北斗卫星导航系统的发展与思考

北斗卫星导航系统

第29卷第2期2008年3月

宇 航 学 报

JournalofAstronautics

Vol.29No.2

March2008

北斗卫星导航系统的发展与思考

谭述森

(中国人民解放军61081部队,北京100094)

摘 要:从世界卫星导航发展史出发,评述了中国北斗卫星导航系统从中获得的有益启示,阐明了中国北斗卫星导航系统小幅起步的研制建设思路。在分析国际卫星导航系统发展趋势的基础上,论述了北斗全球系统的必要性、可行性和战略价值,提出了北斗GNSS的发展思路。

关键词:卫星导航;GNSS;北斗卫星导航系统

中图分类号:P228 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2008)02-0391-06

1 世界卫星导航发展史的启示

[1]

苏联于20世纪70年代建设GLONASS系统。轨道高度为19100km,卫星数24颗,3个轨道面。导航频率2个:L1为1602.0-1615.5MHz,L2为1246.0-1256.5MHz,也是采用伪距定位原理,于1995年曾布满星座,但目前仅20%的时间提供三维服务。从第一颗试验卫星开始到全球系统布满共发射了76颗卫星。

1.3 卫星导航发展史启示

(1)两代系统替换式发展,虽然显示了天基无线电导航的优越性,却延缓了卫星导航发展进程。

两代系统的定位原理由多普勒定位改为伪距定位,卫星轨道高度由1000km升高至20000km左右,导航频率由甚高频升至L频段。两代系统毫无兼容性可继承,造成用户导航中断,资源浪费,也延缓了卫星导航的发展进程。为实现全球覆盖,GPS发射了41颗卫星,GLONASS发射了76颗卫星。从卫星导航起步到全球系统建成,两大系统各花了约36年,工程之浩大不可小视。

(2)只解决了用户在何时、何地的定位和授时问题,未解决位置数据共享,没给导航与通信集成留有余地。

(3)军民信号同频点共用,导航战施展受限,只能以BOC调制重新设计M码军用信号。

(4)未解决动态用户定时问题。

(5)未解决卫星时间同步与精密轨道确定的高度依赖性,任一卫星的原子钟性能下降,均影响其他

1.1 美苏两国以多普勒原理建成了两个类似的初级卫星导航系统

尽管美国GPS联合办公室首位负责人帕金森与苏联学者纳尔托布对谁发明了第一个卫星导航系统存在争议,但双方不谋而合地在1960年代分别建设了两个类似的卫星导航系统。一个是美国于1963年建成的子午仪,一个是苏联1979年建成的圣卡达。它们的共同点是:都采用1000km高度圆轨道卫星,使用150MHz和400MHz甚高频导航信号,5min-6min完成一次定位,1.5小时至2小时进行一次二维定位,精度均在80m-100m。

1.2 美苏两国以RNSS原理相继建成了第二代卫星无线电导航系统

为了统一无线电导航手段,取代奥米加、罗兰C等众多地基导航系统,并实现高精度、连续、三维定位与测速,美国国防部于1973年批准了GPS计划,设计了GPS方案:轨道高度为20230km;卫星数为24颗,分布在3个轨道面上(后来修改为6个轨道平面);用户可同时看到6-11颗卫星;导航频率有2个,L1为1575.42MHz,L2为1227.60MHz;采用了RNSS伪距定位原理。该系统于1994年建成,定位精度:PPS服务为8米(SEP),SPS服务为100米。从第一颗试验卫星起算到全球系统建成共发射了41颗卫星。

收稿日期:2007-08-07; 修回日期:2008-01-08

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