北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)獲案(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO,是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認(rèn)定的供應(yīng)商。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成,可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù),并具短報(bào)文通信能力,已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時(shí)精度10納秒。
35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上,以固定的周期環(huán)繞地球運(yùn)行,使得在任意時(shí)刻,在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。
由于衛(wèi)星的位置精確可知,在接收機(jī)對衛(wèi)星觀測中,我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離,利用三維坐標(biāo)中的距離公式,利用3顆衛(wèi)星,就可以組成3個(gè)方程式,解出觀測點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差,實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù),X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛(wèi)星,形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解,從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。
事實(shí)上,接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星,這時(shí),接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組,每組4顆,然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。
衛(wèi)星定位實(shí)施的是“到達(dá)時(shí)間差”(時(shí)延)的概念:利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導(dǎo)航信息獲得從衛(wèi)星至接收機(jī)的到達(dá)時(shí)間差。
衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時(shí)間和位置信息的無線電信號,供接收機(jī)接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素,接收機(jī)接收到信號的時(shí)刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時(shí)刻延遲,通常稱之為時(shí)延,因此,也可以通過時(shí)延來確定距離。衛(wèi)星和接收機(jī)同時(shí)產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)碼,一旦兩個(gè)碼實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步,接收機(jī)便能測定時(shí)延;將時(shí)延乘上光速,便能得到距離。
每顆衛(wèi)星上的計(jì)算機(jī)和導(dǎo)航信息發(fā)生器非常精確地了解其軌道位置和系統(tǒng)時(shí)間,而全球監(jiān)測站網(wǎng)保持連續(xù)跟蹤。