『超大原创』拙作:北斗系统可以实现无源定位吗?(载《 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/20 00:35:19
  2003年5月25日,随着第三颗“北斗”1号导航定位卫星发射升空,我国自行研制的“北斗”卫星导航定位系统正式建成。这使我国成为世界上为数不多的自主建立卫星导航定位系统的国家之一。那么,这个系统有什么功能?它与我们熟悉的美国GPS系统的区别又在哪里呢?


GPS系统的工作原理与性能

  1957年,苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星——“伴星1号”。美国霍普金斯大学应用物理实验室的科学家在追踪这颗卫星时发现,他们接收到的卫星发出的信号因卫星与地面的相对移动而产生了多普勒频移,即:他们接收到的信号频率与卫星发射信号时的频率有一定的频差,而且发现,多普勒频移曲线与卫星轨道之间存在着一一对应的关系。这意味着,如果知道接收站的精确方位和某颗卫星通其观测区域期间的多普勒频移曲线,就可以确定该卫星的运行轨道;反过来,如果确知卫星的运行轨道,那么只要能测得它在通过某观测点上空时的频移曲线,也能获得观测点的位置。根据这一原理,美国海军于1964年建立了世界上第一个卫星导航系统——子午仪系统,并于1967年向民用开放。但由子午仪系统存在着定位时间长、误差大、不能连续快速定位(两次定位之间平均时间间隔为1.5小时)等缺陷,美国从1973年开始新一代的卫星定位系统的研制,这就是GPS系统。1993年,GPS系统达到了初始工作能力;1995年,GPS系统达到了完全工作能力。至此,GPS系统的建设正式完成。

  GPS系统的定位原理和过程可以简述如下:在一个立体直角坐标系中,任何一个点的位置都可以通过三个坐标数据X、Y、Z来得到确定。也就是说,只要能得到X、Y、Z三个坐标数据,就可以确知任何一点在空间中的位置。如果能测得某一点与其它三点A、B、C的距离,并确知A、B、C三点的坐标,就可以建立起一个三元方程组,解出该未知点的坐标数据,从而得到该点的确切位置。GPS就是根据这一原理,在太空中建立了一个由24颗卫星所组成的卫星网络,通过对卫星轨道分布的合理化设计,用户在地球上任何一个位置都可以观测到至少三颗卫星,只要测得与它们的距离,就可以解算出自身的坐标。

  用户如何测量与卫星的距离呢?GPS采用的办法,是在卫星和用户机上各安装一个时钟,并在卫星发送的测距信号中包含发送时的时间信息。这样,用户机在接收到测距信号后,只要与自身时钟的时间对比,就可以获得发送时间与接收时间的时差,再乘以光速,就可以得到与卫星的距离了。但在实际应用中,这个做法仍有缺陷。由于用户机受空间和能源的限制,只能采用精度较差的石英钟,因此不可能做到与卫星时钟的完全同步,这样测量出来的时间差和由此所计算得出的距离必然会有较大的误差。为消除这一误差,GPS测距时同时接收4颗卫星的信号,从而把钟差也作为一个未知数,与坐标共同组成一个四元方程组,与坐标一齐解算出来,从而保证了相当高的定位精度。

  由上述的定位原理和过程可见,在GPS系统中,卫星只起到广播测距信号的作用,用户机根据接收到的测距信号自主解算坐标。因此该系统是一个开放系统,可容纳的用户机数量不受限制。同时由于用户机只接收信号,不需要发射信号,因此它的定位保密性强。这两点对于在军事上的应用尤其有价值。


“北斗”系统的工作原理和性能

  GPS系统覆盖面大,精度高,是一种性能优秀的全球卫星定位系统。但是,该系统是一个由美国国防部控制的系统,因此,出于国家安全方面的考虑,一些国家希望建立自己的卫星定位系统。但是,GPS类的卫星定位系统技术难度大,投资大,一般国家难以承担。因此,一些国家就采用了技术难度相对较低、投资相对较小的RDSS(“卫星无线电定位服务”的英文缩写)系统。我国研制的“北斗”系统就属于这一类。

  “北斗”系统是如何工作的呢?前面已经指出,对于一个坐标未知点,如果能测得该点与其它三点A、B、C的距离,并确知A、B、C三点的坐标,就可以根据已经建立的数学模型,解算出该点的确切坐标。北斗系统同样是采用了这个方法,但它只用了位于赤道上空的两颗同步卫星提供两个距离值,第三个距离值采用未知点与地心的距离,这个数值可以通过地球半径加上用户自身的海拔高程得到。这样,由于地心坐标已知,因此通过三个距离值和三点的坐标,就可以解算出用户机的具体坐标了。

  那么,如何获得用户的海拔高程呢?北斗系统采用的是在数字地图上进行查找的办法。其原理是:将地球表面当作一个不规则球面,根据用户机到两颗卫星的距离,在数字地图上搜索符合条件的点,其结果就是用户的坐标。由于采取了这样的工作原理,因此北斗系统的工作过程与GPS系统有着很大的不同。简述如下:

  第一步,由地面中心站向位于同步轨道的两颗卫星发射测距信号,卫星分别接到信号后进行放大,然后向服务区转播;
  第二步,位于服务区的用户机在接收到卫星转发的测距信号后,立即发出应答信号,经过卫星中转,传送到中心站;
  第三步,中心站在接收到经卫星中转的应答信号后,根据信号的时间延迟,计算出测距信号经过中心站——卫星——用户机——卫星——中心站的传递时间,并由此得出中心站——卫星——用户机的距离,由于中心站——卫星的距离已知,由此可得用户机与卫星的距离;
  第四步,根据用上述方法得到的用户机与两颗卫星的距离数据,在中心站储存的数字地图上进行搜索,寻找符合距离条件的点,该点坐标即是所求的坐标;
  第五步,中心站将计算出来的坐标数据经过卫星发送往用户机,用户机再经过卫星向中心站发送一个回执,结束一次定位作业。

  由上述定位过程可见,北斗系统的定位作业需要中心站直接参加工作,中心站在每次定位过程中都处于核心的位置。这使它具有一些与GPS系统不同的特殊特性:

  第一,从北斗系统的定位过程可以看出,它是一个有源系统,用户机在定位过程中必须发射信号。这是它与GPS系统最大的不同。既然可以发送信号,就可以具备通信能力。因此,北斗系统具有低速通信功能,可以在任意两个用户机之间发送一次发送36个汉字字符的信息,经过授权的用户一次可以发送120个汉字的信息。这个功能是GPS所无法具备的。
  第二,北斗系统每次定位作业都是由用户机发出请求,经过中心站解算出坐标,然后发送给用户机。这种工作方式使得北斗系统存在着用户容量限制,凡是未经授权的用户都无法利用北斗系统进行定位作业,因而具备极好的保密性和反利用性。
  第三,北斗系统一次定位需要测距信号经中心站——卫星——用户机往返两次,因此费时比较长,从用户机发出定位请求到收到定位数据大约需要1秒钟,因此它不适合飞机、导弹等高速运动的物体,而更适合舰船、车辆、人员等低速运动目标的定位。

  北斗系统的这些特性运用到军事上,还具有一些特殊的功能:

  首先,北斗系统的短信功能可以用来传递简短的命令和信息,从而极大地便利部队的指挥和信息流动。但由于需要发送信号,不利于隐蔽,因此在军事上使用时,必须制定严格的保密措施和使用规范。同时,由于北斗系统需要用户机在中心站拥有自己的账号,因此它有容量限制,不像GPS系统那样,在理论上可以容纳无限多的用户。

  其次,由于北斗系统的解算工作都在中心站进行,因此在用户得知自己的方位的同时,别人也可以知道其方位。运用在军事上,这意味着部队的上级领导机关可以随时掌握装备了北斗用户机的部队的方位,从而便利指挥。在2001年的车臣战争中,俄罗斯军队一支小分队被叛军包围,因上级始终不知其位置,无法增援,最终全军覆没。如果当时俄军装备了类似北斗系统这样的定位系统,这一悲剧就不会发生。但是,如果敌方破解了北斗系统的电文密码,然后向中心站发送大量伪信号,就可以导致中心站的主处理机不堪重负而瘫痪,从而导致整个系统停止工作。另外,如果敌人摧毁了中心站,也会导致系统的瘫痪。因此,有必要随时更新电文密码,并多建几个后备中心站,以防止中心站被摧毁导致整个系统瘫痪。


对北斗系统的改进设想

  根据以上分析,我们可以看出,北斗系统与GPS系统的最大不同,就在于它采用了有源定位和集中计算的工作机制。从计算机的角度来看,北斗系统实际上是一个主机——终端型的集中式计算机网络系统。相比之下,GPS系统采用24颗卫星组成的星座只提供测距信号,计算由各个用户机自行完成。因此,相比之下,GPS系统的适应性更强,安全性更高。那么,为什么我国在建立北斗系统的时候,采用了RDSS体制,而没有采取与GPS一样的工作机制呢?笔者认为,主要有如下一些因素:

  第一,GPS系统需要24颗卫星组成星座才能保证系统的正常运转,这需要大量的资金。相比之下,北斗系统只需要2颗定位卫星和1颗备用卫星共计3颗卫星就可以工作,这比GPS便宜得多,更适合我国的国情。
  第二,GPS型的卫星定位系统的研制难度高。美国经历了30余年,发展了两代卫星才达到比较满意的定位精度和效率,GPS的技术难度和所需的积累由此可见一斑。相比之下,RDSS系统可以充分利用我国现有的同步卫星资源和技术,实现起来比较容易,成功的把握更大。
  第三,也是最重要的,就是:GPS系统虽然先进,但它毕竟是一个由美国国防部控制的系统。如果过于依赖GPS系统,将会对我国的国家安全带来不利影响。因此,出于国家利益的考虑,我国需要一套自己的卫星定位系统,以免在关键时刻受制于人。因此,投资比较小、技术难度较低的RDSS型系统就成了我国的必然选择。

  我们经过上述的比较和分析已经看出,采用RDSS机制的北斗系统与采用军用P码的GPS系统相比,在一些重要性能上存在着一些差距,比如,采用有源定位,隐蔽性差;用户有数量限制,不像GPS系统那样在理论上可以允许无限多的用户等等。那么,该如何弥补这些差距呢?

  通过前述的北斗系统的定位原理和过程可以看出,北斗系统进行定位的关键,在于获得自身的海拔高程数据。在北斗系统中,这个数据是依靠在数字地图中进行查找来完成的。由于数字地图容量巨大,无法由用户机自行携带,因而必须存放在中心站的主服务器中,由主服务器完成查找工作。这是北斗系统必须采用有源定位方式的根本原因。这意味着:如果我们能有办法摆脱数字地图,由用户自行确定海拔高程,那么我们就可以实现北斗系统的无源定位。

  在现实的应用中,有许多用户是可以通过别的办法来自行确定海拔高程的。比如,航行在大海上的舰船,就可以把海面当作一个理想球面,而设定自身的海拔高程为零。许多市场上出售的登山用表,也带有气压高度计,可以根据气压变化来确定自身的海拔高程,其精度误差大约在5米左右。这样的精度完全可以满足定位的需要。

  如果我们对北斗系统的用户机进行改造,在里面加上一个石英钟和一个气压高度表,并接收来自三颗北斗系统定位卫星的信号,就可以象GPS系统那样,利用获得的用户机与三颗卫星转发的信号的钟差和气压高度表所提供的海拔高度,建立起一个四元方程组,解算出自身的具体坐标,从而实现北斗系统的无源定位。虽然这样的定位数据会有很大的误差,但对单兵、坦克等对定位精度要求并不高的用户来说,已经足够了。同时,我们还可以采取有源定位与无源定位相结合的办法,来提高无源定位的精度。比如,在每次开始使用无源定位功能之前,可以先用有源定位方式获得自身的精确高程数据,对自身使用的气压高度表进行校准,从而可以提供比较准确的海拔高程数据,使定位更加准确。

  如果能实现北斗系统的无源定位,将可以从根本上解决北斗系统用户机采用有源定位所带来的隐蔽性差、用户容量有限的问题。同时,由于无源定位不需要发射信号,因而可以节省发射机及其所需要的能量,从而减小用户机的体积、重量和能耗,将北斗卫星定位系统配备到每一辆战车,甚至每一个士兵。而且,这种定位方式不要求改变北斗系统中心站的工作方式,完全可以兼容现有的有源定位的用户机。

  也许,在不久的将来,我们就可以看到我们的战士也能和美军一样,人手一部北斗卫星定位机了。
[此贴子已经被新侨联委员于2005-10-17 10:49:27编辑过]
2003年5月25日,随着第三颗“北斗”1号导航定位卫星发射升空,我国自行研制的“北斗”卫星导航定位系统正式建成。这使我国成为世界上为数不多的自主建立卫星导航定位系统的国家之一。那么,这个系统有什么功能?它与我们熟悉的美国GPS系统的区别又在哪里呢?


GPS系统的工作原理与性能

  1957年,苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星——“伴星1号”。美国霍普金斯大学应用物理实验室的科学家在追踪这颗卫星时发现,他们接收到的卫星发出的信号因卫星与地面的相对移动而产生了多普勒频移,即:他们接收到的信号频率与卫星发射信号时的频率有一定的频差,而且发现,多普勒频移曲线与卫星轨道之间存在着一一对应的关系。这意味着,如果知道接收站的精确方位和某颗卫星通其观测区域期间的多普勒频移曲线,就可以确定该卫星的运行轨道;反过来,如果确知卫星的运行轨道,那么只要能测得它在通过某观测点上空时的频移曲线,也能获得观测点的位置。根据这一原理,美国海军于1964年建立了世界上第一个卫星导航系统——子午仪系统,并于1967年向民用开放。但由子午仪系统存在着定位时间长、误差大、不能连续快速定位(两次定位之间平均时间间隔为1.5小时)等缺陷,美国从1973年开始新一代的卫星定位系统的研制,这就是GPS系统。1993年,GPS系统达到了初始工作能力;1995年,GPS系统达到了完全工作能力。至此,GPS系统的建设正式完成。

  GPS系统的定位原理和过程可以简述如下:在一个立体直角坐标系中,任何一个点的位置都可以通过三个坐标数据X、Y、Z来得到确定。也就是说,只要能得到X、Y、Z三个坐标数据,就可以确知任何一点在空间中的位置。如果能测得某一点与其它三点A、B、C的距离,并确知A、B、C三点的坐标,就可以建立起一个三元方程组,解出该未知点的坐标数据,从而得到该点的确切位置。GPS就是根据这一原理,在太空中建立了一个由24颗卫星所组成的卫星网络,通过对卫星轨道分布的合理化设计,用户在地球上任何一个位置都可以观测到至少三颗卫星,只要测得与它们的距离,就可以解算出自身的坐标。

  用户如何测量与卫星的距离呢?GPS采用的办法,是在卫星和用户机上各安装一个时钟,并在卫星发送的测距信号中包含发送时的时间信息。这样,用户机在接收到测距信号后,只要与自身时钟的时间对比,就可以获得发送时间与接收时间的时差,再乘以光速,就可以得到与卫星的距离了。但在实际应用中,这个做法仍有缺陷。由于用户机受空间和能源的限制,只能采用精度较差的石英钟,因此不可能做到与卫星时钟的完全同步,这样测量出来的时间差和由此所计算得出的距离必然会有较大的误差。为消除这一误差,GPS测距时同时接收4颗卫星的信号,从而把钟差也作为一个未知数,与坐标共同组成一个四元方程组,与坐标一齐解算出来,从而保证了相当高的定位精度。

  由上述的定位原理和过程可见,在GPS系统中,卫星只起到广播测距信号的作用,用户机根据接收到的测距信号自主解算坐标。因此该系统是一个开放系统,可容纳的用户机数量不受限制。同时由于用户机只接收信号,不需要发射信号,因此它的定位保密性强。这两点对于在军事上的应用尤其有价值。


“北斗”系统的工作原理和性能

  GPS系统覆盖面大,精度高,是一种性能优秀的全球卫星定位系统。但是,该系统是一个由美国国防部控制的系统,因此,出于国家安全方面的考虑,一些国家希望建立自己的卫星定位系统。但是,GPS类的卫星定位系统技术难度大,投资大,一般国家难以承担。因此,一些国家就采用了技术难度相对较低、投资相对较小的RDSS(“卫星无线电定位服务”的英文缩写)系统。我国研制的“北斗”系统就属于这一类。

  “北斗”系统是如何工作的呢?前面已经指出,对于一个坐标未知点,如果能测得该点与其它三点A、B、C的距离,并确知A、B、C三点的坐标,就可以根据已经建立的数学模型,解算出该点的确切坐标。北斗系统同样是采用了这个方法,但它只用了位于赤道上空的两颗同步卫星提供两个距离值,第三个距离值采用未知点与地心的距离,这个数值可以通过地球半径加上用户自身的海拔高程得到。这样,由于地心坐标已知,因此通过三个距离值和三点的坐标,就可以解算出用户机的具体坐标了。

  那么,如何获得用户的海拔高程呢?北斗系统采用的是在数字地图上进行查找的办法。其原理是:将地球表面当作一个不规则球面,根据用户机到两颗卫星的距离,在数字地图上搜索符合条件的点,其结果就是用户的坐标。由于采取了这样的工作原理,因此北斗系统的工作过程与GPS系统有着很大的不同。简述如下:

  第一步,由地面中心站向位于同步轨道的两颗卫星发射测距信号,卫星分别接到信号后进行放大,然后向服务区转播;
  第二步,位于服务区的用户机在接收到卫星转发的测距信号后,立即发出应答信号,经过卫星中转,传送到中心站;
  第三步,中心站在接收到经卫星中转的应答信号后,根据信号的时间延迟,计算出测距信号经过中心站——卫星——用户机——卫星——中心站的传递时间,并由此得出中心站——卫星——用户机的距离,由于中心站——卫星的距离已知,由此可得用户机与卫星的距离;
  第四步,根据用上述方法得到的用户机与两颗卫星的距离数据,在中心站储存的数字地图上进行搜索,寻找符合距离条件的点,该点坐标即是所求的坐标;
  第五步,中心站将计算出来的坐标数据经过卫星发送往用户机,用户机再经过卫星向中心站发送一个回执,结束一次定位作业。

  由上述定位过程可见,北斗系统的定位作业需要中心站直接参加工作,中心站在每次定位过程中都处于核心的位置。这使它具有一些与GPS系统不同的特殊特性:

  第一,从北斗系统的定位过程可以看出,它是一个有源系统,用户机在定位过程中必须发射信号。这是它与GPS系统最大的不同。既然可以发送信号,就可以具备通信能力。因此,北斗系统具有低速通信功能,可以在任意两个用户机之间发送一次发送36个汉字字符的信息,经过授权的用户一次可以发送120个汉字的信息。这个功能是GPS所无法具备的。
  第二,北斗系统每次定位作业都是由用户机发出请求,经过中心站解算出坐标,然后发送给用户机。这种工作方式使得北斗系统存在着用户容量限制,凡是未经授权的用户都无法利用北斗系统进行定位作业,因而具备极好的保密性和反利用性。
  第三,北斗系统一次定位需要测距信号经中心站——卫星——用户机往返两次,因此费时比较长,从用户机发出定位请求到收到定位数据大约需要1秒钟,因此它不适合飞机、导弹等高速运动的物体,而更适合舰船、车辆、人员等低速运动目标的定位。

  北斗系统的这些特性运用到军事上,还具有一些特殊的功能:

  首先,北斗系统的短信功能可以用来传递简短的命令和信息,从而极大地便利部队的指挥和信息流动。但由于需要发送信号,不利于隐蔽,因此在军事上使用时,必须制定严格的保密措施和使用规范。同时,由于北斗系统需要用户机在中心站拥有自己的账号,因此它有容量限制,不像GPS系统那样,在理论上可以容纳无限多的用户。

  其次,由于北斗系统的解算工作都在中心站进行,因此在用户得知自己的方位的同时,别人也可以知道其方位。运用在军事上,这意味着部队的上级领导机关可以随时掌握装备了北斗用户机的部队的方位,从而便利指挥。在2001年的车臣战争中,俄罗斯军队一支小分队被叛军包围,因上级始终不知其位置,无法增援,最终全军覆没。如果当时俄军装备了类似北斗系统这样的定位系统,这一悲剧就不会发生。但是,如果敌方破解了北斗系统的电文密码,然后向中心站发送大量伪信号,就可以导致中心站的主处理机不堪重负而瘫痪,从而导致整个系统停止工作。另外,如果敌人摧毁了中心站,也会导致系统的瘫痪。因此,有必要随时更新电文密码,并多建几个后备中心站,以防止中心站被摧毁导致整个系统瘫痪。


对北斗系统的改进设想

  根据以上分析,我们可以看出,北斗系统与GPS系统的最大不同,就在于它采用了有源定位和集中计算的工作机制。从计算机的角度来看,北斗系统实际上是一个主机——终端型的集中式计算机网络系统。相比之下,GPS系统采用24颗卫星组成的星座只提供测距信号,计算由各个用户机自行完成。因此,相比之下,GPS系统的适应性更强,安全性更高。那么,为什么我国在建立北斗系统的时候,采用了RDSS体制,而没有采取与GPS一样的工作机制呢?笔者认为,主要有如下一些因素:

  第一,GPS系统需要24颗卫星组成星座才能保证系统的正常运转,这需要大量的资金。相比之下,北斗系统只需要2颗定位卫星和1颗备用卫星共计3颗卫星就可以工作,这比GPS便宜得多,更适合我国的国情。
  第二,GPS型的卫星定位系统的研制难度高。美国经历了30余年,发展了两代卫星才达到比较满意的定位精度和效率,GPS的技术难度和所需的积累由此可见一斑。相比之下,RDSS系统可以充分利用我国现有的同步卫星资源和技术,实现起来比较容易,成功的把握更大。
  第三,也是最重要的,就是:GPS系统虽然先进,但它毕竟是一个由美国国防部控制的系统。如果过于依赖GPS系统,将会对我国的国家安全带来不利影响。因此,出于国家利益的考虑,我国需要一套自己的卫星定位系统,以免在关键时刻受制于人。因此,投资比较小、技术难度较低的RDSS型系统就成了我国的必然选择。

  我们经过上述的比较和分析已经看出,采用RDSS机制的北斗系统与采用军用P码的GPS系统相比,在一些重要性能上存在着一些差距,比如,采用有源定位,隐蔽性差;用户有数量限制,不像GPS系统那样在理论上可以允许无限多的用户等等。那么,该如何弥补这些差距呢?

  通过前述的北斗系统的定位原理和过程可以看出,北斗系统进行定位的关键,在于获得自身的海拔高程数据。在北斗系统中,这个数据是依靠在数字地图中进行查找来完成的。由于数字地图容量巨大,无法由用户机自行携带,因而必须存放在中心站的主服务器中,由主服务器完成查找工作。这是北斗系统必须采用有源定位方式的根本原因。这意味着:如果我们能有办法摆脱数字地图,由用户自行确定海拔高程,那么我们就可以实现北斗系统的无源定位。

  在现实的应用中,有许多用户是可以通过别的办法来自行确定海拔高程的。比如,航行在大海上的舰船,就可以把海面当作一个理想球面,而设定自身的海拔高程为零。许多市场上出售的登山用表,也带有气压高度计,可以根据气压变化来确定自身的海拔高程,其精度误差大约在5米左右。这样的精度完全可以满足定位的需要。

  如果我们对北斗系统的用户机进行改造,在里面加上一个石英钟和一个气压高度表,并接收来自三颗北斗系统定位卫星的信号,就可以象GPS系统那样,利用获得的用户机与三颗卫星转发的信号的钟差和气压高度表所提供的海拔高度,建立起一个四元方程组,解算出自身的具体坐标,从而实现北斗系统的无源定位。虽然这样的定位数据会有很大的误差,但对单兵、坦克等对定位精度要求并不高的用户来说,已经足够了。同时,我们还可以采取有源定位与无源定位相结合的办法,来提高无源定位的精度。比如,在每次开始使用无源定位功能之前,可以先用有源定位方式获得自身的精确高程数据,对自身使用的气压高度表进行校准,从而可以提供比较准确的海拔高程数据,使定位更加准确。

  如果能实现北斗系统的无源定位,将可以从根本上解决北斗系统用户机采用有源定位所带来的隐蔽性差、用户容量有限的问题。同时,由于无源定位不需要发射信号,因而可以节省发射机及其所需要的能量,从而减小用户机的体积、重量和能耗,将北斗卫星定位系统配备到每一辆战车,甚至每一个士兵。而且,这种定位方式不要求改变北斗系统中心站的工作方式,完全可以兼容现有的有源定位的用户机。

  也许,在不久的将来,我们就可以看到我们的战士也能和美军一样,人手一部北斗卫星定位机了。
[此贴子已经被新侨联委员于2005-10-17 10:49:27编辑过]
我想,如果在北斗系统里加上两 颗太阳同步轨道卫星,可以实现类似GPS的无源定位,只是不能全球覆盖罢了
我们的最终目标应该是建立一个类似铱星系统的星座群,把卫通,全球定位,对地观测和导弹予警,无线电监听等功能模块化,建立一个军民两用的中轨卫星系统
[B]以下是引用[I]cookship[/I]在2005-8-20 7:25:00的发言:[/B][BR]我们的最终目标应该是建立一个类似铱星系统的星座群,把卫通,全球定位,对地观测和导弹予警,无线电监听等功能模块化,建立一个军民两用的中轨卫星系统

很好的提议啊!不过依靠我过现有的技术,吃得下吗?
[此贴子已经被新侨联委员于2005-10-17 10:53:29编辑过]
现在不行。
搞不懂,数字地图能有用吗?如果是在半空中怎么查找海拔?
这个是可以的,有过这样的方案。但是由于3颗星都在赤道平面上,几何精度因子处在比较差的情况,所以精度会不会。北斗2代已经呼之欲出,显然1代是有着重大缺陷的。如果2代服役时间不会拖得很久,就等2代吧。如果2代还要很久,那么再动动脑筋开发1代的功能
[B]以下是引用[I]cookship[/I]在2005-8-20 7:20:00的发言:[/B][BR]我想,如果在北斗系统里加上两 颗太阳同步轨道卫星,可以实现类似GPS的无源定位,只是不能全球覆盖罢了

如果只有2颗额外卫星,那么24小时的区域覆盖也不行。因为在太阳同步轨道上,卫星转眼就跑了
[B]以下是引用[I]shh[/I]在2005-8-22 12:24:00的发言:[/B][BR]了
如果只有2颗额外卫星,那么24小时的区域覆盖也不行。因为在太阳同步轨道上,卫星转眼就跑了

汗一个,我把概念搞错了
楼主是BQZS上的张兄吗?我就是冲你的文章买的这期杂志。现在的刊物上很难看到这样有理有据的论文和富有建设性的建议。赞一个!
    hswz兄贴的专家的改进方案也提供了十分珍贵的资料,让人很长见识。
    不论北斗二代最终采取何种原理,我觉得它最优先要解决的问题是高速客户的精确定位问题。GPS对军事变革的最大影响是使精确制导武器因变得十分廉价而大量普及。从近几次战争的打击力度和效果来看,未来台海之战恐怕没有上万件精确制导弹药是不行的。也只有卫星定位这样的制导技术才能使这在经济上成为可能。
[B]以下是引用[I]驭风[/I]在2005-8-31 12:35:00的发言:[/B][BR]    楼主是BQZS上的张兄吗?我就是冲你的文章买的这期杂志。现在的刊物上很难看到这样有理有据的论文和富有建设性的建议。赞一个!
    hswz兄贴的专家的改进方案也提供了十分珍贵的资料,让人很长见识。
    不论北斗二代最终采取何种原理,我觉得它最优先要解决的问题是高速客户的精确定位问题。GPS对军事变革的最大影响是使精确制导武器因变得十分廉价而大量普及。从近几次战争的打击力度和效果来看,未来台海之战恐怕没有上万件精确制导弹药是不行的。也只有卫星定位这样的制导技术才能使这在经济上成为可能。

我也觉得,美军大量采用GPS/INS联合制导的廉价制导武器,是把武器装备投资的重点从弹药和平台转向了网络系统,这样可以大大减少作战中的消耗,也可以更加无顾忌地出口武器,因为购买了此类武器,就必须纳入美国的军事体系才能发挥效用。
应该说,这个决策在军事上有效,经济上精明,政治上狠毒。
由上述的定位原理和过程可见,在GPS系统中,卫星只起到广播测距信号的作用,用户机根据接收到的测距信号自主解算坐标。因此该系统是一个开放系统,可容纳的用户机数量不受限制。同时由于用户机只接收信号,不需要发射信号,因此它的定位保密性强。这两点对于在军事上的应用尤其有价值。
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不理解,如果是这样,那么GPS卫星实际上不能“知道”他的用户到底是谁,那么怎么做到战时不让对手利用呢?
[em06][em06]
[B]以下是引用[I]不能不爱岳不群[/I]在2005-8-31 23:30:00的发言:[/B][BR]由上述的定位原理和过程可见,在GPS系统中,卫星只起到广播测距信号的作用,用户机根据接收到的测距信号自主解算坐标。因此该系统是一个开放系统,可容纳的用户机数量不受限制。同时由于用户机只接收信号,不需要发射信号,因此它的定位保密性强。这两点对于在军事上的应用尤其有价值。
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不理解,如果是这样,那么GPS卫星实际上不能“知道”他的用户到底是谁,那么怎么做到战时不让对手利用呢?
[em06][em06]

所以美国在改进GPS的时候,就提出要有对特定地区实行信号封锁的能力。
已经透露措施包括:增加新的军用M码,把军用民用信号完全分开;在特定区域关闭民用码的发送(军用码的保密性能较好);在信号中加入频率抖动破坏接收效果(这个其实一直在用,后来美国为了增强GPS在民用市场的竞争力,把干扰取消了,但是在战时可以针对特定地区重新使用)。
当然这些措施也是可以破解的,和电子战一样,水涨船高罢了。
最彻底的就是关闭特定地区的C/A码,那么就没有办法用了。加SA增加误差可以利用差分GPS来消除,但总是会不太方便,尤其在战时
北斗2代一定是和GPS,加利略一样的方式(指原理上),动态利用测伪距的方式。静态的话,可以用载波相位,得到更高的精度,如同现在利用GPS进行的一些大地测量。某些地区还会增强
[B]以下是引用[I]shh[/I]在2005-9-1 9:59:00的发言:[/B][BR]北斗2代一定是和GPS,加利略一样的方式(指原理上),动态利用测伪距的方式。静态的话,可以用载波相位,得到更高的精度,如同现在利用GPS进行的一些大地测量。某些地区还会增强

    多谢shh兄的回复。
    大家现在都在猜北斗2代的星座分布方案。从我国的事实需要及现在披露出来的一些信息看,我的理解是:
    1、北斗2代仍是区域而非全球系统,但免上行信号、不限制用户容量等肯定能做到。
    2、北斗2代恐怕不会像1代这种只依靠同步静止轨道方案了,而很可能采用动静结合的方案。
    我看到专家们讨论最热门的好象一是与倾斜同步轨道结合方案,比如4个GEO+9个IGSO;二是与中高度圆轨道结合方案,比如4个GEO+12个MEO。这实际上是今后还搞不搞全球系统的取舍问题。我觉得后一个方案似乎更理想些,比第一个方案应该多花不了多少钱,而能为今后有钱了扩展为4个GEO+24个MEO的全球系统创造条件。当然最后要看上头下多大的决心了。
[此贴子已经被新侨联委员于2005-10-17 10:54:36编辑过]
差得远喽~~~~努力!
驭风兄和大秦猛士兄好。说说我的看法
1. 关于北斗2代到底是什么全球还是区域系统,最近似乎有消息说,先构成一个区域导航系统,再发展成全球导航系统。
2. 照童凯文章里的说法,4GEO+9IGSO和4GEO+12MEO的方案都可以构成区域导航系统,但是前者在IGSO卫星到达服务区边缘时卫星定位精度下降,会造成用户定位精度的下降。IGSO光是9颗的话不足以提供全球覆盖。欧洲曾经考虑到利用几个IGSO区域导航系统组成一个全球导航系统,但是最终也放弃了。
3. 我对现在网上流传的那个方案有疑问。有必要一定用IGSO吗?MEO加上GEO的加强,已经足以提供区域服务,并进一步可发展为全球系统
这个问题最早是从这里开头的:http://202.108.44.22/cgi-bin/view.cgi?gid=5&fid=33&thread=12927&date=20040325
[B]以下是引用[I]zlaser[/I]在2005-9-14 19:17:00的发言:[/B][BR]这个问题最早是从这里开头的:http://202.108.44.22/cgi-bin/view.cgi?gid=5&fid=33&thread=12927&date=20040325


zlaser兄好阿。我就是那个帖子里的uuuu,那里的小秦猛士就是这里的大秦猛士兄吧
原来是uuuu兄啊!幸会!幸会!
自从上次讨论后,我下决心读了一批讲卫星定位的书,收获颇多。现在对你的这个问题我已经有了答案:
uuuu   2004-03-30 14:31:16  



----四颗(甚至更多)位于同步轨道上的卫星不能实现定位,因为把它们的数据代入公式后,只能得到三个独立的方程,无法解出四个未知数。

老兄能否说明一下为什么最多只能得到3个独立的方程呢?
我当时也考虑过这个问题,我觉得从纯数学上来看,就算是在静止轨道上的4颗星也是可以给出4个独立方程的啊?


从理论上来说,4颗同步卫星也是可以实现无源定位的,但由于用于定位的卫星之间要有至少30度的夹角,这样4颗卫星就要占据90度的空间,这样将很难在国内实现对它们的测控和定位。
嗯。还有一个问题我觉得是这样构形可能对定位精度不利,水平和垂直几何放大因子可能比较大
出差半个月才回来,看了前面shh和猛士诸兄的贴子学了不少东西。
    但我现在仍存的疑问与shh兄相同:既然4GEO+9IGSO和4GEO+12MEO的方案各自都能满足我们的需要,我们的选择就应该是两者只取其一,那为何要搞IGSO和MEO结合的方案呢?这样做有什么特别的好处吗?
    GPS和GLONASS的星座方案是很成熟的,唯一的缺点就是耗资巨大。我们之所以弃之不用而要另辟溪径,其实唯一的动机就是想省钱,卫星能少打一颗是一颗。如果真像传说的那样取4静止星+12中轨星+9高轨道星的星座方案,虽然能解决循序渐进的问题,但最后要打上去的卫星总数竟然达到惊人的25颗,而GPS和GLONASS算上备用星也不过是21+3而已啊,这代价是不是太大了!估计我怀疑中国是否准备好花比美苏都多的钱来打造自己的全球卫星定位系统。
说说偶的推测,大家批评。
先看http://www.cjdby.net/dispbbs.asp?boardID=4&ID=17975,这是1997年提出的方案,GEO+IGSO。
后来童恺提出的方案是GEO+MEO。
注意,都是学术界提出的观点,通常学术界的思维方式是在满足要求的前提下给出最简化的方案。这两个方案都比较省钱,但是都是区域型的,如果要发展到全球型的,最后的目标肯定是GEO+MEO。所以不管中间过渡形态是什么,最后要花的钱都是少不了的,总要发射二十多个MEO。所以我估计到现实方案中,就给出了两个方案的折中,就是GEO+IGSO+MEO——GEO是最小公约数,IGSO是比较省钱的过渡方案,MEO是最后的走向。所谓4+9+12,其实只是完成最终目标前的状态,最后偶估计要达到4+24的目标。当然什么时候完成,就很难说了。
反正新卫星很快就要发射了,如果这次是IGSO,就说明方案是逐步实施;如果是MEO,就是想一步到位了。
[B]以下是引用[I]驭风[/I]在2005-9-20 13:14:00的发言:[/B][BR]    出差半个月才回来,看了前面shh和猛士诸兄的贴子学了不少东西。
    但我现在仍存的疑问与shh兄相同:既然4GEO+9IGSO和4GEO+12MEO的方案各自都能满足我们的需要,我们的选择就应该是两者只取其一,那为何要搞IGSO和MEO结合的方案呢?这样做有什么特别的好处吗?......

我觉所谓4+9+12方案确实比较怪异,似乎是出于妥协两方面的考虑、最终是要过渡到GEO+MEO的全球导航系统[em06]。
有关论文也只是提出GEO+IGSO,其具体要求是:在一代的基础上发展与过渡,以军用为主,在体制上与一代有兼容性。新系统与一代相比,重点解决无源定位、将用户接收信号载频从S频段变为L频段。
新系统的用法要求是:
1、具有连续的无源三维定位、导航、测速、授时能力;
2、具有简短数字报文通信功能;
3、具有保密、抗干扰及抗摧毁能力与措施;
4、使用区域:纬度00~550N,经度300~1500E;
5、服务项目:陆上、海上导航定位,航空辅助导航、定位报告、武器制导;
6、定位精度:700~1500E,00~550N,水平5m,垂直5m
                       300~700E, 00~550N,水平20m,垂直20m ;
7、速度精度:0.1米/秒;
8、定时精度:单向优于100纳秒,双向优于10纳秒;
......
空间段设想是由3~4颗GEO星和6~9颗IGSO星组成 ,二代与一代过渡的方案分两阶段实施:第一阶段,发射6颗IGSO卫星、同时发射一颗110.5E的一号备份星(载有L频段双频发射机),这样在维持一号工作的同时可进行无源三维定位试验;第二阶段,用新型备份星将原先两颗一代星替换,并在450E处增发一颗星,继续发射3颗IGSO星最终过渡到4GEO+9IGSO的星座。
[此贴子已经被作者于2005-9-20 20:12:23编辑过]
[B]以下是引用[I]大秦猛士[/I]在2005-9-20 15:34:00的发言:[/B][BR]说说偶的推测,大家批评。
先看http://www.cjdby.net/dispbbs.asp?boardID=4&ID=17975,这是1997年提出的方案,GEO+IGSO。
后来童恺提出的方案是GEO+MEO。
注意,都是学术界提出的观点,通常学术界的思维方式是在满足要求的前提下给出最简化的方案。这两个方案都比较省钱,但是都是区域型的,如果要发展到全球型的,最后的目标肯定是GEO+MEO。所以不管中间过渡形态是什么,最后要花的钱都是少不了的,总要发射二十多个MEO。所以我估计到现实方案中,就给出了两个方案的折中,就是GEO+IGSO+MEO——GEO是最小公约数,IGSO是比较省钱的过渡方案,MEO是最后的走向。所谓4+9+12,其实只是完成最终目标前的状态,最后偶估计要达到4+24的目标。当然什么时候完成,就很难说了。
反正新卫星很快就要发射了,如果这次是IGSO,就说明方案是逐步实施;如果是MEO,就是想一步到位了。

    多谢猛士兄的解释。
    星座分布问题我不大懂。但从我看到的资料看,4GEO+9IGSO或4GEO+12MEO确实都是很理想的区域导航方案,但4GEO+9IGSO+12MEO有什么特别好处吗?两个不同的区域方案叠加能构成全球方案吗?说它能进一步提高区域导航的精度我信(毕竟能同时提供服务的卫星多多了),但说它能构成全球导航系统我有点怀疑(我没查到有专家论证它的全球覆盖效果),至少它的全球覆盖效果恐怕不会像24MEO那么均匀理想。
    从童恺几篇文章来看,字里行间似乎是更偏爱先建4GEO+12MEO的区域加强网,以后再视情补射12颗MEO形成全球覆盖局部加强的方案。这似乎是个进退自如的理想方案,对亚太区域的精度理论上比GPS还要高些。
    我甚至斗胆猜想,我们会不会在4GEO+24MEO方案基础上再补射4颗GEO,以便进一步形成8GEO+24MEO的全球加强网。这好象就是伽利略计划放弃的那个方案,据说当年放弃的原因是这种布局对高纬度地区效果欠理想,所以欧洲人干脆加上6颗MEO替代了GEO的作用。欧洲人是从零开始,当然这样决策是明智的,如果我们已有了4颗现成的GEO,进一步改进成8GEO+24MEO也不是没可能。
    当然下这么大本钱肯定是要实现全球民用商业化道路的,市场问题比技术问题更难解决。就像WINDOWS已经一统天下,无数成熟用户的软件都建立在它的基础上,别的操作系统再好也争不过它。现在有了GPS和GLONASS,又有了强大的伽利略,中国再想分一杯羹是很难的。看不出我们能有什么独特的竞争优势。如果靠终端便宜,问题是中国的无数乡镇企业一样能把GPS终端造成成本极低廉的产品,而不给北斗2任何机会,就像它们现在拼命生产廉价的欧美制式3G手机而不给中国自己的TD-CDMA任何机会一样。
    唉,造铯钟容易,拼市场难啊。看看咱北斗1代在中国国内的市场开发情况,就知道政府为什么难下决心了。
从maya兄的帖子里提到的资料看,也说明那个4+9+12的方案可能是误传。既然北斗2代似乎已经是呼之欲出,那么很可能就是4+9IGSO的那个区域方案。(不明白为什么不是4+12MEO)
北斗2代已经明显是“几乎纯军用”,即使没有1个民用终端,也要上,时间不等人。这样更增大只做IGSO区域方案的可能性。
我认为北斗2应该走先建立纯军用区域型,再逐步全球化的路子,以后再考虑向民用开放。
因为如果从一开始就考虑民用,一是会造成投资、技术和管理体制上许多麻烦,牵扯的事情越多,就越是难以决策,最急需的军事用途反而不能得到满足;二是我国的经济和管理体制,根本不适应这种军事项目的民用推广。
总之在技术和管理不够扎实的情况下,一个系统只要满足基本使用要求,越简洁越好。
走私一个军用的GPS,或战时抓一个俘虏,就解决问题了。或者加干扰,大家都别用。
楼主,恕我直言,得知这篇文章被采用,本人决定再也不买BQZS啦
原来的JC,BQ之流好歹号称官方,江河日下,现在只能叫YY了
看看kanwa,简氏,真不晓得是编辑无能,还是报刊管理出了毛病
<P>目前可以确定的是北斗二代第一期工程,是由12颗卫星(东三平台,DFH-3A)组成的,MEO方案胜出的可能性较大[em05]  不清楚是否包含GEO星?</P>
按照童凯的说法,如果用MEO,那么一个区域系统需要12MEO+4GEO
既然用到同步卫星,那么我们是不是可以做成通讯一体的?
[B]以下是引用[I]shh[/I]在2005-11-3 13:48:00的发言:[/B][BR]按照童凯的说法,如果用MEO,那么一个区域系统需要12MEO+4GEO

aliasmaya贴出的资料http://www.nast.org.cn/achieve/achieve.jsp?ID=2420519,里面说“目前利用东方红三号正在研制的有BD-2二代导航定位卫星(一期工程12颗星)”,看来是MEO方案先发了。
<p>在现有北斗一号三颗卫星的条件下实现无源定位从理论上和实践上都是可行的,在国内已经有多家厂商推出相关产品,无源北斗一号定位有三种应用及实现模式:</p><p>1、针对海军、海事、舰船等海用客户,可以将高程数据设置为0,取得一维数据而最终得出精确定位;</p><p>2、针对普通车载(海拔低于3000米)、手持型客户,可以板载高精密型气压高度计,高度计误差小于10米,完全可以满足定位要求;</p><p>3、针对空军高动态机载(动态范围从1马赫到10马赫)导航客户,可以外接各种型号飞机的标准气压高度表,通过开发特定的软件修正飞机气压高度表的误差,从而得出精确定位数据;</p><p>4、对于其他特定的用户,还可以开发BD+GLONASS二合一组合导航定位产品,通过观测BD一号的三颗卫星和GLONASS的可见卫星,方程求解得出无源定位结果。</p><p>5、在我国空军的一些特定飞机上,通过开发BD一号+铷钟的方案,实现无源定位。</p>
是这样,可以用。但是一来还是要用户提供高程,引入一定误差。二来目前的北斗1号(至少1,2星)不是双频,从而对精度不利。3是3颗GEO卫星这样的构形,可能几何精度因子也不是最佳情况。既然2代导航已经很快要上,就不如等它把
不管怎么先顶了再说