目 录 第一章 有关卫星的基本知识简述 .................................................................4 1 人造卫星..............................................................................................4 1.1 人造卫星的基本概况...................................................................4 1.2 人造卫星的基本种类...................................................................4 1.3 卫星组成及运行轨迹..................................................................5 2 卫星导航定位技术的概念...................................................................6 2.1 卫星导航定位技术的概念............................................................6 2 卫星定位技术发展的三个阶段 .......................................................7 第二章 北斗卫星发展历程概述 ......................................................................9 1 我国为什么要发展北斗导航系统..........................................................9 2 北斗导航系统发展的不同阶段及其既定目标 ......................................1 0 3 建设北斗的基本原则........................................................................... 11 4 北斗系统的基本组成 ........................................................................1 2 5 北斗卫星系统信号特征 ....................................................................1 2 第三章 北斗导航定位基本原理 ....................................................................1 4 定位的基本原理.....................................................................................1 4 第四章 北斗导航系统与世界其它导航系统的比较 ......................................1 6 1 世界其他主要的导航定位卫星简介 .....................................................1 6 1.1GPS 全球定位系统.....................................................................1 6 1.2 GLONASS 全球导航卫星系统 ................................................1 7 1.3 建设中的 Galileo 卫星导航系统.................................................1 8 2 北斗导航与 GPS 导航系统的比较及面临的挑战 ..................................20 第五章 北斗的应用及改进建议...................................................................23 1 北斗已有的应用 .................................................................................23 2 北斗系统未来的应用..........................................................................24 3 未来发展的建议 ...............................................................................24 第六章 结 论............................................................................................26 参考文献 ......................................................................................................27 附 录............................................................................................................28 致 谢............................................................................................................30 3 绪 论 当今世界科技日新月异, 人们的追求也层出不穷, 谁能站在科技的前沿,掌握科技的制高点, 将会在未来的竞争与斗争中掌握更大的主动权, 维护自己最大的利益。 对于我国这样的一个大国来说更是如此, 经过三十几年的改革开放人们的物资、 文化生活得到很大的改变人们也开始追求于新的更高的生活旅行出游、 驾车、 或是走在一个陌生的道路、 居住在一座陌生的城市里都需要有一种快捷的了解地理方位和去向的东西, 而对于国家的重要领域和国防方面更是需要有着自己独立的导航仪器。 因此我国发展自己独立的卫星导航系统是符合我国国情的重要举措, 是我国由大国走向强国, 追赶、 抢占战略制高点的重要措施, 是提高我国自主研发、 创新能力的重要途径, 也是我国综合国力的具体体现。 北斗系统是世界 4 大导航系统之一, 北斗导航系统最先是利用“双星定位的原理”于 2000 年到 2003 年建成了第一代试验系统, 然后从 2007 年开始建设“北斗二代”这一阶段主要是发射多颗卫星, 到 2012 年前形成具有亚太区域导航能力, 同时力争在 2020 年左右具有全球定位的能力。 同时北斗卫星也将由第一代的有源定位向无源定位的过度, 以便减少电磁信号发送, 提高自身隐蔽性, 这也将大大的提高国防通信能力, 战时更易于保密, 提高武器性能减少打击的可能性。 在民用方面北斗可以服务于人民所需要的导航定位、 能用于抗震救灾等突发事件的处理中、 运用与交通运输中、 甚至可以更为精确的指导机械精耕作业,因此它将带来极大的用处, 有人曾经估计未来北斗带来的产业值将高达千亿元,这将成为我国的一个新兴产业, 有力的推动我国向创新大国的转变。 4第一章 有关卫星的基本知识简述 1 人造卫星 1.1 人造卫星的基本概况 人造卫星是指环绕宇宙中某一星体在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器。 围绕哪一颗行星运转的人造卫星, 就叫它哪一颗行星的人造卫星。 人造卫星的最出设想: 牛顿在思考万有引力定律时曾设想过, 从高山上用不同的水平速度抛出物体, 速度一次比一次大, 落地点也就一次比一次离山脚远。 如果没有空气阻力, 当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来, 它将围绕地球旋转, 成为一颗绕地球运动的人造地球卫星, 简称人造卫星。 人造卫星是发射数量最多、 用途最广、 发展最快的航天器。 1957 年 10 月 4日苏联发射了世界上第 1 颗人造卫星。 之后, 美国、 法国、 日本也相继发射了人造卫星。 中国于 1970 年 4 月 24 日发射了东方红 1 号人造卫星。 人造卫星一般由专用系统和保障系统组成。 专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统, 也称为有效载荷。 应用卫星的专用系统按卫星的各种用途包括: 通信转发器, 遥感器,导航设备等。 人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求, 区分为低轨道、 中高轨道、 地球同步轨道、 静止轨道、 太阳同步轨道等。 人造卫星绕地球飞行的速度非常快, 低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈, 不受领土、 领空和地理条件限制, 视野广阔。 1.2 人造卫星的基本种类 图 1 地球同步卫星示意图 5人造卫星按用途分为三大类: 科学卫星, 技术试验卫星和应用卫星。 (一) 科学卫星是用于科学探测和研究的卫星, 主要包括空间物理探测卫星和天文卫星, 用来研究高层大气, 地球辐射带, 地球磁层, 宇宙线, 太阳辐射等。 (二) 技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。 航天技术中有很多新原理, 新材料, 新仪器, 其能否使用, 必须在天上进行试验;一种新卫星的性能如何, 也只有把它发射到天上去实际“锻炼”, 试验成功后才能应用, 这些都是技术试验卫星的使命。 (三) 应用卫星是直接为人类服务的卫星, 它的种类最多, 数量最大, 其中包括: 通信卫星, 导航卫星, 地球资源卫星。 图 1 为地球同步卫星示意图。 1.3 卫星组成及运行轨迹 1.3.1 卫星的组成 一般由 空间 段、 地面段、 用户终端组成。 如图 2为卫星导航的基本组成。 (1) 空间段。 通常由一颗或多颗卫星组成, 并配有系统控制中心和系统运行中心,用 于控制整个系统的运行和卫星资源的管理。 (2) 地面段。 由若干个关口站组成。 关口站用于卫星网与地面移动网、 地面公共交换电话网( PSTN) 之间的接口, 完成协议转换、 流量控制、 寻址、 路由选择、分组打包和拆包、 计费、 网管等功能。 (3) 用户终端。 有手持机、 车(船、 飞机) 载便携式终 端和固定终端等。 1.3.2 卫星运行轨迹 人造卫星的运行轨道就是指卫星围绕地球运行的轨迹, 其主要可以分为地图 2 导航卫星的组成 6球同步轨道、 太阳同步轨道、 极轨轨道,、 顺行轨道、 逆行轨道、 赤道轨道、 倾斜轨道等多种[1]。 如图 3 所示。 (1) 顺行轨道: 特点是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于 90度。 中国地处北半球, 要把卫星送入这种轨道, 运载火箭要朝东南方向发射,这样能够利用地球自西向东自转的部分速度, 从而可以节约火箭的能量。 中国发射的科学技术试验卫星和返回式遥感卫星以及神舟号试验飞船, 都是用顺行轨道。 北斗导航试验卫星也是采用顺行轨道。 (2) 逆行轨道: 特征是轨道倾角大于 90 度。 欲把卫星送入这种轨道运行,运载火箭需要朝西南方向发射。 不仅无法利用地球自转的部分速度, 而且还要付出额外能量克服地球自转。 因此, 除了太阳同步轨道外, 一般都不利用这类轨道。 (3) 赤道轨道: 特点是轨道倾角为 0 度, 卫星在赤道上空运行。 由于卫星飞行速度随距地面的高度而变化, 轨道越高, 速度越小, 环绕周期越长, 故由计算可知, 当其在赤道上空 35786 公里高的圆形轨道上由西向东运行 1 周的时间, 恰好是 23 小时 56 分 4 秒, 正与地球自转一周的时间相同。 (4) 极地轨道: 它是因轨道平面通过地球南北两极而得名, 轨道倾角为 90度的极地轨道。 在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区上空。中国未研制此类轨道的卫星, 但发射过 此 类 轨 道 的 卫星。 长征二号以 1箭双星的方式 6 次从太原起飞, 把 12颗美国铱星送入太空, 就属于这种发射方式。 图 3 导航卫星的分类 2 卫星导航定位技术的概念 2.1 卫星导航定位技术的概念 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。 具体地讲就是 7接收导航卫星发送的导航定位信号, 并以导航卫星作为动态已知点, 实时地测定运动载体的在航位置和速度, 进而完成导航定位[2]。 2 卫星定位技术发展的三个阶段 (1) 卫星三角测量定位 20 世纪 60—70 年代, 人...