“北斗一号”GPS汶川地震起重要作用

2008-05-19 10:01:35来源: 汽车电子设计

  汶川县的位置示意图,汶川距离成都约200公里

  “北斗一号”在通信中断情况下发挥重要作用

  中国自主研制的“北斗一号”系统在通信中断的情况下发挥重要作用,救灾部队携带的北斗系统正在陆续发回各种灾情和救援信息。

  “北斗一号”卫星导航定位系统监测到,一支携带了“北斗一号”终端机的部队,从中午12时开始,沿着马尔康、黑水、理县到汶川的317国道,以每小时6公里左右的速度一路急进,6个小时前进了近40公里,已经进入汶川县境内,离县城还有40公里左右的路程。

  由于通信受阻碍,位于北京的卫星导航定位指控中心初步判断该部队隶属四川武警总队。指控中心正在进一步了解情况。

  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,成功地将第三颗“北斗一号”导航定位卫星送入太空。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,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。

  我国早在60年代末就开展了卫星导航系统的研制工作,但由于多种原因而天折。在自行研制“子午仪”定位设备方面起步较晚,以致后来使用的大量设备中,基本上依赖进口。70年代后期以来,国内开展了探讨适合国情的卫星导航定位系统的体制研究。先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案,以及多星的全球系统的设想,并考虑到导航定位与通信等综合运用问题,但是由于种种原因,这些方案和设想都没能够得到实现。

  1982年7月由美国三位科学家提出并于12月定名的GEOSTAR系统,就是这种两颗卫星的主动式卫星定位系统。他们在实施的过程中,由于有更优越的GPS卫星导航系统的兴起并且发展相当迅速,使GEOSTAR系统不得不在1991年9月撤走资金,导致正在实施中的GEOSTA及系统宣告失败。而我国的“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。北斗导航系统的方案于1983年提出,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。

  “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。系统的主要功能是:

·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。

  “北斗一号”卫星定位系统工作原理

  “北斗一号”卫星定位系统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,上大下小,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。

  “北斗一号”卫星导航系统与GPS系统比较

·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)。

·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。

·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。

·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。

关键字:终端机  地震  灾情  速度  定位  导航  同步  通信

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/rfandwireless/200805/article_21173.html
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