中国北斗简单原理随笔

中国北斗简单原理随笔

  
  

  博主本科大二的时候负责一个海上浮漂的项目，我们移动网络基本距离岸边一般10海里也就完全没有信号了，所有海上目前最为常见的就是卫星通信。而我们使用的就是我们国家自主开发的北斗通信。北斗的短报文通信。
  

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  首先我们应该知道的是：
  1 GPS是不能进行通信的，只能被动定位
  2 美国的铱星全球性卫星移动通信系统是可以通信的，但是通讯是按字节收费的，每个月有月租，超过部分按字节收费.
  3 目前北斗是可以定位也可以短报文通讯。
  

  GNSS(全球导航卫星系统)
  现在世界上真正实现全球卫星定位的只有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO、中国的BDS

  卫星定位的详细原理参考如下
  https://blog.csdn.net/bit_kaki/article/details/81163371

  北斗和GPS的不同，可以参考下文章
  http://baijiahao.baidu.com/s?id=1568866686587770&wfr=spider&for=pc
  

  划重点了！ 划重点了！ 划重点了！

  博主认为可以简单的这样理解。空间里需要定位一个位置(坐标)，需要三个未知数，x、y、z,但是由于接收机的时钟存在误差，又多了一个未知数，所以一共四个未知数，所以接收机只要能收到4个卫星的信号就能实现定位了，我们知道的是卫星的位置(通过星历广播)，通过
  卫星发送信号和接收机的时间差 * 信号的传播速度 = 接收机和卫星之间的距离
  这样四个方程式就可以解出经度、维度、高程、时间四个值。(这里补充说明一下，一般接收机一般可以搜到4颗以上的卫星，四颗是理论在任何时刻在任何位置都可以保证可以接收四个卫星信号，这里接收机可以通过信号强度等信息结算出最优的位置)

  那么问题来了，信号传播速度约等于光速(一般取3*108m/s)，所以对时间要求之高可以想象(如果要求测量的距离误差小于1cm时，则信号传播时间的测定误差应小于 0.03ns)，说到这就是时间的问题，一个是卫星的时钟精度，这个我们认为就是卫星播报精确时间，还有一个是信号在传播的过程中的穿过电离层、对流层信号时延(这里我们不考虑另一个比较重要的影响点：卫星轨道误差，即同步卫星并不是完全的与地球同步，需要经常校准其位置。由卫星轨道误差带来误差一般在5m以内)

  

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  解决办法：
  

• 1 提高卫星时钟的精度

    卫星上使用的原子钟是极其中重要的一项技术，也是限制我国北斗定位精度的一个非常重要的因素，有些人可能会说，花钱买呗，但是这些技术国外对华是完全技术封锁的，不可能销售你精度极高的原子钟，销售精度不是特别高的时钟还是可以的，所以我国北斗当时的解决方案是每个卫星上使用精度不是特别高的原子钟，然后在地面基站配备已经精度高的原子钟，基站在固定时间修正卫星的原子钟。这样就能保证每一颗卫星的原子钟相对精度都较高了。

• 2 降低时延–差分全球定位系统（GPS）

  为了解决上面的信号传输的过程中信号穿过电离层、对流层等信号的影响问题，但是这些问题是不是都有一个共同的问题，在一片区域内的影响程度差不多。所以如果我们将一台接收机安置在某个固定基站上。根据基站已知精密坐标，计算出基站到卫星的距离改正数，并由基站实时将这一数据发送出去。用户接收机在接受卫星数据的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。这就是GPS解决方案。其实践精度可达到误差1米。
  如果实现全球定位的话，是不是要在全球一些位置建上基站，这显然不是一个简单的事情，美国采用(GPS系统在全球建 5个监控站，1个主控站和3个注入站以保证卫星运行，这些站都设在美国国土上，并且在全球分布很均匀。包括美洲大陆的美国本土，太平洋的关岛和夏威夷、印度洋的迭哥枷西亚以及大西洋的阿森松群岛。将基站建在其他国家，一定程度上也增加了其安全风险)，中国没采用。
  这里后建设的北斗就有自己的后发优势，GPS使用双频信号，北斗使用三频信号。可以更好的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。

  详细实现原理参考博客：
  https://blog.csdn.net/bit_kaki/article/details/81185384

• 实用功能–北斗短报文通信

  类似于手机的短信功能，民用北斗目前可以一次发送最大约80字节(实践得，一般实际使用最大发送72字节，再高增加失败的几率)，最高发送频度为60秒。08年汶川地震的时候，震区唯一的通讯方式就是北斗一代通信。而且相对于铱星卫星通信来说，北斗收费是较为实惠的，一般是按年收费，就像你办一个限速的不限量套餐，用不用一年就是哪些钱(我没记错的话是一年500元)，而铱星是按照字节收费的，就像除了每个月的月租给你一定的字节，超出的部分按字节收费。

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  写在最后：虽然我国北斗还是有一定的不足，但是在当时较为恶劣的研发环境之下，其发展速度之快，对北斗建设的科研者来说是一个非常大的成功。博主也为建设北斗的工作者们点赞！！！