衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎設施。中國高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，一直在努力探索和發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2000年，首先建成北斗導航試驗系統(tǒng)，使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會已認定的供應商。

2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗導航業(yè)務正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導航、授時服務。定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度50納秒。該系統(tǒng)已成功應用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正按照“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)步推進。第一步，2000年建成北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)，使中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。第二步，建設北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，2012年左右形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務能力。第三步，2020年左右，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。

一、北斗一號系統(tǒng)/北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)

北 斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)也被稱作北斗一號，是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)較早投入使用的第一代試驗用系統(tǒng)，使用的是有源定位，由三顆定位衛(wèi)星（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備份衛(wèi) 星）地面控制中心為主的地面部分以及用戶終端三部分組成。北斗一號衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候的即時定位服務。校準精度為20米，未校準精度100米，三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。

“北斗一號”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國自主研發(fā)，利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，北斗一號使中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。

北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由三顆定位衛(wèi)星（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備份衛(wèi)星）構(gòu)成，2000年發(fā)射2顆衛(wèi)星后即能夠工作，2003年又發(fā)射了一顆備份衛(wèi)星，試驗系統(tǒng)完成組建，該系統(tǒng)服務范圍為東經(jīng)70°－140°，北緯5°－55°。

圖?1??北斗一號的覆蓋范圍

北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)是主動式雙向測距二維導航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動式偽碼單向測距三維導航。由用戶設備獨立解算自己三維定位數(shù)據(jù)?！氨倍芬惶枴钡倪@種工作原理帶來兩個方面的問題，一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當不利，另一方面由于設備必須包含發(fā)射機，因此在體積、重量上、價格和功耗方面處于不利的地位。

北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)由于是主動雙向測距的詢問--應答系統(tǒng)，用戶設備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號，還要求用戶設備向同步衛(wèi)星發(fā)射應答信號，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的響應頻率。因此，北斗導航系統(tǒng)的用戶設備容量是有限的。GPS是單向測距系統(tǒng)，用戶設備只要接收導航衛(wèi)星發(fā)出的導航電文即可進行測距定位，因此GPS的用戶設備容量是無限的。

“北斗一號”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，不受通訊信號和空間距離的影響，一臺主指揮機進行衛(wèi)星定位后，可連接多部類似手機的“北斗一號”終端機，終端機每次可編寫40多字的短信發(fā)送到指定手機上，非常有利于震區(qū)的救援信息傳遞。

“北 斗一號”用戶的定位申請要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)， 中心控制系統(tǒng)的處理，時間延遲就更長了，因此對于高速運動體，就加大了定位的誤差?！氨倍芬惶枴毙l(wèi)星導航系統(tǒng)也有一些自身的特點，其具備的短信通訊功能就 是GPS所不具備的。

二、北斗二號系統(tǒng)/北斗區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北斗二號并不是北斗一號的簡單延伸，它將克服“北斗一號”系統(tǒng)存在的缺點，提供海、陸、空全方位的全球?qū)Ш蕉ㄎ环?，類似于美國的GPS和歐洲的伽利略定位系統(tǒng)。

2012年12月27日，北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗導航業(yè)務正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導航、授時服務。

我國北斗區(qū)域組網(wǎng)后處于“5+5+4”的衛(wèi)星組合狀態(tài)，即“5GEO+5IGSO+4MEO”的狀態(tài)。通俗點講就是5顆同步軌道衛(wèi)星+5顆傾斜軌道衛(wèi)星+4顆低軌道衛(wèi)星組成。

這14顆衛(wèi)星能夠覆蓋的矩形區(qū)域為：南緯55°~北緯55°，東經(jīng)55°~東經(jīng)180°。具體覆蓋范圍圖如圖?7所示。

圖?2??北斗區(qū)域定位覆蓋范圍

如圖?2所示，東起“中途島”，西至“霍爾木茲海峽”、“保加利亞”；北起“俄羅斯北部”，南至“印度尼西亞以南”。所有重點區(qū)域如：東海（朝韓、臺灣、日本、釣魚島）、南海（三沙、南沙、越南、菲律賓、馬六甲）、克什米爾、霍爾木茲海峽等等全部覆蓋。在北緯10°~55°，東經(jīng)75°~135°的“重點服務區(qū)”內(nèi)，定位精度與速度可以得到更理想的數(shù)值。

北斗二號與GPS類似采用無源定位技術，根據(jù)官方公布的《北斗系統(tǒng)公開服務性能規(guī)范（1.0版）》文檔顯示，北斗系統(tǒng)服務區(qū)內(nèi)公開服務定位/測速/授時精度指標如表?1所示。

?表?1??北斗系統(tǒng)服務區(qū)內(nèi)公開服務定位/測速/授時精度指標

服務精度

參考指標（95%置信度）

約束條件

定位精度

水平

≤10米

服務區(qū)任意點?24?小時的定位/測速/授時誤差的統(tǒng)計值。

垂直

≤10米

測速精度

≤0.2米/秒

授時精度

≤50納秒

根據(jù)發(fā)表在《中國科學：地球科學》的研究報告，國家自然科學基金項目資助的一項研究稱，中國的北斗導航系統(tǒng)在亞太地區(qū)的導航精度已能媲美GPS系統(tǒng)。北斗導航系統(tǒng)目前由14顆衛(wèi)星構(gòu)成，在亞太地區(qū)內(nèi)，北斗可見衛(wèi)星數(shù)在7顆以上，而GPS系統(tǒng)目前有31顆衛(wèi)星。

報告稱，原始觀測值方面，北斗偽距測量精度約為33cm，載波測量精度約為2mm，已與GPS處在同一水平。在導航定位方面，北斗偽距單點定位水平精度優(yōu)于6 m，?高程精度優(yōu)于10m，北斗單頻偽距差分定位精度優(yōu)于2.5 m。

那 么，北斗一號與二號的區(qū)別在哪里？我國曾發(fā)射的北斗一號系統(tǒng)只能覆蓋中國本土，功能也不完善，但在汶川地震后，北斗一號曾利用其能傳輸信息的功能，為救災 部隊提供了重要的信息支援。二號和一號還是相差不多，主要是在細節(jié)上、穩(wěn)定性上有所改進。北斗一號主要用于國家特種行業(yè)領域，北斗二號在其建成后將在民用 市場獲得快速發(fā)展。

我國正加快北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，制定北 斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)民用應用政策，促進北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應用；對于涉及國家經(jīng)濟、公共安全的重要行業(yè)領域須逐步過渡到采用北斗衛(wèi)星導航兼容其它衛(wèi)星導 航系統(tǒng)的服務體制，鼓勵其他行業(yè)和領域采用北斗衛(wèi)星導航兼容其它衛(wèi)星導航系統(tǒng)的服務體制。

2014年1月， 國務院下發(fā)《關于促進地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》特別強調(diào)從五個重點領域推進，其中之一便是發(fā)展地理信息與導航定位融合服務：結(jié)合北斗衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 提升導航電子地圖、互聯(lián)網(wǎng)地圖等基于位置的服務能力，積極發(fā)展推動國民經(jīng)濟建設和方便群眾日常生活的移動位置服務產(chǎn)品，培育新的經(jīng)濟增長點。

2014年03月，《道路運輸車輛動態(tài)監(jiān)督管理辦法》（中華人民共和國交通運輸部中華人民共和國公安部國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令2014年第5號）規(guī)定，旅游客車、包車客車、三類以上班線客車、危險貨物運輸車輛、重型載貨汽車和半掛牽引車在出廠前應當安裝符合標準的衛(wèi)星定位裝置。

2014年03月《國家測繪地理信息局關于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)推廣應用的若干意見》指出要著力加快“北斗”地面基礎設施建設、加強“北斗”在測繪地理信息行業(yè)的應用、支持企業(yè)申報“北斗”產(chǎn)業(yè)化示范項目、加強位置服務的安全監(jiān)管。

三、北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北京時間2015年3月30日21時52分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號丙運載火箭成功將首顆新一代北斗導航衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定軌道。這顆衛(wèi)星的發(fā)射成功標志著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的啟動實施。

這次發(fā)射的新一代北斗導航衛(wèi)星，是我國發(fā)射的第17顆北斗導航衛(wèi)星。它將開展新型導航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作，為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球組網(wǎng)建設提供依據(jù)。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。

至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時，已為正式系統(tǒng)發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上），4顆中地球軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上）。

未來北斗衛(wèi)星全球?qū)Ш较到y(tǒng)將會有35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

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總之，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設、發(fā)展以應用推廣和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為根本目標，遵循4項基本原則。

開放性。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設、發(fā)展和應用將對全世界開放，為全球用戶提供高質(zhì)量的免費服務，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進各衛(wèi)星導航系統(tǒng)間的兼容與互操作，推動衛(wèi)星導航技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

自主性。中國將自主建設和運行北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可獨立為全球用戶提供服務。

兼容性。在全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會(ICG)和國際電聯(lián)(ITU)框架下，使北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與世界各衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)兼容與互操作，使所有用戶都能享受到衛(wèi)星導航發(fā)展的成果。

漸進性。中國將積極穩(wěn)妥地推進北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設與發(fā)展，不斷完善服務質(zhì)量，并實現(xiàn)各階段的無縫銜接。