第一版 中国的“北斗”系统

　　中国先后在2000年10月31日、2000年12月21日和2003年5月5日发射了3颗“北斗”静止轨道试验导航卫星，组成了“北斗”区域导航系统（注：又称为“北斗1代”卫星导航系统）。该系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能。

中国于2000年投入使用的“北斗一号”系统

　　随着应用领域的日益扩大，中国卫星导航定位的市场规模从2000年的不到10亿元增长到了2005年的120亿元。在此背景下，2007年02月03日凌晨中国在西昌成功发射第四颗北斗导航试验卫星，并已在运行至今工作稳定、状态良好的北斗导航试验系统基础上，开始着手建设拥有自主知识产权的全球卫星导航系统（北斗2代）──北斗卫星导航系统(CompassNavigationSatellite System为英文名称，Beidou为中文音译名称)。

　　“北斗”全球卫星导航系统的空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，可提供开放服务和授权服务两种服务方式。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

　　专家称，中国自行研制生产的北斗卫星导航系统，不仅具备在任何时间、任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所创新。

　　目前，世界上只有少数国家具备自主建设卫星导航系统的能力，正在运行的有美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统，中国参与的欧洲伽利略全球卫星定位计划也正在紧锣密鼓地进行。

第二版 世界导航定位卫星简介

1.美国全球定位系统（GPS）

　　GPS是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。空间部分由24颗卫星组成。它是一个军民两用系统，提供两个等级的服务。

　　美国政府为了加强其在全球导航市场的竞争力，撤销对GPS的SA干扰技术，标准定位服务定位精度双频工作时实际可提高到20米、授时精度提高到40纳秒，以此抑制其他国家建立与其平行的系统，并提倡以GPS和美国政府的增强系统作为国际使用的标准。

2.俄罗斯全球导航卫星系统

　　俄罗斯要用20年时间发射76颗GLONASS卫星。1995年完成24颗中高度圆轨道卫星加1颗备用卫星组网，耗资30多亿美元，由俄罗斯国防部控制。GLONASS空间部分也由24颗卫星组成。GLONASS未达到GPS的导航精度。其应用普及情况远不及GPS。前一时期由于经济困难无力补网，原来在轨卫星陆续退役，目前在轨道上只有6颗星可用，不能独立组网，只能与GPS联合使用。

3.欧洲伽利略导航卫星系统计划

　　欧洲1999年初正式推出伽利略导航卫星系统计划。该方案由21颗以上中高度圆轨道核心星座组成，另加3颗覆盖欧洲的地球静止轨道卫星，辅以GPS和本地差分增强系统，首先满足欧洲需求，位置精度达几米。计划在2001年4月5日欧盟交通部长会议上获得批准，确定30颗卫星总投资为35亿欧元。预计系统于2008年投入运行。伽利略系统独立于GPS，频段分开，但将与GPS系统兼容和相互操作。根据欧委会的文件，伽利略虽是民间系统，但仍受控使用，采取反欺骗、反滥用和反干扰措施，在战时可以对敌方关闭。

第三版 北斗卫星导航系统的意义

　　北斗卫星导航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。

当前，世界许多国家都在开发卫星导航定位系统，如欧洲正在实施“伽利略”计划，建设欧洲独立自主的全球导航定位系统。印度空间研究组织的一名官员日前称，印度正在开发卫星导航系统，计划2007年投入使用，届时印度的导航系统将与GPS、GLONASS和“伽利略”系统相连接。日本则计划投入2000亿日元，建成由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”，据日本海上保安厅称，该系统可以和GPS并用，定位精度高达十几厘米，预计在2008年投入使用后的12年内，会有6万亿日元的经济效益。显而易见，建设卫星导航定位系统不仅经济效益显著，而且更是一个国家国防和综合实力的重要标志。

第四版 “北斗一号”卫星导航系统及其功能

　　我国的“北斗一号”卫星导航系统正是80年代提出的“双星快速定位系统”的发展计划。突出持点是构成系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站。从2000年到2003年5月，我国共发射3颗空间卫星，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。社会效益远大于经济效益。这标志着我国成为继美国全球卫星定位系统(GPS)和前苏联的全球导航卫星系统(GLONASS)后，在世界上第三个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民国防和经济建设将起到积极作用。

　　“北斗一号”卫星定位系统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。系统的主要功能归纳为：

　　定时：快速确定用户所在地的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。　

　　通讯：用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信。

　　授时：中心控制系统定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。

第五版 “北斗一号”的系统构成与工作原理

　　北斗卫星导航定位系统的系统构成有：由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。

　　系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，径卫星转发器项服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，径卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

　　“北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上打下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。系统能容纳的用户数为每小时540000户。

第六版 “北斗一号”卫星导航系统与GPS系统比较

　　1、覆盖范围：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°一140°，北纬5°一55°。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：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约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°。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。

　　3、定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。

　　4、定位精度：北斗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码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。

　　5、用户容量：北斗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。

　　6、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，因为定位解算在那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。

　　7、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。此外，“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。

　　综上所述，北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。缺点是不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受一定限制。但最重要的是，“北斗一号”导航系统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。相反，在此基础上还将建立中国的GPS广域差分系统。可以使受SA干扰的GPS民用码接收机的定位精度由百米级修正到数米级，可以更好的促进GPS在民间的利用。当然，我们也需要认识到，随着我军高技术武器的不断发展，对导航定位的信息支持要求越来越高。北斗导航系统仅是我国近期满足四化建设需要的自主简易导航系统，我们必须在发展“北斗一号”的基础上，借鉴国外GPS、GLONASS的成功经验，开发我国二代卫星导航系统.