北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是是中國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是除美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，其建設(shè)與發(fā)展則遵循開(kāi)放性、自主性、兼容性、漸進(jìn)性這4項(xiàng)原則。2011年4月10日4時(shí)47分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭，成功將第八顆北斗衛(wèi)星送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。2011年7月27日5時(shí)44分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功將第九顆北斗衛(wèi)星送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是 中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成?？臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國(guó)GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐洲“伽利略”（GALILEO）等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成。
目前全世界有4套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：中國(guó)北斗、美國(guó)GPS、俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略”。其中美國(guó)GPS、俄羅斯“格洛納斯”已建成投入使用。中國(guó)北斗，歐洲“伽利略”仍處于建設(shè)階段。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，努力探索和發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
2000年以來(lái)，中國(guó)已成功發(fā)射了9顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”，建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國(guó)及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時(shí)、報(bào)文和GPS廣域差分功能，并已在測(cè)繪、電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用。
我國(guó)正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)（屬于第二代系統(tǒng)）。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。
我國(guó)計(jì)劃2012年左右，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。我國(guó)正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，已成功發(fā)射九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
2000年，中國(guó)“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)建成運(yùn)行，成為繼美國(guó)、俄羅斯之后世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于測(cè)繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，特別是在2008年中國(guó)南方冰凍災(zāi)害、汶川特大地震抗震救災(zāi)和北京奧運(yùn)會(huì)中發(fā)揮出非常重要的作用。
特色
北斗導(dǎo)航終端與GPS、歐洲的“伽利略”、俄羅斯的“格洛納斯”相比，最有特色的是它的短信功能，每條能發(fā)送120個(gè)漢字。
優(yōu)勢(shì)
●和美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS相比，增加了通訊功能；
●全天候快速定位，與GPS精度相當(dāng)；
●同時(shí)具備定位與通信功能，無(wú)需其他通信系統(tǒng)支持；
●覆蓋中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)，24小時(shí)全天候服務(wù)，無(wú)通信盲區(qū)；
●特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無(wú)依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；
●獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解決“我在哪？”和“你在哪？”；
●自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。
劣勢(shì)
●北斗一號(hào)系統(tǒng)屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)容量有限，定位終端比較復(fù)雜。
●北斗一號(hào)系統(tǒng)屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，目前只能為中國(guó)以及周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。
GPS 英文全稱為Global Positioning System，中文翻譯為全球定位系統(tǒng)，又稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部研制和維護(hù)，可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的需要。該系統(tǒng)包括太空中的24顆GPS衛(wèi)星；地面上的1個(gè)主控站、3個(gè)數(shù)據(jù)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站及作為用戶端的GPS接收機(jī)。最少只需其中3顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能聯(lián)接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來(lái)的位置就越精確。
覆蓋范圍
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋中國(guó)本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°-140°，北緯5°- 55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)，能夠確保地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間能同時(shí)觀測(cè)到6-9顆衛(wèi)星(實(shí)際上最多能觀測(cè)到11顆)。
數(shù)量和軌道
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星，衛(wèi)星的赤道角距約60°。GPS是在6個(gè)軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星軌道為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時(shí)58分。
定位原理
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)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(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自己三維定位數(shù)據(jù)?！氨倍芬惶?hào)”的這種工作原理帶來(lái)兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是用戶定位的同時(shí)失去了無(wú)線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量上、價(jià)格和功耗方面處于不利的地位。
定位精度
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時(shí)精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前已由16m提高到6m，C/A碼目前已由25-100m提高到12m，授時(shí)精度目前約20ns。
用戶容量
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動(dòng)雙向測(cè)距的詢問(wèn)--應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)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(wèn)信號(hào)，還要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，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(wèn)信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。GPS 是單向測(cè)距系統(tǒng)，用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測(cè)距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無(wú)限的。
生存能力
和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，“北斗一號(hào)”基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是“北斗一號(hào)”對(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，即使主控站被毀GPS衛(wèi)星也可以獨(dú)立運(yùn)行。而“北斗一號(hào)” 系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。
實(shí)時(shí)性
“北斗一號(hào)”用戶的定位申請(qǐng)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(guò)地球靜止衛(wèi)星走一個(gè)來(lái)回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時(shí)間延遲就更長(zhǎng)了，因此對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點(diǎn)，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。
未來(lái)發(fā)展
較之目前仍在運(yùn)行的“北斗一號(hào)”，“北斗二號(hào)”在諸多方面具有優(yōu)勢(shì)，包括可以有效避免遭受電磁干擾和攻擊，實(shí)現(xiàn)無(wú)源定位，在精確度方面大大提高，“北斗一號(hào)”精確度在10米之內(nèi)，而“北斗二號(hào)”可以精確到“厘米”之內(nèi)。
隨著北斗2號(hào)的發(fā)射成功，中國(guó)自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從2009年起進(jìn)入了組網(wǎng)高峰期，預(yù)計(jì)在2020年左右形成覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。2009年將有多顆衛(wèi)星發(fā)射升空，3年內(nèi)完成系統(tǒng)組網(wǎng)，并具備基本的運(yùn)行能力。在此基礎(chǔ)上將逐步發(fā)展到為全球服務(wù)。
正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供即開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，軍事定位達(dá)到厘米級(jí)，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。隨著“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的推廣應(yīng)用和中國(guó)正在著力研究開(kāi)發(fā)的下一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（CNSS）。
中國(guó)將本著開(kāi)放、獨(dú)立、兼容、漸進(jìn)的原則，發(fā)展自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其“三步走”發(fā)展路線圖為：第一步，從2000年到2003年，我國(guó)建成由3顆衛(wèi)星組成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。第二步，建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于2012年前形成我國(guó)及周邊地區(qū)的覆蓋能力。第三步，于2020年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球覆蓋能力。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將是一個(gè)由30余顆衛(wèi)星、地面段和各類用戶終端構(gòu)成的大型航天系統(tǒng)，技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大，其建設(shè)應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)我國(guó)航天從單星研制向組批生產(chǎn)、從保單星成功向組網(wǎng)成功、從以衛(wèi)星為核心向以系統(tǒng)為核心、從面向行業(yè)用戶向大眾用戶的歷史性轉(zhuǎn)型，開(kāi)啟我國(guó)航天事業(yè)的新征程，并將對(duì)維護(hù)我國(guó)國(guó)家安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)科技文化全面發(fā)展提供重要保障。
北斗一號(hào)
“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星(800e和1400e)、一顆在軌備份衛(wèi)星(110.50e)、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機(jī)等部分組成。
系統(tǒng)的工作過(guò)程是：
首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星i和衛(wèi)星ii同時(shí)發(fā)送詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問(wèn)信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用戶的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對(duì)定位申請(qǐng)，中心控制系統(tǒng)測(cè)出兩個(gè)時(shí)間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個(gè)延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個(gè)以第一顆衛(wèi)星為球心的一個(gè)球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個(gè)坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號(hào)發(fā)送給用戶。
“北斗一號(hào)”的覆蓋范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米(1σ)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75mhz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時(shí)540000戶。
北斗一號(hào)的應(yīng)用：
“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在2008年的汶川地震抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，救災(zāi)部隊(duì)攜帶的“北斗一號(hào)”終端機(jī)不斷從前線發(fā)回各類災(zāi)情報(bào)告，為指揮部指揮抗震救災(zāi)提供了重要的信 息支援。
地震中的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)
中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用管理中心負(fù)責(zé)人介紹說(shuō)，地震發(fā)生后，中心為救援部隊(duì)緊急配備了1000多臺(tái)“北斗一號(hào)”終端機(jī)，實(shí)現(xiàn)了各點(diǎn)位之間、點(diǎn)位與北京之間的直線聯(lián)絡(luò)。在災(zāi)區(qū)通信沒(méi)有完全修復(fù)，信息傳送不暢的情況下，各救援部隊(duì)利用“北斗一號(hào)”及時(shí)準(zhǔn)確地將各種信息發(fā)回。[1][2]
2008年5月17日?qǐng)?bào)道，成都軍區(qū)某部通過(guò)“北斗一號(hào)”發(fā)回信息：北川縣茶坪余震不斷，海子(湖泊在當(dāng)?shù)氐姆Q呼)水位迅速上升，隨時(shí)可能發(fā)生重大洪災(zāi)。災(zāi)民已棄家轉(zhuǎn)移高處，46名重傷員急需救助。新華社2008年5月16日也曾報(bào)道，救援部隊(duì)攜帶的“北斗一號(hào)”終端機(jī)，15日繼續(xù)傳回汶川地震災(zāi)區(qū)的最新災(zāi)情和救援情況，大部分救援部隊(duì)已經(jīng)到達(dá)指定位置，在災(zāi)區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)展開(kāi)全面搜救。從這兩則報(bào)道可以看出，在當(dāng)?shù)赝ㄐ旁O(shè)施嚴(yán)重受損的情況下，我國(guó)自主研制的“北斗一號(hào)”系統(tǒng)能發(fā)揮重要作用，救災(zāi)指揮部可以通過(guò)“北斗一號(hào)”系統(tǒng)，精確判定各路救災(zāi)部隊(duì)的位置，以便根據(jù)災(zāi)情及時(shí)下達(dá)新的救援任務(wù)。[1]
曹沖研究員介紹說(shuō)，我國(guó)的“北斗二號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是建立在“北斗一號(hào)”區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上的。中國(guó)先后在2000年10月31日、2000年12月21日和2003年5月25日發(fā)射了3顆“北斗”靜止軌道試驗(yàn)導(dǎo)航衛(wèi)星，組成了“北斗”區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備在中國(guó)及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時(shí)、報(bào)文和GPS功能。但由于該系統(tǒng)用戶無(wú)法保持無(wú)線電靜默，也無(wú)法在高速移動(dòng)的平臺(tái)上使用，“北斗一號(hào)”系統(tǒng)不能用于軍事用途。
中國(guó)的“北斗一號(hào)”系統(tǒng)，與美國(guó)和俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星尚有較大的差距?！氨倍芬惶?hào)”定位系統(tǒng)只能覆蓋中國(guó)和周邊一些國(guó)家和地區(qū)，是區(qū)域性而不是全球性的，它只是在亞太地區(qū)。美國(guó)和俄羅斯的導(dǎo)航衛(wèi)星則是全球性的。
“所以，這次執(zhí)行索馬里護(hù)航任務(wù)的中國(guó)海軍不可能使用‘北斗一號(hào)’衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！辈軟_研究員說(shuō)。
另外，“北斗一號(hào)”系統(tǒng)是在地球同步軌道上運(yùn)行，也就是說(shuō)在離地球3.6萬(wàn)公里的高度上運(yùn)行。而美國(guó)和俄羅斯的導(dǎo)航衛(wèi)星則是在幾百公里到上千公里的低軌道運(yùn)行。
“北斗一號(hào)”系統(tǒng)在導(dǎo)航方式上也與美俄的全球定位衛(wèi)星有一定的差距?！氨倍芬惶?hào)”屬于主動(dòng)式的。就是說(shuō)，“北斗一號(hào)”是用戶先發(fā)射需要定位的信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面控制中心，地面控制中心解算出位置后再通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶；而GPS和“格洛納斯”系統(tǒng)只需要接收4個(gè)衛(wèi)星的位置信息，由自己解算出三維坐標(biāo)。這是由于“北斗一號(hào)”本身是兩維導(dǎo)航系統(tǒng)，僅靠?jī)深w星的觀測(cè)量尚不能定位，觀測(cè)量的取得及定位解算均需在地面中心站進(jìn)行。
曹沖研究員說(shuō)，即使“北斗一號(hào)”系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)，但在去年發(fā)生的汶川地震中也大顯身手。當(dāng)時(shí)通訊中斷的情況下，攜帶“北斗一號(hào)”系統(tǒng)接收機(jī)的救援部隊(duì)，還是按指定時(shí)間到達(dá)了災(zāi)區(qū)。
另外，“北斗一號(hào)”還可以提供用戶的雙向通訊功能，用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間均可實(shí)現(xiàn)雙向簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信。通過(guò)“北斗”系統(tǒng)，用戶一次最多可以傳輸120個(gè)字符?！般氪ǖ卣鸢l(fā)生以后的幾天內(nèi)，‘北斗’系統(tǒng)是災(zāi)區(qū)和外界聯(lián)系的唯一途徑。”曹沖研究員說(shuō)。
針對(duì)“北斗一號(hào)”系統(tǒng)的眾多缺點(diǎn)，一些西方防務(wù)專家認(rèn)為，中國(guó)的“北斗一號(hào)”系統(tǒng)的功能還是有限的，它的地域有限，而且它的速度較慢，因?yàn)樾枰獙?dǎo)航的車輛或飛機(jī)首先發(fā)出一個(gè)信號(hào)才能接收到自己位置的信號(hào)。還有，在軍事用途上，“北斗一號(hào)”系統(tǒng)比較危險(xiǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)軍事單位或是一件武器要想確切知道自己的位置，首先要向北斗衛(wèi)星發(fā)信號(hào)。而一發(fā)信號(hào)，就容易被對(duì)方判斷出自己的位置，因而暴露了自己。
曹沖研究員說(shuō)，中國(guó)即將建立的“北斗二號(hào)”全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)無(wú)論是導(dǎo)航方式，還是覆蓋范圍上都和美國(guó)的GPS非常類似，而且有著GPS和“格洛納斯”系統(tǒng)無(wú)法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?！氨倍范?hào)”系統(tǒng)主要有三大功能：快速定位，為服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶提供全天候、實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS民用定位精度相當(dāng)；短報(bào)文通信，一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息；精密授時(shí)，精度達(dá)20納秒。
在中國(guó)市場(chǎng)上，目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用最集中體現(xiàn)在車載導(dǎo)航儀器上，GPS車載導(dǎo)航儀器占據(jù)了很大的市場(chǎng)。一臺(tái)普通GPS車載導(dǎo)航儀器甚至買到800元。在費(fèi)用方面，為了競(jìng)爭(zhēng)，GPS提供免費(fèi)服務(wù)。
那么，在國(guó)產(chǎn)的GPS——“北斗二號(hào)”投入使用后，會(huì)不會(huì)取代GPS呢？曹沖研究員的答案是否定的?！啊倍范?hào)’和GPS以后將形成競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)好消息，另外，中國(guó)的‘北斗二號(hào)’車載導(dǎo)航儀將兼容GPS，這樣，使用者將非常方便。”曹沖研究員說(shuō)。
北斗二號(hào)具備全球?qū)Ш侥芰Γ?/b>
2004年8月31日，中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)立項(xiàng)，將于2008年前后建成?！氨倍范?hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將克服“北斗一號(hào)”系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，同時(shí)具備通信功能，其建設(shè)目標(biāo)是為中國(guó)及周邊地區(qū)的我軍民用戶提供陸、海、空導(dǎo)航定位服務(wù)，促進(jìn)衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)功能的應(yīng)用，為航天用戶提供定位和軌道測(cè)定手段，滿足武器制導(dǎo)的需要，滿足導(dǎo)航定位信息交換的需要。
2007年4月14日，我國(guó)成功發(fā)射了第二代第1顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。2009年4月15日，又成功將第2顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航工程中心負(fù)責(zé)人介紹，這次發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星(COMPASS－G2)，是中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)計(jì)劃中的前二顆組網(wǎng)衛(wèi)星，是地球同步靜止軌道衛(wèi)星。這兩顆衛(wèi)星的成功發(fā)射，對(duì)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)具有十分重要的意義。目前“北斗二號(hào)”衛(wèi)星組網(wǎng)首批實(shí)用衛(wèi)星發(fā)射已進(jìn)入倒計(jì)時(shí)階段，在今年和明年兩年我們要發(fā)射10顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星，計(jì)劃2015年建成一個(gè)由三十幾顆衛(wèi)星組成的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。目前我國(guó)的各種導(dǎo)航定位設(shè)備都要靠美國(guó)的GPS系統(tǒng)提供服務(wù)，“北斗二號(hào)”系統(tǒng)建成后，將使我國(guó)在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，并且中國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星也從此開(kāi)始具備全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Α?
“北斗二號(hào)”導(dǎo)航定位系統(tǒng)是通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星至用戶的信號(hào)傳播延遲，利用測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。通過(guò)3顆衛(wèi)星測(cè)距，得到用戶至衛(wèi)星的距離，確定兩維位置；再通過(guò)增加第4顆衛(wèi)星的測(cè)量，可以計(jì)算三維位置和時(shí)間。該系統(tǒng)的空間段由分布在不同軌道多顆衛(wèi)星組成，它們構(gòu)成導(dǎo)航星座。該系統(tǒng)采用的衛(wèi)星是一種全新的衛(wèi)星，采用了很多新技術(shù)。自首顆衛(wèi)星發(fā)射成功以來(lái)，就開(kāi)始了在軌測(cè)試和新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證等工作。通過(guò)首顆二代導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)射、在軌測(cè)試和在軌試驗(yàn)，驗(yàn)證了衛(wèi)星各種新技術(shù)，有力推進(jìn)了導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)。
“北斗二號(hào)”是我國(guó)開(kāi)發(fā)的獨(dú)立的全球衛(wèi)星地位系統(tǒng)，不是“北斗一號(hào)”功能的簡(jiǎn)單延伸，更類似于GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)。第二代北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星飛行在高度為21500千米的中圓軌道運(yùn)行，這兩顆不再以“試驗(yàn)”冠名的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星順利升空，標(biāo)志著中國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入新的實(shí)際應(yīng)用發(fā)展建設(shè)階段。我國(guó)將在未來(lái)幾年里陸續(xù)發(fā)射系列北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，計(jì)劃2009年左右滿足中國(guó)及周邊地區(qū)用戶對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求，2011年前滿足亞洲地區(qū)的導(dǎo)航服務(wù)，并進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗(yàn)，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)將主要用于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為交通運(yùn)輸、氣象、石油、海洋、森林、通信、公安等部門以及其他特殊行業(yè)提供高效的導(dǎo)航定位服務(wù)。
正在建設(shè)的“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，它們是無(wú)源導(dǎo)航衛(wèi)星，不同于第一代的有源導(dǎo)航，這可以為需要導(dǎo)航的用戶帶來(lái)極大的安全。該衛(wèi)星提供兩種服務(wù)方式，即開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)。
目前我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用范圍和行業(yè)不斷擴(kuò)展，全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模以每?jī)赡攴环乃俣瓤焖僭鲩L(zhǎng)。近年來(lái)，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位業(yè)務(wù)發(fā)展很快，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶已突破30萬(wàn)戶，直接產(chǎn)值達(dá)35億元，占中國(guó)導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)的20%左右，由它帶動(dòng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)將達(dá)數(shù)百億元。我國(guó)正出臺(tái)政策加快“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，制定“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用應(yīng)用政策，促進(jìn)“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，鼓勵(lì)其他行業(yè)和領(lǐng)域采用“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)體制。目前我國(guó)及周邊國(guó)家主要依靠美國(guó)的GPS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航定位服務(wù)，而隨著中國(guó)“北斗二號(hào)”系統(tǒng)的建成，將使我國(guó)在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，也將逐步擁有大批的海外固定應(yīng)用客戶，并帶動(dòng)一大批國(guó)內(nèi)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，甚至直接拉動(dòng)我國(guó)航太技術(shù)的進(jìn)步。 [2
物聯(lián)網(wǎng)與北斗二號(hào)的結(jié)合應(yīng)用之探討
1物聯(lián)網(wǎng)和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)介
物聯(lián)網(wǎng)的英文名是Internet of Things（IOT），也稱為Web of Things，是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。
物聯(lián)網(wǎng)于1995年在比爾蓋茨的書《未來(lái)之路》中提出，2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》指出，無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過(guò)因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換。2009年，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)年，美國(guó)將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟(jì)的兩大重點(diǎn)。2009年8月溫家寶總理在視察中科院無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究所時(shí)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也提出了一些看法和要求。自溫總理提出“感知中國(guó)”以來(lái),物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”，物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)受到了全社會(huì)極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度是在美國(guó)、歐盟、以及其他各國(guó)不可比擬的。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究非?；馃幔?yàn)樗窍乱粋€(gè)萬(wàn)億級(jí)別的超大產(chǎn)業(yè)，正值國(guó)內(nèi)北斗二號(hào)的研究熱，關(guān)于北斗二號(hào)的發(fā)展路子可以借鑒美國(guó)GPS的成功經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用上面大膽創(chuàng)新與開(kāi)發(fā)。雖然在物聯(lián)網(wǎng)的定義中出現(xiàn)了“全球定位系統(tǒng)”，但是國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究甚少，我國(guó)可以開(kāi)此先河，認(rèn)真研究北斗二號(hào)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用。
1.2北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
眾所周知，上世紀(jì)70年代美國(guó)最先嘗試用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)地球表面的導(dǎo)航與定位，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Globle Positioning System)，其能提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)。GPS由三部分組成:廣播信號(hào)的衛(wèi)星組成的空間部分、控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的控制部分以及各類 GPS 接收機(jī)組成的用戶部分，見(jiàn)圖1。
圖1 GPS的組成部分
GPS 定位的基礎(chǔ)就是測(cè)距，即通過(guò)測(cè)量時(shí)差獲得衛(wèi)星和接收機(jī)之間的偽距，再通過(guò)“三球交匯”確定目標(biāo)位置，見(jiàn)圖2。
圖2 “三球交匯”原理
為打破美國(guó)GPS的壟斷地位，歐盟已啟動(dòng)“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)的建設(shè)，俄羅斯也已開(kāi)始部署自己的“格洛納斯” 衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它們的定位原理與GPS大同小異。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按照北斗整體發(fā)展規(guī)劃的“三步走”戰(zhàn)略，目前已建成“北斗一號(hào)”并投入使用?！氨倍芬惶?hào)”同樣采用三球交會(huì)的基本原理，但與GPS有所差別。相比于GPS，“北斗一號(hào)”特有短報(bào)文通信功能，定位與通信合一，可方便實(shí)現(xiàn)信息互通、指揮自動(dòng)化、位置報(bào)告等，在2008年汶川大地震救援中“北斗一號(hào)”的定位與通信功能就顯示出了很重要的作用。
受技術(shù)體制與規(guī)模限制，“北斗一號(hào)”系統(tǒng)有其局限性。目前我國(guó)正在建設(shè)“北斗二號(hào)”全球系統(tǒng)。其建設(shè)目標(biāo)是“2020年，建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱北斗二號(hào)系統(tǒng)二期工程），性能達(dá)到同時(shí)期國(guó)際先進(jìn)水平”。“北斗二號(hào)”的定位原理和GPS、GLONASS、Galileo大體相同，用戶終端無(wú)須發(fā)射信號(hào)，僅需要同時(shí)接收四顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，即可解算出自身的位置。與此同時(shí)，“北斗二號(hào)”還保留并加強(qiáng)了北斗一號(hào)的短報(bào)文通信功能，這也是北斗二號(hào)不同于GPS、GLONASS、Galileo的一大特色?！氨倍范?hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度為米級(jí)，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度為0.1米/秒。按照建設(shè)規(guī)劃，2012年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將首先提供覆蓋亞太地區(qū)的導(dǎo)航、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)能力。2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?！氨倍范?hào)”系統(tǒng)的建成將使我國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴。
2物聯(lián)網(wǎng)和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理及關(guān)鍵技術(shù)
2.1物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架
一般認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)由三層構(gòu)成：感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)獲識(shí)別物體，采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。傳輸層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，如圖3。
圖3 物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)架
2.2與北斗二號(hào)結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)
在實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、人與人的互聯(lián)過(guò)程中，位置信息是很重要的一個(gè)方面。建成后的北斗二號(hào)系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中能為物和人提供很好的定位服務(wù)，如圖4。
圖4 基于北斗二號(hào)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架（“ ”表示信息的傳遞方向）
兩外，從上圖可以清晰地看到人要獲得物的各種屬性比從傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)獲得途徑多了一條途徑即通過(guò)北斗二號(hào)獲得物的屬性，這就使不方便上網(wǎng)的情況下可以對(duì)物實(shí)時(shí)監(jiān)控。例如部隊(duì)在野外實(shí)行戰(zhàn)斗任務(wù)不知道敵方的情況時(shí)，可利用攜有北斗二號(hào)接收機(jī)的傳感小機(jī)器人上前探測(cè)，將探測(cè)的信息發(fā)給北斗二號(hào)，北斗二號(hào)再將這些信息以及它的位置信號(hào)發(fā)給人，這就能夠更好地探測(cè)前方的虛實(shí)了。
2.3相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)
2.3.1物的身份識(shí)別
這也是物聯(lián)網(wǎng)遇到的首要問(wèn)題，當(dāng)前我國(guó)目前僅有2．3億個(gè)IPV4地址，顯然無(wú)法滿足IP地址高速增長(zhǎng)的需求。更為嚴(yán)重是，截至目前全世界約45億個(gè)IP地址僅剩下6％，碼址資源正面臨枯竭。中國(guó)的情況更為嚴(yán)重，美國(guó)獲得了67％的IPV4的地址，每個(gè)人有9個(gè)IP地址，中國(guó)每個(gè)人只有0．06個(gè)地址。另外，要使北斗二號(hào)識(shí)別如此眾多的物體，給每一個(gè)物體編址也是亟待解決的問(wèn)題。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，可以使用IPV6，以期將IP地址總量由2的32次方，躍升至2的128次方，開(kāi)啟一個(gè)“取之不盡”的網(wǎng)絡(luò)地址庫(kù)。
2.3.2數(shù)據(jù)融合與信息存儲(chǔ)
物聯(lián)網(wǎng)中信息種類、數(shù)量都成倍增加，其需要分析的數(shù)據(jù)量成級(jí)數(shù)增加，同時(shí)還涉及到多個(gè)系統(tǒng)之間各種信息數(shù)據(jù)的融合問(wèn)題，如何從海量數(shù)據(jù)中挖掘隱藏信息等問(wèn)題，云計(jì)算是當(dāng)前能夠看到的解決辦法之一。面對(duì)如此眾多的信息量，BD-2的信號(hào)接收能力甚至顯得“單薄” ，所以采用何種壓縮編碼和信息存儲(chǔ)也是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。
2.3.3如何減小定位誤差
北斗二號(hào)的設(shè)計(jì)精度為米級(jí)，對(duì)于更高精度的定位需求應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)？為實(shí)現(xiàn)更高精度的定位可采用差分技術(shù)。建設(shè)在精確已知位置處的差分參考站，參考站產(chǎn)生定位差分無(wú)線電信號(hào)（即在參考位置上產(chǎn)生定位的修正量，再通過(guò)無(wú)線鏈路將修正量廣播給待定位的接收機(jī)），實(shí)際待定位的北斗二號(hào)接收機(jī)接收這些差分信號(hào)后即可用此對(duì)已定位的結(jié)果進(jìn)行修正（如圖5）。采用差分定位時(shí)準(zhǔn)確度受距離參考站的距離影響，越遠(yuǎn)效果越差。
圖5 利用差分技術(shù)減少北斗二號(hào)定位誤差
2.3.4接收機(jī)的性能指標(biāo)的提高
接收機(jī)的跟蹤通道數(shù)、接收跟蹤信號(hào)的種類、測(cè)量定位精度、時(shí)間同步精度、位置數(shù)據(jù)更新率、首次定位時(shí)間、接收靈敏度等指標(biāo)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上要有所提高，同時(shí)應(yīng)注重接收機(jī)的小型化、低功耗化。
3物聯(lián)網(wǎng)與北斗二號(hào)的結(jié)合應(yīng)用舉例
3.1貴重物品保管及防盜
將某些貴重物品連入物聯(lián)網(wǎng)，能實(shí)時(shí)地獲得關(guān)于其的各種信息，同時(shí)輔以北斗定位功能，能實(shí)時(shí)知道其準(zhǔn)確位置，這對(duì)了解物品的保存狀況以及在物品不慎丟失后將其追回提供便利。不時(shí)有歐洲某某名畫被竊事件發(fā)生，國(guó)內(nèi)亦有重要涉密筆記本丟失的情況，如能對(duì)此類貴重物品采取以下描述的技術(shù)措施，將有可能挽回?fù)p失（以筆記本電腦為例）：
在筆記本生產(chǎn)時(shí)嵌入高清攝像頭、指紋提取器、微型北斗二號(hào)接收機(jī)。當(dāng)筆記本被不正常開(kāi)機(jī)或者拆卸（即被未授權(quán)用戶操縱）時(shí)，筆記本自動(dòng)開(kāi)啟攝像頭和指紋提取器，將未授權(quán)者的影像（一般是頭部像）記錄下來(lái)并存儲(chǔ)，在未授權(quán)者觸摸筆記本某些部位時(shí)指紋提取器自動(dòng)提取其指紋信息并存儲(chǔ)（這里指的某些部位即一般操作筆記本時(shí)必須用手接觸的部位如鍵盤、觸控板等，在這些部位安裝有指紋提取器）。同時(shí)，北斗二號(hào)接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，解算出該筆記本的準(zhǔn)確定位信息。存儲(chǔ)的未授權(quán)者的影像、指紋和筆記本的定位信息（甚至筆記本中資料被竊取等記錄——如果安裝了相關(guān)的保密軟件的話）通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)或者通過(guò)北斗衛(wèi)星傳送給控制中心，控制中心即可獲得追中此丟失筆記本的重要線索（如圖6）。當(dāng)然為完成此項(xiàng)工作，需將嵌入的高清攝像頭指紋提取器、微型北斗二號(hào)接收機(jī)等設(shè)備置于隱蔽狀態(tài)，并且其供電系統(tǒng)與筆記本開(kāi)機(jī)的供電系統(tǒng)分離，以保證在筆記本未開(kāi)機(jī)時(shí)仍能完成以上任務(wù)。在控制中心獲得關(guān)于丟失筆記本的相關(guān)信息后，可發(fā)送控制命令給北斗二號(hào)接收機(jī)，從而控制該筆記本采取自我保護(hù)措施——或者將攜帶的重要、涉密信息自我銷毀，或者使竊取者無(wú)法施竊。
圖6 筆記本電腦的物聯(lián)與定位追中
3.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
目前，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題，也是關(guān)系到人民群眾生活健康幸福的重大問(wèn)題。我國(guó)部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化已引起有關(guān)部門的重視，但具體對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、治理、管理的力度還欠缺。在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程中，可將某一地區(qū)的環(huán)境狀況納入物聯(lián)網(wǎng)，并利用北斗二號(hào)定位系統(tǒng)對(duì)具有相應(yīng)環(huán)境指標(biāo)的地點(diǎn)進(jìn)行精確定位，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)此地區(qū)環(huán)境狀況的全面了解，且方便快捷，替代傳統(tǒng)的人力在采樣地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的落后狀況。下面以洞庭湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)為例：
自上世紀(jì)中葉以來(lái)洞庭湖的湖面面積急劇萎縮，水質(zhì)也明顯變差，對(duì)其監(jiān)管刻不容緩。若要對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，可用直升飛機(jī)向水面均勻播撒一些傳感器，這些傳感器同時(shí)也是北斗二號(hào)接收機(jī)（覆蓋力求均勻）。傳感器首先應(yīng)是對(duì)水體無(wú)污染的。傳感器可測(cè)量水中某些作為衡量水質(zhì)好壞的物質(zhì)的濃度、水生動(dòng)植物的密度（甚至是水下動(dòng)植物圖像）、水深、水流速等。同時(shí)作為北斗二號(hào)接收機(jī)能接受北斗衛(wèi)星信號(hào)，解算出此傳感器的準(zhǔn)確位置。將傳感器檢測(cè)到的水質(zhì)指標(biāo)和傳感器位置通過(guò)北斗衛(wèi)星發(fā)送給控制中心，控制中心即獲得湖面各個(gè)不同位置的定位信息和水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)?？刂浦行目蓳?jù)此數(shù)據(jù)得到洞庭湖的整體水質(zhì)情況。此種方案免去了大量的人力物力，但若要做到降低成本，應(yīng)降低每個(gè)傳感器的成本，同時(shí)可考慮傳感器的重復(fù)利用——這需要考慮傳感器的壽命問(wèn)題。另外，傳感器中的北斗二號(hào)接收機(jī)盡量貼近水面，以便能準(zhǔn)確接收衛(wèi)星信號(hào)，減少定位誤差。
3.3智能交通管理
目前已經(jīng)將GPS等導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用于智能交通，但針對(duì)目前城市交通擁擠、交通事故頻發(fā)、醉酒駕車等現(xiàn)象，相關(guān)部門的監(jiān)管顯得力不從心。我們?cè)O(shè)想利用物聯(lián)網(wǎng)和北斗二號(hào)系統(tǒng)讓現(xiàn)代交通變得更智能，更透明：車輛上安裝北斗二號(hào)接收機(jī)用于對(duì)車輛進(jìn)行精確定位，同時(shí)車內(nèi)裝有采集車廂溫度、濕度等信息的傳感器，采集載重信息的傳感器，甚至在駕駛座處裝有酒精濃度監(jiān)測(cè)傳感器——將這些信息采集后通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)傳送給交通控制中心，控制中心即可獲得任意車輛的位置、車內(nèi)環(huán)境、是否超載、駕駛員是否醉酒駕車等信息，并可在必要時(shí)刻發(fā)送消息對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒和對(duì)行車狀態(tài)進(jìn)行控制。另外在城區(qū)重要交通路段，對(duì)每一車輛的位置信息獲得后，可對(duì)其行車路線進(jìn)行引導(dǎo)，這有助于疏導(dǎo)交通擁擠。
3.4無(wú)人駕駛
只需向汽車發(fā)出一個(gè)指令，就可以直接被送到目的地，駕駛員完全不需緊張的手握方向盤，甚至可以悠閑的上網(wǎng)、看報(bào)和聊天。車上裝有攝像頭、雷達(dá)傳感器和激光探測(cè)器等先進(jìn)的儀器，通過(guò)它們來(lái)感知公路的限速和路旁交通標(biāo)志，以及周圍的車子移動(dòng)情況，如果要出發(fā)的話只需借助北斗二號(hào)來(lái)導(dǎo)航即可，人還可以遠(yuǎn)程通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。
無(wú)人駕駛技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，可應(yīng)用于智能的交通、月球無(wú)人駕駛小車探測(cè)等。
3.5物流查找
目前，網(wǎng)上購(gòu)物越來(lái)越多，而且呈飛速發(fā)展趨勢(shì)，這也極大地促進(jìn)了現(xiàn)代物流（如圖7）的發(fā)展。越來(lái)越多的物品流動(dòng)，也造成了一定程度上的混亂，這給顧客也帶來(lái)了很多憂慮。北斗二號(hào)導(dǎo)航技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合使用可以很好地解決這個(gè)隱患。每個(gè)包裹上都有一個(gè)唯一的電子標(biāo)簽，并有小型北斗二號(hào)接收機(jī)（可以做成低功率芯片），當(dāng)顧客想要知道包裹的地址時(shí)，可以利用北斗二號(hào)發(fā)射定位信號(hào)給小型北斗二號(hào)接收機(jī)，然后將信息傳給RFID站（例如高速公路上的收費(fèi)站可作為RFID站），RFID站連接物聯(lián)網(wǎng)，于是顧客就可以在Internet上查到最新物流情況。
圖7 現(xiàn)代物流
3.6智能災(zāi)害防控
建設(shè)地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行早期監(jiān)測(cè)、預(yù)警和有效應(yīng)急處理。一旦發(fā)生了地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害，在地面的通信系統(tǒng)失效或者通信系統(tǒng)沒(méi)有覆蓋的地方，北斗二號(hào)既可以給檢測(cè)站提供定位信息，又可以通過(guò)接受傳感器信息實(shí)時(shí)檢測(cè)該區(qū)域的災(zāi)害情況。
北斗系統(tǒng)在應(yīng)急救援系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要
本文主要介紹了北斗系統(tǒng)相對(duì)于GPS系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用中的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)、北斗系統(tǒng)的工作方式。通過(guò)應(yīng)用案例進(jìn)一步驗(yàn)證北斗系統(tǒng)在應(yīng)急救援系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：GPS 北斗系統(tǒng) 應(yīng)急減災(zāi)
1、 引言
全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System－GPS）是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)。從1994年GPS系統(tǒng)投入全運(yùn)營(yíng)至今，GPS已廣泛用于民航、艦船、車輛的導(dǎo)航定位；公安、銀行、醫(yī)療、消防等部門的監(jiān)控、報(bào)警、救援系統(tǒng)；企業(yè)物流管理等系統(tǒng)。
衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是國(guó)家綜合國(guó)力的重要組成部分，美國(guó)、俄羅斯、歐盟都不惜投入巨資建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2003年我國(guó)的雙星定位系統(tǒng)——“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)投入全運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、俄羅斯之后第三個(gè)擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。在今后五年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，北斗定位系統(tǒng)將是我國(guó)唯一可應(yīng)用于軍事目的的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，因此基于對(duì)北斗定位系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)研究對(duì)于我軍提高武器效能，加快數(shù)字化、信息化建設(shè)，增強(qiáng)戰(zhàn)斗力具有不可估量的重要意義。隨著北斗定位系統(tǒng)向民間用戶的逐步開(kāi)放，它對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)也將會(huì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。
2、 北斗系統(tǒng)簡(jiǎn)介
20世紀(jì)70年代末，美國(guó)科學(xué)家G.K.Oneill提出了利用地球靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行定位的設(shè)想。80年代初，我國(guó)科學(xué)家陳芳允院士建議研制中國(guó)自己的地球靜止軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱之為“雙星定位系統(tǒng)”。1989年9月我國(guó)首次完成了雙星快速定位通訊演示實(shí)驗(yàn)。2000年10月和12月我國(guó)發(fā)射兩顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航衛(wèi)星，分別定點(diǎn)于東經(jīng)80°和140°的地球靜止軌道上。2003年5月第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功，定點(diǎn)于東經(jīng)110.5°赤道上空，作為系統(tǒng)備用衛(wèi)星。至此“北斗一號(hào)”全面建設(shè)成功，并投入全運(yùn)營(yíng)。“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的區(qū)域性有源衛(wèi)星導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)我國(guó)領(lǐng)土、領(lǐng)海及周邊地區(qū)的各種用戶進(jìn)行定位及授時(shí)，并可以實(shí)現(xiàn)各用戶之間、用戶與中心控制站之間的簡(jiǎn)短報(bào)文通信。
“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由空間部分、地面控制管理部分及用戶終端三大部分組成?？臻g部分由三顆地球同步衛(wèi)星（其中一顆為備份星）組成（圖1）；地面控制部分由一個(gè)中心控制站及若干個(gè)標(biāo)校站組成。中心控制站位于北京，是整個(gè)系統(tǒng)的管理控制處理中心，同時(shí)與兩顆工作衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信，完成對(duì)每個(gè)用戶的精確定位，并將定位信息以短信的方式通過(guò)衛(wèi)星直接發(fā)送給用戶。標(biāo)校站分布于全國(guó)各地，每個(gè)標(biāo)校站均設(shè)置于位置精確已知的固定點(diǎn)上，用于對(duì)整個(gè)工作鏈路中各環(huán)節(jié)的時(shí)延特性（如大氣傳播延遲）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和標(biāo)校處理；各種類型的用戶機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的用戶終端，可用于陸地、海洋和空中的各種用戶，滿足用戶對(duì)定位（導(dǎo)航）、授時(shí)及通信方面的需求。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理示意圖如圖2所示。
定位主要是通過(guò)偽碼測(cè)距的方式，測(cè)出用戶到每顆衛(wèi)星的距離，并利用用戶自身提供的測(cè)高數(shù)據(jù)（用戶至地面的高程）及中心控制站的地面高程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后得到用戶的經(jīng)度、緯度、高度三維位置信息。
通信的數(shù)據(jù)主要為漢字和代碼兩種形式的短消息。通過(guò)衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)和中心控制站的交換處理，用戶與用戶、用戶和中心站之間，可實(shí)現(xiàn)雙向報(bào)文通信。
中心控制站通過(guò)出站信號(hào)以幀時(shí)標(biāo)形式將“北斗一號(hào)”系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)往用戶，用戶在收到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)和信號(hào)傳輸時(shí)延后，可獲取高精度的時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)精密授時(shí)功能。在特定情況下用戶機(jī)還可以發(fā)送雙向定時(shí)申請(qǐng)信息給中心站，中心站處理之后可將更高精度的定時(shí)信息發(fā)往申請(qǐng)用戶，實(shí)現(xiàn)雙向精密授時(shí)功能。
與全球定位系統(tǒng)（GPS）相比，雙星定位系統(tǒng)增加了通信功能，具有用戶與用戶、用戶與地面控制中心之間雙向數(shù)字報(bào)文通信能力，一次可以傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息。“北斗一號(hào)”系統(tǒng)由我國(guó)自主開(kāi)發(fā)，具有安全、可靠、穩(wěn)定、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)在戰(zhàn)時(shí)唯一可以為我所用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
3、 北斗系統(tǒng)在應(yīng)急救援系統(tǒng)中的應(yīng)用案例
案例1 北斗系統(tǒng)在雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)系統(tǒng)方面的應(yīng)用
雨量檢測(cè)速報(bào)系統(tǒng)采用我公司的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)型用戶機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)。該系統(tǒng)憑借其自主性和無(wú)通訊盲區(qū)的優(yōu)勢(shì)，突破陜南多山地域水文測(cè)報(bào)信息的傳輸瓶頸，實(shí)現(xiàn)了漢中、安康、商洛三地市用戶所需的水文水情信息的實(shí)時(shí)傳輸，從而大大提高陜南地區(qū)的雨情、水情、旱情和災(zāi)情信息采集的準(zhǔn)確性及傳輸?shù)臅r(shí)效性，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)做出及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，為制定防洪抗旱調(diào)度方案提供重要的科學(xué)依據(jù)，對(duì)陜南水利的發(fā)展將起到積極的推動(dòng)作用。
該系統(tǒng)與目前大多數(shù)雨情、水情監(jiān)測(cè)速報(bào)系統(tǒng)采用的通信方式不同，系統(tǒng)首次正式采用了我國(guó)自行研發(fā)的北斗一號(hào)衛(wèi)星作為它的通信系統(tǒng)，由于通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)可同時(shí)發(fā)送至縣雨情處理中心、市防汛辦與市水文局的市雨情接收處理中心、省防汛指揮中心，因而從根本上改變了雨情必須逐級(jí)上報(bào)的狀況，這種“一發(fā)四收”的工作方式將過(guò)去的“串行”通信改為“并行”通信，大大提高了傳輸?shù)目煽啃约吧蠄?bào)的速度，這在“雨情就是災(zāi)情”，“時(shí)間就是生命”的防汛抗災(zāi)階段，更有重要的意義。
案例2 北斗系統(tǒng)在武警救援監(jiān)控平臺(tái)方面的應(yīng)用
2006年在武警總隊(duì)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)中主要采用我公司BD-DTX01型北斗多功能通信終端進(jìn)行組網(wǎng)。設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能分為單機(jī)功能和組網(wǎng)功能兩大部分。單機(jī)功能是指設(shè)備在單獨(dú)使用時(shí)所能完成的功能，包括接收北斗/GPS位置信息，具備獲取本機(jī)位置能力；短信通信功能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加密通信、文件自動(dòng)組包和拆包以實(shí)現(xiàn)文件收發(fā)功能。組網(wǎng)服務(wù)功能是指本設(shè)備與其他電子設(shè)備連接為電子化指揮系統(tǒng)提供服務(wù)的功能。當(dāng)本設(shè)備與電子化設(shè)備連接時(shí)，這些設(shè)備可以通過(guò)指定的命令訪問(wèn)本設(shè)備，獲得定位、通信信息。該系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)為：使用監(jiān)控軟件對(duì)所有信息以文件形式存儲(chǔ)，可選擇合適文件進(jìn)行發(fā)送，文件擴(kuò)展名任意，最大文件傳輸為400K；以及短信群發(fā)功能。
案例3 北斗系統(tǒng)在城市應(yīng)急指揮體系方面的應(yīng)用
2007年在洛陽(yáng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)中衛(wèi)星定位子系統(tǒng)采用我公司BD-JZ指揮型用戶機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)。人防指揮大樓指揮中心衛(wèi)星定位子系統(tǒng)主要由北斗一號(hào)指揮機(jī)和其控制計(jì)算機(jī)組成。
指揮機(jī)可下屬100個(gè)下屬用戶，在一期設(shè)計(jì)中人防大樓衛(wèi)星定位子系統(tǒng)下轄了十臺(tái)車載型用戶機(jī)和十臺(tái)手持型用戶機(jī)。車載型用戶機(jī)安裝于大型移動(dòng)平臺(tái)和小型移動(dòng)平臺(tái)上，手持型用戶機(jī)配備給機(jī)動(dòng)人員使用。指揮機(jī)可分別將受控車輛和人員位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)或平面坐標(biāo)）傳遞給指揮機(jī)的控制計(jì)算機(jī)所帶的GIS系統(tǒng)和大屏幕的GIS系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)具有自動(dòng)漫游、自動(dòng)跟蹤或查詢移動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行軌跡、方向、速度、時(shí)間等重要參數(shù)功能，可動(dòng)態(tài)標(biāo)記并區(qū)分移動(dòng)目標(biāo)，并將相關(guān)信息顯示在控制計(jì)算機(jī)的屏幕中，實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)內(nèi)各用戶行動(dòng)的動(dòng)態(tài)情況。監(jiān)控中心能廣泛、直觀地了解整個(gè)救災(zāi)人員、車輛、物資的情況；指揮站可對(duì)下屬人員、車輛進(jìn)行調(diào)度和下達(dá)命令，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效地監(jiān)控、指揮、服務(wù)。
本系統(tǒng)所具備的主要功能有：1、指揮中心具備檢測(cè)其下屬用戶定位點(diǎn)的功能；2、指揮中心具備對(duì)其下屬用戶通播信息的功能；3、指揮中心具備監(jiān)測(cè)下屬用戶之間通信信息的功能；4、指揮中心具備對(duì)其下屬用戶進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的功能；5、指揮中心具備自動(dòng)接收下屬用戶回執(zhí)的功能；6、指揮中心具備和普通手機(jī)短信互通的功能；7、指揮中心具備顯示北斗時(shí)間的功能和授時(shí)功能。
