国产北斗定位技术的优越应用

我国自行研制的“北斗卫星导航定位系统”(简称“北斗系统”)从2004年4月正式运营、全面对民用用户开放至今,整个系统运行稳定,工作状态良好,已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作用。北斗系统作为一种新的卫星导航定位系统,有明显的技术优势,具体如下。

(1)安全性。北斗卫星系统由我国自主设计研发,较GPS等系统更加适合军民应用,坐标数据、解算算法等均满足工程需要,且不存在外泄可能。

(2)三频信号。北斗使用的是三频信号,GPS使用的是双频信号,这是北斗的后发优势。三频信号可以更好地消除高阶电离层延迟影响,提高定位可靠性,增强数据预处理能力,大大提高模糊度的固定效率。而且如果一个频率信号出现问题,可使用传统方法利用另外两个频率进行定位,提高了定位的可靠性和抗干扰能力。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。

(3)有源及无源定位。有源定位就是接收机自己需要发射信息与卫星通信,无源定位不需要。当观测的卫星质量很差、数量较少时(理论上,无源定位至少要4颗卫星才能解算X、Y、Z和时间4个未知参数,实际需要的更多),仍然可以定位。这个功能对于紧急情况会比较有用。比如在山谷中,观测条件非常差,能大概知道位置也是非常重要的。

(4)短报文通信服务。这是中国卫星原创功能,并且非常实用。收发有容量限制的信息,具有日常及紧急情况下的通信功能。不但能知道我在哪,还能让别人知道你在哪。(www.xing528.com)

(5)境内监控。卫星定位系统一般由三部分组成,即空间星座部分、地面监控部分和用户接收机部分。其中,地面监控部分又由三大部分组成,即监控站、主控站和注入站。在设计北斗系统时必须考虑到,地面监控部分只建在中国境内,就能够保证整个系统的正常运行。在境外建站只起到提高精度的作用。

(6)分布开通。GPS必须整个系统建成后才能使用。目前北斗的14颗在轨卫星使用了5颗地球静止轨道(GEO)卫星,5颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,4颗中高度圆轨道(MEO)卫星。北斗卫星导航系统在这个创新的空间星座支持下,在亚太地区正式开通运行。还将发射多颗北斗导航卫星,构成一个完整的试验体系,北斗导航卫星再次进入密集发射期,在功能、性能上将有较大提升,可为全球用户提供更高精度的卫星导航服务。

(7)局部加强,逐步成熟。理论上GPS在全球的定位精度是相当高的。北斗系统针对中国及其周边地区是特别加强过的,在国内卫星的几何条件比较好。单点定位的精度取决于两个方面:一是观测量精度;二是所观测卫星的空间几何分布。导航中用精度衰减因子DOP来表示卫星空间图形的贡献,包括空间精度衰减因子GDOP、位置精度衰减因子PDOP、时间精度衰减因子TDOP、平面精度衰减因子HDOP、垂直精度衰减因子VDOP、相对定位几何精度衰减因子RDOP。随着北斗全球系统逐渐成熟,DOP越来越小,它在中国及周边地区的定位精度超过GPS等定位系统。

(8)定位精度。北斗系统定位精度由水平25m、高程30m,提高至目前水平10m、高程10m,测速精度由0.4m/s提高至0.2m/s,受时精度优于20ns,目前在中国及周边地区,北斗系统服务性能与GPS相当。且北斗的平面精度与高程精度是基本相当的,而GPS系统的水平精度确实不错,但是他的高程精度是软肋,比水平精度差得比较多,一般是1.5～2倍。随着北斗卫星系统的完善和优化,长时间的静态PPP(精密单点定位技术)确实可以达到mm级,或用相对定位的方法(载波相位测量+双差解模糊度),在短基线+较开阔环境下,也是可以稳定达到mm级的,甚至连动态也能达到这个精度。