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2003年5月27日 星期二 科技日报

北斗卫星是怎样导航定位的?  


  北京时间5月25日凌晨零时34分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,顺利地将第三颗“北斗一号”导航定位卫星送上太空。约20分钟后,西安卫星测控中心传来的监测数据表明,星箭成功分离,卫星准确进入预定轨道,发射获得圆满成功。这标志着我国已自主建成完善的卫星导航定位系统。据介绍,我国自主建立的北斗卫星导航定位系统是第一代全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统,它由两颗工作星和一颗备份星组成。此次发射的第三颗“北斗一号”是备份卫星,前两颗“北斗一号”卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空,目前系统状态良好,运行稳定。北斗卫星导航系统两颗卫星成功发射,标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航系统。这对于满足我国国民经济、国防建设的需要,推动我国卫星导航定位技术的应用,促进我国卫星导航事业的发展,具有重大的经济和社会意义。有关专家指出,利用若干颗导航定位卫星组居卫星导航系统,综合了传统天文导航定位和地面无线电导航定位的优点,相当于一个设置在太空的无线电导航台。它可以在任何时间,为任何地点的用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度。北斗卫星是如何导航定位的呢? 

  北斗卫星导航系统是我国自行开发研制的区域导航系统。这个系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端三部分构成。空间部分包括两颗地球同步轨道卫星(GEO)组成。卫星上带有信号转发装置,完成地面控制中心站和用户终端之间的双向无线电信号的中继任务。定位可以由用户终端向中心站发出请求,中心站对其进行定位后将位置信息广播出去由该用户获取,也可以由中心站主动进行指定用户的定位,定位后不将位置信息发送给用户,而由中心站保存。与GPS系统不同,所有用户终端位置的计算都是在地面控制中心站完成。因此,控制中心可以保留全部北斗终端用户机的位置及时间信息。同时,地面控制中心站还负责整个系统的监控管理。用户终端是直接由用户使用的设备,用于接收地面中心站经卫星转发的测距信号。根据执行任务不同,用户终端分为定位通信终端、集团用户管理站终端、差分终端、校时终端等。众所周知,如果不附加其它信息,仅凭定位于赤道上空的同步轨道上的两颗卫星所提供的测距数据是难以有效解算目标位置的三维坐标分量的。经过分析,当下列条件满足时,可以通过适当的数学运算确定出目标位置。以地面的汽车为例:汽车所处位置的经、纬度和距两颗地球同步卫星的高度是已知的;两颗卫星的经纬度和中心站的地心坐标也是已知的。具体的定位过程就是:首先由中心发出信号,分别经两颗卫星反射传至接收部分,再由接收部分反射两颗卫星分别传回中心站,中心站计算出两种途径所需时间,再列出两个方程,经过计算即可完成定位。目前,世界上只有少数发达国家具备自主建设卫星导航系统的能力。我国北斗卫星导航定位系统运行稳定,功能完善,在定位性能等方面还有所创新。 

  这个系统将主要用于国家经济建设,为我国交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业提供高效的导航定位服务,应用前景十分广阔。如,大地测量和工程测量的精密定位,时间的传递和速度的测量等。对于测绘领域,卫星定位技术可用于建立高精度的全国性的大地测量控制网、测定全球性的地球动态参数;用于建立陆地海洋大地测量基准,进行海岛陆地联测以及海洋测绘;用于监测地球板块运动状态和地壳形变;用于工程测量,建立城市与工程控制网;实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图等。 

  北斗卫星导航系统可以在服务区域内任何时间、任何地点,为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度,并提供双向通信服务。系统可为远洋船只及时提供导航定位信息,使其沿有利海流航行频繁的航线提供实时的海上交通指挥,引导船只安全地进出港口,并用于船舶机动性能的测定;公路交通和铁路运输可通过移动车辆的实时定位信息的提供,进行铁路和公路运输中的车辆监控,以提高运力,确保安全,实现公路和铁路等陆上交通运输系统的有效管理;野外作业可实现人烟稀少地区,特别是草原、沙漠、冰盖、原始森林等缺少参照物地区的地质队、探险队、作业队、放牧队、野外调查和勘探队的大地导航和定位测量;水文测报、森林防火、渔业生产、勘察设计、环境监测,在灾害的评估和搜索,抢险和救援时能为及时准确地到位并开展工作等众多行业,以及其他有特殊调度指挥要求的单位提供定位、通信、GPS差分和授时等综合服务。卫星定位技术应用还将进入人们的日常生活。信号接收机在人们生活中的应用,是一个难以用数字预测的广阔大地,手表式的接收机,将成为旅游者驾车出游,旅行探险等的忠实导游。 

  尽管目前大多数人还不知道什么是卫星定位,但有人预言,卫星定位将改变我们的生活方式,像移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样,人们日常生活将离不开它。(于莘明)
 

 

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