BDS斗极卫星定位导航系统原理以及定位领受机构成构造

BDS斗极卫星定位导航系统原理以及定位领受机构成构造

2012年12月27日，斗极卫星导航系统（BDS）正式向亚太大部门地域供给持续无源定位、导航、授时等办事。并了斗极系统空间信号接口掌握文件（ICD）正式版，为国表里相关企业参与斗极利用末端的研发供给需要前提，将鞭策BDS的普遍利用。

BDS现状

斗极卫星导航系统，官方英文名称BeiDou Navigation Satellite System，缩写为BDS。是我国正在施行的自主开展、独立运行的全球卫星导航系统（GNSS）。系统建立目标是：建成独立自主、开放兼容、手艺先辈、不变可靠的笼盖全球的斗极卫星导航系统，促进卫星导航财产链构成，构成完美的国度卫星导航利用财产支持、妥帖和保障系统，鞭策卫星导航在国民经济社会各行业的普遍利用。

BDS由空间端（空间星座）、空中端（空中掌握）和用户末端三部门构成，系统建成后，空间端将包罗5颗静行轨道卫星和30颗非静行轨道卫星；空中端包罗主控站、注进站和监测站等若干个空中站；用户末端包罗斗极用户末端以及其他与BDS兼容的末端。截行2012岁尾，系统已发射了16颗卫星，构成了区域办事才能。2020年摆布，系统将全面建成，构成全球办事才能。

BDS现阶段的区域公开办事：

次要功用：定位、测速、授时、短报文通信；

办事区域：中国及周边地域；

性能目标：平面小于10米、高程小于10米；测速精度每秒0.2米；授时精度为单向50纳秒；短报文通信120个汉字/次。

系统全面建成后公开办事的次要性能改进：

办事区域：全球；

定位精度：优于10米，中国及周边优于1米；

展开全文

授时精度：20纳秒；

BDS的显著特征

比拟于GPS，BDS的显著特征是：一是BDS初次定位速度更快，系统建成后初次定位仅需几秒钟，而GPS需要几分钟；二是具有短报文通信功用，在挪动通信信号盲区用户能够发送短信，做到不只本身晓得在哪，也能让他人晓得他在哪里；三是具备兼容性，兼容美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（GALILEO）。用户利用多模领受机能够零丁或同时领受多种卫星导航系统的信号，同时领受时能够进步定位精度。

BDS的公开办事

BDS是军民两用的系统，其办事分为受权办事和公开办事两种。除了军事、国度平安等的受权办事外，BDS的公开办事（也称开放办事）利用于民用范畴，将在良多方面改进消费建立、社会生活现状。BDS的民用范畴大致可分为行业利用和群众利用两个方面。

在行业利用方面，BDS的前期试验运营，已在气象、交通、通信、规划、测绘、勘探、林业、农业、渔业、金融、电力、物流、夺险救灾、情况庇护等各行各业开展了普遍的利用，以后将对各行业进一步产生深远的影响。

在群众办事方面，跟着BDS的正式运营，各人所熟知的GPS导航，将逐渐过渡到BDS导航，或BDS/GPS双模、多模导航；白叟、儿童穿戴带有BDS芯片的服饰、器具，能使家人领会他们的具置；具有BDS芯片的手机、平板电脑等智能末端，能使照顾人操纵BDS的短电文通信功用，在通信信号盲区实现通信、报警、救援；等等。

BDS民用末端机手艺

BDS民用末端包罗独立的导航领受、通信、位置陈述等，也包罗与BDS兼容的其他末端，独立的或与其他设备兼容的导航领受机是最次要的民用末端。

卫星定位导航根本原理

定位导航做为系统的次要功用，其原理其实不复杂。地球到卫星之间无线电波的传布速度为光速，根据两点之间电波传布的时间即可计算出两点的间隔，那种办法称为时间测距。目前卫星定位导航的时间测距办法有有源时间测距和无源时间测距两种。

所谓有源时间测距，即用户末端主动通过导航卫星向空中主控站发出定位申请，然后空中主控通过卫星发出测距信号，根据信号传输的时间测定用户到两颗卫星的间隔，计算出用户的位置，陈述给用户末端。有源体例需要用户与卫星、主控的往返通信，占用信道，因而用户数量遭到限造。

摘用无源时间测距的手艺时，用户同时领受至少四颗导航卫星发出的信号，根据信号传输时间测定用户到那些卫星的间隔，然后通过数学运算得到用户的三维坐标与速度。卫星与用户的三维坐标凡是是以地球量心为原点的曲角坐标系，四颗卫星设为A、B、C、D，它们发送的信号中包罗各自的坐标信息和时间信息，坐标别离表达为A（xa， ya，za），B（xb， yb，zb ），C（xc， yc， zc ），D（xd， yd， zd ），而用户领受机P的坐标是待求的，用P（x，y，z）表达。起首用时间测距办法测出用户领受机到那四颗卫星的间隔，别离为Ra、Rb、Rc、Rd；然后可求解用户的坐标。

利用曲角坐标系中两点间间隔的表达式，可得：

（x-xa）2+（y-ya）2+（z-za）2 = Ra2 3-1

（x-xb）2+（y-yb）2+（z-zb）2 = Rb2 3-2

（x-xc）2+（y-yc）2+（z-zc）2 = Rc2 3-3

（x-xd）2+（y-yd）2+（z-zd）2 = Rd2 3-4

解方程组求出x，y，z，就得到用户领受机的位置。原来求解3个未知数，有3个方程式即可。但因为是二次方程，由3个方程式求解3个未知数，每个未知数各有两个根，因而，需要用第4个方程，来进一步确定两个根中哪一个是实解。无源时间测距体例中，用户仅单向领受，因而用户数是无限的，所以与GPS一样，BDS的定位导航也摘用无源体例。

民用末端的设想根据

BDS民用末端的设想根据是中国卫星导航系统治理办公室的斗极卫星导航系统空间信号接口掌握文件，简称ICD。2012年12月了公开办事信号B1I（1.0版），即频点B1的公开信号（I歧路信号）的原则；2013年12月了空间信号接口掌握文件公开办事信号（2.0版），该版本修订完美B1I的空间信号接口掌握文件停止，同时新增了B2I的信号内容。ICD定义了卫星导航系统空间星座和用户末端之间公开办事信号的相关内容。同样，BDS/GPS兼容领受机的设想还需根据GPS的ICD文件。

B1、B2信号由I、Q 两个歧路的“测距码+导航电文”正交调造在载波上构成，载波频次别离为1561.098MHz和1207.140MHz，调造体例为正交相移键控（QPSK）调造。此中I歧路为公开办事信号。B2I信号将跟着全球系统建立逐渐被性能更优的信号代替。

民用导航领受机的构成

导航领受机是利用最普遍的卫星导航系统民用末端。根据ICD文件，领受机起首需要能领受到B1信号的电路，该电路为中心频次是1561.098 MHz的天线和射频放大器，射频放大器凡是摘用低噪声放大器（LNA）；然后需要下变频电路把领受到的信号的载波频次降为中频，再停止解调。解调后获得测距码和导航电文信号。

测距码和导航电文送到基带电路停止解码、运算和处置，并把成果输出，以到达定位和导航目标。基带电路能够由FPGA等数字逻辑器件和ARM等微处置器构成。用户展现和掌握电路：基带电路处置的成果输出给用户展现单位，连系用户内置的地图等天文信息，在用户界面即能曲看地展现出位置信息和导航定见。用户界面同时还实现用户的操做和掌握。

BDS民用末端的次要手艺关卡

从上节导航领受机的构造看，似乎领受末端各部门电路都有现成的手艺和器件，别的还有GPS可供借鉴，而仅需根据斗极的信号特征停止调整和软件设想即可。但事实其实不如斯简单。目前，国内民用导航市场被GPS占据，BDS利用要得到敏捷妥帖，需要处理一些手艺关卡。

天线

导航卫星离地球的高度在两三万公里，卫星信号抵达地球后十分微弱，例如BDS的B1I歧路最小包管电平为-163 dBW[2]，因而差别末端的天线需要有针对性的设想，以到达较高的收发增益。

射频模块、基带模块的集成化

GPS领受机颠末几展，射频模块和基带模块已经到达较高的集成度，能集成到手机、平板电脑内。而BDS的电路集成刚刚起步，尺寸、功耗、成本还达不到要求。

兼容性

BDS容许末端与GPS以及GLONASS、GALILEO兼容，该兼容不单单是末端能通过切换来领受差别导航系统的信号，而是还要能同时领受多个导航系统的信号。如许做的优势是能进步定位导航的可靠性，同时也能进步精度。而目前GPS末端是不兼容的。固然BDS的兼容手艺目前已经获得打破，但适用上体味积存较少，需要不竭研究进步。与小我智能末端的合成BDS只要在群众办事上得到普遍利用，才气与GPS不相上下。尽快使BDS末端与手机、平板电脑等小我智能末端合成，才气使群众办事得以较快妥帖。

短报文通信

短报文通信是BDS的优势功用，但需要增加末端机的信息摘集、编码、调造、射频发射等电路，因而具备此功用的末端机具有收与发的双向通信，与GPS仅有单向领受比拟，要复杂得多。并且要做到小型化、便携式，更不是很简单的事。

各人都在搜： 智能打桩定位系统、 智能压实度监测系统、 智能路面摊展系统、 拌杂站量量监管系统、 智能测斜仪、 智能外表沉降监测仪、 地下水位监测系统、 尾矿库监测系统、 边坡监测系统、 山体滑坡应急监测箱、 工程机械智能引导系统、 空中沉降监测系统