航空航天概论论文

—中国卫星导航系统（CNSS）

北斗卫星导航系统是是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除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。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。

截至2011年底，中国已成功发射四颗北斗导航试验卫星和九颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

北斗系统的战略意义

众所周知，现代战争拼的是高科技，而战争的爆发谁都不能预计，但做到防患于未然才是中国面对未来之根本。武器再精致，但武器的灵魂脱离不了对方的控制，那才是最可怕的，未战就先输了一半。中国拥有了“北斗”导航卫星系统-尖端武器的灵魂，虽然军用、民用上中国目前还基本上还没有脱离GPS，笔者坐驾的导航系统仍然离不开GPS，但应该相信，中国人彻底摒弃GPS的日子会越来越近，这才是真正兴奋的期待……

发展历程

卫星导航系统是重要的空间信息基础设施，中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

在20世纪80年代到90年代，我国就结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020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。

2000年10月31日，中国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射成功。 至2007年2月3日零时28分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,成功将第四颗北斗导航试验卫星送入太空。该北斗导航试验卫星在西昌卫星发射中心发射升空后,因太阳帆板展开时发生故障,造成卫星不能正常运行。

2007年4月11日至2011年12月2日第十颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道，这是北斗导航系统组网的第五颗倾斜地球同步轨道卫星。

按照“三步走”的发展战略，明年年底前，我国还将陆续发射多颗组网导航卫星，不断提升系统服务性能，扩大覆盖区域，完成北斗区域卫星导航系统建设。2020年左右，将建成由30余颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统，提供覆盖全球的高精度、高可靠的定位、导航和授时服务。

北斗系统四大功能

　　短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。

　　精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。

　　定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。

　系统容纳的最大用户数：每小时540000户。

工作原理

　　北斗卫星导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延

迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

　　短报文通信：一次可传送多达120个汉字的讯息。

　　精密授时：精度达10纳秒。

定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。

实际应用

军用功能

　　“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。

这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。

民用功能

◆ 个人位置服务

◆ 气象应用

◆ 道路交通管理

◆ 铁路智能交通

◆ 海运和水运

◆ 航空运输

◆ 应急救援

未来发展

　　较之目前仍在运行的“北斗一号”，“北斗二号”在诸多方面具有优势，包括可以有效避免遭受电磁干扰和攻击，实现无源定位，在精确度方面大大提高，“北斗一号”精确度在10米之内，而“北斗二号”可以精确到“厘米”之内。

　　随着北斗2号的发射成功，中国自主研制的北斗卫星导航系统从2009年起进入了组网高峰期，预计在2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。2009年将有多颗卫星发射升空，3年内完成系统组网，并具备基本的运行能力。在此基础上将逐步发展到为全球服务。

　　正在建设的北斗卫星导航系统空间段将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供即开放服务和授权服务。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10米，军事定位达到厘米级，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。随着“北斗一号”卫星导航定位系统的推广应用，中国正在着力研究开发的下一代卫星导航定位系统（CNSS）。

　　中国将本着开放、独立、兼容、渐进的原则，发展自主的全球卫星导航系统，其“三步走”发展路线图为：第一步，从2000年到2003年，我国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统，成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力。第三步，于2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

北斗卫星导航系统将是一个由30余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的大型航天系统，技术复杂、规模庞大，其建设应用将实现我国航天从单星研制向组批生产、从保单星成功向组网成功、从以卫星为核心向以系统为核心、从面向行业用户向大众用户的历史性转型，开启我国航天事业的新征程，并将对维护我国国家安全、推动经济社会科技文化全面发展提供重要保障。

检测1214 鲁连杰（37）

2011年12月22日

航空概论 结业论文