度的导航定位信号，也没有办法进行高精度和动态的服务。,总而言之，,原子钟所有的核心器件必须要由我们国家自主研发,；同时，我们也,达到了三百万年差一秒的高精度,。,我们一定要有自主研发的原子钟，因为我们必须要保持时间同步。,北斗卫星导航系统应用推广,北斗卫星导航系统应用推广,中国人要把饭碗端在自己手里，而且要装自己的粮食。,习近平总书记,中国人要把饭碗端在自己手里，而且要装自己的粮食。习近平总,据,2016,年,中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书,相关数据，我国,卫星导航这一新兴产业总产值突破,2000,亿,，,自主终端用户超过,5000,万,。,目前，我们已经实现了基础产品的自主研发，从芯片、终端到系统集成形成了完整的产业链。,正是由于有自主研发的核心技术，我们才能够把北斗系统融入到我们国家的核心基础设施，保障国家安全并服务于全球。,据2016年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书相关数据,交通运输,通过北斗系统获取车、船的位置并把位置信息发送给地面监控中心，实现对位置与轨迹的监控，在出现气象灾难时还可以通过短报文进行通知。,据统计，大约有,2,万台邮政终端已经安装，服务里程达到,200,多万公里，重特大交通事故减少,46%,，死亡人数减少,48%,。,农林渔业,北斗入网的船舶超过,4,万，农业产量提高,5%,。,交通运输通过北斗系统获取车、船的位置并把位置信息发送给地面监,应急救援,“,512”,汶川大地震时，地面移动网络已经全部损坏，我们就是通过北斗系统的短报文功能发出的第一个急救电波，并把整个灾区的受灾情况传给了指挥部，然后再进行指挥救援调度。,保障网络精准运行,北斗系统的授时精度可以达到纳秒级，在电力传输、银行网站的时间同步、地面移动网络的授时上得到了广泛应用,应急救援“512”汶川大地震时，地面移动网络已经全部损坏，,国际认可,正是由于北斗系统的自主研发的能力和高性能，我们得到了,ICG,四大核心供应商的
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