我国北斗卫星导航系统有多强？

中国 GNSS 的正式名称是北斗卫星导航系统，又称为北斗系统 (BDS)。该系统之前被称为 北斗-2，用以区分更早的试验系统 北斗-1。英文名称是 Compass，来源于卫星的名称。

中国由于其卫星导航系统发展之路与其他国家不同，它所建设的北斗二号（BeiDou navigationsatellite【regional】system，BDS-2）就是区域系统，而其建设的北斗三号 （BeiDou navigation satellite system withglobal coverage，BDS-3）还包括星基增强系统功能

中国正在实施北斗三号工程建设。根据系统建设总体规划，2018年底，完成19颗卫星发射组网，完成基本系统建设，向全球提供服务；2020年完成由3颗地球静止轨道（geostationary Earth orbit，GEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbits，IGSO）卫星和24颗中圆地球轨道（medium Earth orbit，MEO）卫星组成的完整星座，全面建成北斗三号。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成：空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星3种轨道卫星组成混合导航星座；地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站；用户段包括BDS兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用与服务系统等。

与其它仅使用中轨道卫星 (MEO) 的 GNSS系统不同，北斗卫星导航系统中还包含 5 颗地球同步轨道 (GEO) 卫星和 3 颗倾斜轨道同步卫星 (IGSO)。

北斗信号

与 GPS 和 Galileo 相同，北斗卫星导航系统也是不同卫星使用不同测距码的 CDMA 系统。MEO 和 IGSO 卫星所传输的信号与 GEO 卫星所传输的信号不同。

北斗信号构成

北斗信号包含以下部分，如图 1 所示:

• 测距码

• 二次 (Neumann-Hoffman) 编码

• 导航数据

• 载波

对于 MEO 和 IGSO 卫星，2046 比特长的测距码与二次编码 (Neumann-Hoffman) 相乘，NH 码是长度为 20 比特，速率为 1 kbps 的码序列。该数据随后与 D1 导航数据 (传输速率为 50 bps) 相乘，所生成的数据流调制到位于 1561.098 MHz 的 B1 载波上，使用 QPSK 的调制方式。由于 ICD 文档中只定义了信号的 I (实部) 分量，信号可以看做是BPSK调制。

GEO卫星所传输的信号不使用二次编码，并且传输不同的导航电文。测距码与 D2 导航数据 (传输速率为 500 bps) 相乘，使用 QPSK 的调制方式调制到 B1 载波上。

图 1. 北斗 B1I 信号的组成

北斗导航电文

北斗导航电文的结构与 GPS 的类似。图 2 显示了由 MEO 和 IGSO 卫星播发的 D1 导航电文。D1 导航电文具有超帧结构，每个超帧长度为 36,000 比特，包含 24 个帧或页面。每帧由 5 个子帧组成。前 3 个子帧包含卫星的基本导航信息，包括时间、钟差、健康状况、星历、电离层模型参数。子帧 4 和 5 包含部分历书数据以及其它 GNSS系统的时间同步信息。每个子帧由 10 个字组成。每个子帧的第一个字都有相同的格式，包括帧同步码、子帧 ID、数据的周内秒计数、奇偶校验位。其余的字包含 22 比特数据和 8 比特奇偶校验位。

图 2. MEO/IGSO 卫星播出的 D1 导航信息的结构。

图 3 显示了由 GEO卫星播发的 D2 导航电文。与 D1 导航电文相比，D2 导航电文包含更多的数据，它是一个由 180,000 比特数据组成的超帧 (是 D1 的 5倍)，分为 120 个页面或帧。由于 D2 导航电文的传输速率是 D1 的 10 倍，传输一个 D2 超帧仅需 6 分钟 (D1 需要 12 分钟)。

D2 导航电文帧、子帧和字的结构与 D1 类似。D2 仅使用子帧 1 来传输广播卫星的基本导航信息。子帧 2、3 和 4 用于传输系统完好性和差分校正信息。子帧 5 用于传输历书数据、格网点电离层信息以及与其它系统的时间同步信息。

图 3. GEO 卫星播出的 D2 导航信息的结构。

北斗导航系统定位原理

北斗导航系统是一种卫星导航定位系统，使用一组北斗卫星和地面控制段设备来提供全球范围内的高精度定位服务。它的定位原理基于卫星与接收机之间的相对位置和时间差的测量。

北斗导航系统的卫星通过发射精确的无线信号，包括卫星的精确位罝和时间信息。接收机收到这些信号后，通过计算信号的传播时间差和信号的传播速度，可以确定接收机与卫星之间的距离。

接收机需要同时接收多颗卫星的信号，并将测得的距离信息与卫星的位置信息进行计算和处理。通过将多个卫星的距离信息进行三角定位计算，可以确定接收机的精确位置。

除了计算距离和位置信息外，北斗导航系统还利用卫星的精确时间同步，来纠正接收机的时钟误差。在接收机收到卫星信号的瞬间，可以根据卫星的精确时间信息来测量信号传播的时间差，从而实现高精度的时间同步。

北斗导航系统还包括地面控制段设备，用于监控和管理卫星的运行状态以及时钟和轨道参数的校正。地面控制段设备还负责计算并更新卫星的位置和时间信息，以确保导航系统的可靠性和精度。

综上所达，北斗导航系统的定位原理是基于卫星与接收机之间的的测量，包括距离和时间差的计算。通过测量和处理多颗卫星的信号，可以实现高精度的全球定位服务。