北斗一代

一、北斗一代介绍

“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”期间的列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。2003年5月25日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭（图2-3），成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星，它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后，第三个在世界上建立了完善的卫星导航系统的国家，该系统的建立对我国国防和经济建设将起到积极作用。2007年2月3日，“北斗一号”第四颗卫星发射成功，不仅作为早期三颗卫星的备份，同时还将完成卫星导航定位系统的相关试验。目前，已组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航服务。

图2-3 北斗卫星发射现场

“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统由两颗地球静止卫星（80°E和140°E）、一颗在轨备份卫星（110.50°E）、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。其工作频率为2491.75MHz，系统能容纳的用户数为每小时540000户。具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多种用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。

“北斗一号”就性能来说，和美国GPS相比差距甚大。第一，覆盖范围也不过是初步具备了我国周边地区的定位能力，与GPS的全球定位相差甚远。第二，定位精度低，定位精度最高20m，而GPS可以到10m 以内。第三，由于采用卫星无线电测定体制，用户终端机工作时要发送无线电信号，会被敌方无线电侦测设备发现，不适合军用。第四，无法在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输上的应用。但最重要的是，“北斗一号”是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。此外，该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。以“北斗”导航试验系统为基础，我国开始逐步实施“北斗”卫星导航系统的建设，首先满足中国及其周边地区的导航定位需求，并进行系统的组网和测试，逐步扩展为全球卫星导航定位系统。

二、发展过程

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。这颗卫星采用的是“长征三号甲”运载火箭。该卫星已圆满结束任务。

2000年12月21日，20世纪中国航天最后一次发射获得圆满成功。中国航天人以全年5战5捷的优异成绩向20世纪道别。

2000年12月21日0时20分，我国自行研制的第二颗“北斗导航试验卫星”，在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”火箭发射升空，并准确进入预定轨道。它与同年10月31日发射的第一颗“北斗导航试验卫星”一起，构成了“北斗导航系统”。这标志着将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。“北斗导航试验卫星”和“长征三号甲”运载火箭，由航天科技集团所属空间技术研究院和运载火箭技术研究院研制。这次发射是我国长征系列运载火箭第六十四次飞行，也是自1996年10月以来，我国航天发射连续第二十二次获得成功。

2003年5月25日，我国在西昌卫星发射中心用长征3A 运载火箭，成功地将第三颗北斗导航定位卫星送入太空。这标志着我国已自主建立了完善的卫星导航系统，对我国国民经济建设将起到积极作用。

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，经过航天科研人员60天的鏖战，2月3日发射升空的北斗导航试验卫星故障已被排除，卫星运行姿态良好，星上仪器工作正常，已转入在轨长期管理。

三、自身特点

（一）基本特点

1）“北斗”具有定位和通信双重作用，具备的短信通讯功能，这是GPS所不具备的。

2）“北斗”定位精度20m 左右。

3）目前“北斗”终端价格已经趋于GPS终端价格。

4）采用接收终端不需铺设地面基站。

5）灾难中心的船只一秒钟就可以发出信息。

（二）优势介绍

1）覆盖范围：北斗卫星导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°～140°，北纬5°～55°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6～9颗卫星（实际上最多能观测到11颗）。

2）卫星数量和轨道特性：北斗卫星导航系统是在地球赤道平面上设置2 颗地球同步卫星，两颗卫星间的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。导航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。

3）定位精度：北斗卫星导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码精度目前已由16m提高到6m,C/A码精度目前已由25～100m提高到12m，授时精度目前约20ns。

4）用户容量：北斗卫星导航系统由于是主动双向测距的询问－应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗卫星导航系统的用户设备容量是有限的。GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的。

5）生存能力：和所有导航定位卫星系统一样，“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作，但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多，因为定位解算在哪里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性，GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性，一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作了。

6）实时性：“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。