我國北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航原理是怎樣的？

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時，已為正式系統(tǒng)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務(wù)，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(均在傾角55°的軌道面上)，4顆中地球軌道衛(wèi)星(均在傾角55°的軌道面上)。

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，使得在任意時刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時觀測到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個方程式，解出觀測點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機(jī)時鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個未知數(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，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)時間差”(時延)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)時間差。

衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時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)接收到信號的時刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時刻延遲，通常稱之為時延，因此，也可以通過時延來確定距離。衛(wèi)星和接收機(jī)同時產(chǎn)生同樣的偽隨機(jī)碼，一旦兩個碼實(shí)現(xiàn)時間同步，接收機(jī)便能測定時延;將時延乘上光速，便能得到距離。

每顆衛(wèi)星上的計算機(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)時間，而全球監(jiān)測站網(wǎng)保持連續(xù)跟蹤。

跟蹤衛(wèi)星的軌道位置和系統(tǒng)時間。位于地面的主控站與其運(yùn)控段一起，至少每天一次對每顆衛(wèi)星注入校正數(shù)據(jù)。注入數(shù)據(jù)包括：星座中每顆衛(wèi)星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數(shù)據(jù)是在復(fù)雜模型的基礎(chǔ)上算出的，可在幾個星期內(nèi)保持有效。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間是由每顆衛(wèi)星上原子鐘的銫和銣原子頻標(biāo)保持的。這些星鐘一般來講精確到世界協(xié)調(diào)時(UTC)的幾納秒以內(nèi)，UTC是由美國海軍觀象臺的“主鐘”保持的，每臺主鐘的穩(wěn)定性為若干個10^-13秒。衛(wèi)星早期采用兩部銫頻標(biāo)和兩部銣頻標(biāo)，后來逐步改變?yōu)楦嗟夭捎勉滎l標(biāo)。通常，在任一指定時間內(nèi)，每顆衛(wèi)星上只有一臺頻標(biāo)在工作。

衛(wèi)星導(dǎo)航原理：衛(wèi)星至用戶間的距離測量是基于衛(wèi)星信號的發(fā)射時間與到達(dá)接收機(jī)的時間之差，稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機(jī)時鐘偏差，偽距測量要求至少接收來自4顆衛(wèi)星的信號。

由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，使得民用的定位精度只有數(shù)十米量級。為提高定位精度，普遍采用差分定位技術(shù)(如DGPS、DGNSS)，建立地面基準(zhǔn)站 (差分臺)進(jìn)行衛(wèi)星觀測，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準(zhǔn)確的位置。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分定位技術(shù)，定位精度可提高到米級。

（來源：中華網(wǎng)）