北斗衛(wèi)星有多少顆

聯(lián)系方式見右側(cè)懸浮框

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解答五

要這個問題首先需要先科普下GNSS定位原理：

簡單的來說，就是拿電磁波當(dāng)尺子用，測量到衛(wèi)星之間的距離，然后以衛(wèi)星為球心距離為半徑作球，多個球交匯處即唯一確定一個點。

由幾何知識我們知道，要唯一確定一個點的三維坐標(biāo)需要有三組到已知點的距離。衛(wèi)星本身可由地面測控站測定軌道，其位置是可以很容易由其廣播的電文推算的，可視為已知點。現(xiàn)在來看距離，基本公式就是距離=時間差 * 波速，其中波速在真空中就是光速。但問題在于，計算精確的時間差需要終端和衛(wèi)星的時鐘同步，這在只發(fā)不收信號的GPS系統(tǒng)中是很難做到的（參考計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對時原理，需要server回應(yīng)）。為此，需要再額外引入一組方程，以聯(lián)合解算出時間差。

至此我們知道無源系統(tǒng)定點需要同時接收3+1顆衛(wèi)星的信號。

由此得到衛(wèi)星星座設(shè)計的基本原則：

在地球上任意位置、任意時間都要能同時看見4顆以上衛(wèi)星。

在地球上任意位置、任意時間都要能同時看見4顆以上衛(wèi)星。

在地球上任意位置、任意時間都要能同時看見4顆以上衛(wèi)星。

軌道高，信號差、飛得慢、誤差大，但是單星覆蓋廣、壽命長、所需衛(wèi)星少。

軌道低，信號好、飛得快、誤差小，但是單星覆蓋小、壽命短、所需衛(wèi)星多。

就看你在4星可見的設(shè)計總原則的基礎(chǔ)上如何去平衡了。最終的目的是要信號好、誤差小、壽命長、成本低（感覺像是悖論是不是？）

32還是24星都是權(quán)衡的結(jié)果，GNSS是個集成系統(tǒng)，每個國家各工業(yè)發(fā)展的不均衡性造成輸入的參數(shù)不一樣，星座設(shè)計必然就會不同。

 

解答六

北斗系統(tǒng)和GPS定位方式和原理上一脈相承。GPS由美國設(shè)計于70年代而成形于90年代，而北斗系統(tǒng)（正式的北斗系統(tǒng)為北斗二代）啟動于2004年，實際上是對GPS的一個模仿。

那么可以說，北斗和GPS基本相同，功能上都是為用戶提供位置/時間信息：用戶持有一臺導(dǎo)航儀，通過接收GPS/北斗衛(wèi)星信號，分析出用戶的位置。順便說下北斗二代是無源定位，即知識導(dǎo)航儀接收衛(wèi)星信號而不向衛(wèi)星發(fā)射信號，所以沒有短信功能。

在具體實現(xiàn)這個功能時，兩個系統(tǒng)在很多方面都是不一樣的，比如其他幾位提到的信號頻點，衛(wèi)星星座，坐標(biāo)系等等。然而既然這兩個系統(tǒng)都是以為用戶提供位置為目的，那么核心的差別應(yīng)該是兩個系統(tǒng)在定位精度上的差別。那么其它的不同，有些是基本上無關(guān)緊要的（比如采用不同的時間/空間坐標(biāo)系，本質(zhì)上只是一種約定俗成），還有一些主要反映在對定位精度的影響上。

定位精度當(dāng)然是需求越高越好。那么新發(fā)展出來的北斗在與GPS相比時的區(qū)別主要在于 1）GPS里一些由于各種原因我們模仿不了的東西，導(dǎo)致定位精度下降。 2） 北斗設(shè)計上的一些創(chuàng)新和改進(jìn)。

要往下說道具體的實質(zhì)內(nèi)容之前，得首先大概說一下定位的原理及定位誤差的來源。如果你都了解的話可以跳過下面這段內(nèi)容。

定位的基本原理是通過衛(wèi)星位置和用戶到衛(wèi)星的距離來推算用戶的位置。

 

看上面(b)圖。如果已知衛(wèi)星1的位置和用戶到衛(wèi)星1的距離，就可以知道用戶一定在藍(lán)色的球上的某一點。當(dāng)然由此信息不能確定是在哪一點上，因此還需要知道衛(wèi)星2的位置和用戶到衛(wèi)星2的距離，由此知道用戶一定同時也在紫色的球上的某一點，連同衛(wèi)星1的信息，就知道用戶在兩個球相交的圓上面的某一點。然而此時仍不能確定用戶具體是在圓上的哪一點，因此需要知道第三課衛(wèi)星（圖c）的信息。由此，三顆衛(wèi)星可以確定出用戶的唯一的位置。 ==衛(wèi)星位置。衛(wèi)星位置引入第一個誤差，即對衛(wèi)星位置的測量不可能是完全精準(zhǔn)的，衛(wèi)星位置的偏差會導(dǎo)致最終定位精度的偏差。

==用戶到衛(wèi)星的距離。這個距離當(dāng)然不能用尺子量，那么給出這個距離的辦法是從衛(wèi)星發(fā)射電磁波，以光速傳遞到接收機(jī)，然后通過 d = C * (t2 - t1)來求這個距離，其中t1是衛(wèi)星發(fā)射電磁波的時間，t2是用戶接收電磁波的時間。這兩個時間要求非常的精確，因為光速C = 3后面八個零，意味著如果時間t1或t2偏差了0.00000001（8個零）秒的話，這個距離d就會偏差3米。

- t1是由衛(wèi)星上的原子鐘來測量的，因此引入第二個誤差，即衛(wèi)星原子鐘精度導(dǎo)致的誤差。

- t2是由用戶接收機(jī)上的鐘來測量的，這個鐘的誤差更大（因為原子鐘造價高，不能放接收機(jī)上），因此索性就認(rèn)為t2是個未知數(shù)，通過在多引入一個方程（即引入第四顆衛(wèi)星）來解這個未知數(shù)。

第三個誤差，由衛(wèi)星的分布造成的誤差。需要一些推導(dǎo)，不詳細(xì)說了，結(jié)論就是：上面講了四顆衛(wèi)星可以定位，那么定位精度和這四顆星在空中的分布有關(guān)系，如果四顆星相互距離較遠(yuǎn)（比如一顆在天頂，另外三顆在地平線，并且分別在12點，4點和8點鐘方向），那么定位精度更高一些，如果四顆星都聚在一起（比如都在天頂附近），定位精度會降低一些。

下面就上面第一二三個誤差來說北斗GPS的差別。

- 衛(wèi)星位置引入的誤差。要用衛(wèi)星給地面的用戶測量位置，首先要有地面上的監(jiān)測站來測量衛(wèi)星的位置。檢測站的位置是已知的，那么通過上面類似的原理，可以測量衛(wèi)星的位置�？梢韵胂�，如果北斗的監(jiān)測站全部都在中國境內(nèi)，那么當(dāng)一顆導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)行到南美上空時，沒有監(jiān)測站可以直接觀測到這顆衛(wèi)星，因此就不能測量它的精確位置（只能通過牛頓定律什么的推出一個粗略的位置），會導(dǎo)致定位精度下降。GPS系統(tǒng)依托美國遍布全球的海外領(lǐng)土和軍事基地，各種監(jiān)測站隨便建，不存在這個問題。

- 原子鐘誤差。貌似我們的原子鐘技術(shù)落后一些，導(dǎo)致這個誤差北斗略大一些。不懂行，不敢亂說。

- 衛(wèi)星的幾何分布。衛(wèi)星網(wǎng)越密集，用戶可用的衛(wèi)星數(shù)目就越多，因此能達(dá)到更好的衛(wèi)星幾何分布，從而達(dá)到更高的定位精度。這點上北斗在一定程度上是有優(yōu)勢的。

GPS設(shè)計有24顆衛(wèi)星，分布大概如下圖所示，這種星座設(shè)計的目標(biāo)是保證全球任何地點，任意時刻，有至少四顆可見衛(wèi)星。當(dāng)然這四顆衛(wèi)星的分布不一定很好。

 

北斗的衛(wèi)星星座構(gòu)成稍微復(fù)雜點。首先有27顆星是類似于GPS的24顆星的，軌道稍有差別，目的是提供全球覆蓋；此外還有8顆地球同步衛(wèi)星，其中5顆同步靜止在赤道上空，3顆斜同步衛(wèi)星（斜同步即衛(wèi)星維持在同一經(jīng)度上空但并不一直固定在赤道上空）。它們并不是均勻分布在全球，而是都在中國及附近的區(qū)域。 這8顆衛(wèi)星對于導(dǎo)航定位來說我看來大概有以下幾個好處：

1. 增加中國及附近區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)目，使衛(wèi)星網(wǎng)密度大。

2. 便于監(jiān)測，由國境內(nèi)的監(jiān)測站即可測量他們的位置，因此衛(wèi)星位置精度更高。

3. 便于搜索衛(wèi)星。在導(dǎo)航接收機(jī)初始定位的時候，并不知道天上哪顆衛(wèi)星是可見的，因此需要漫天搜星，以致延長初次定位所需時間。而北斗由于有同步衛(wèi)星，則可以先搜索他們，實現(xiàn)更快的定位。另外，從2012年公布的導(dǎo)航電文來看，同步衛(wèi)星播發(fā)的數(shù)據(jù)碼率更快，因此可以進(jìn)一步減少初次定位時間。

解答一

GLONASS（俄羅斯的全球定位系統(tǒng)）、GPS（美國）、 COMPASS（即北斗，中國）的一部分和Galileo（歐洲）的衛(wèi)星都運(yùn)行在地球中軌道(MEO)，高度分別為19,100km、20,200km、21,500km

、23222km。別家需要全球覆蓋的的衛(wèi)星數(shù)目分別為24、24和27。先簡單講講GPS。GPS需要24顆衛(wèi)星只是最基本的數(shù)目。這個數(shù)目可以保證全球每個地方任何時刻至少能看見4顆衛(wèi)星，通過4個方程可以解出空間三維坐標(biāo)和時間四個變量。這24顆衛(wèi)星分布在6個軌道面，每個軌道面有4顆衛(wèi)星。 GPS系統(tǒng)的接收機(jī)都是采用無源定位方式（就是接收機(jī)不需要發(fā)送信號）。

 

好，下面開始講為什么北斗要35顆：北斗的工作原理和和GPS一樣，而軌道高度比GPS略高比Galileo略低，理論上24顆也能提供GPS一樣的無源定位服務(wù)了——實際上北斗和伽利略一樣用了27顆地球中軌道衛(wèi)星，一個原因是因為他們的軌道高一些，需要略多數(shù)目保證衛(wèi)星離接收機(jī)不太遠(yuǎn)，另一個主要原因是這些衛(wèi)星的軌道同GPS不同，只有3個軌道面，每個軌道面9顆，軌道面之間為相隔120°均勻分布。這種分布方式是北斗需要比GPS多3個衛(wèi)星的原因。慢著——沒完呢，北斗不是35顆嗎，還有8顆哪里去了？

 

這要涉及到衛(wèi)星系統(tǒng)這樣的龐大系統(tǒng)工程的周期問題，上述27顆衛(wèi)星的發(fā)射是漫長的過程，即使是初步覆蓋中國全境也需要20顆左右才能做到，從發(fā)射第一顆到最后一顆中間有可能會有10——20年的時間，而且先發(fā)射的使用壽命只有8年——27顆沒有準(zhǔn)備齊呢，老的衛(wèi)星開始往下掉了，顯然這種做法浪費(fèi)太大了，在前十幾年系統(tǒng)根本不能正常使用！如何讓系統(tǒng)盡快工作呢？于是北斗發(fā)明了一個巧妙的想法——首先發(fā)射3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星，這些傾斜同步軌道衛(wèi)星高度和地球同步衛(wèi)星類似，繞地球一周也是24小時，但是軌道并不正好在赤道上，而是和地球赤道面有個夾角。這種衛(wèi)星在地球固定一個位置看到的軌跡是這樣的類似于日行線的形狀，同經(jīng)線平行的一個8字形（需要一點兒想象力才能理解）。這3顆衛(wèi)星雖然不是完全同地面靜止，但是大部分時候中國境內(nèi)仍然能看到，所以對系統(tǒng)立即可用幫助很大——可是還差5顆呢？

 

這就要回到北斗系統(tǒng)本身來講，北斗除了像GPS一樣用無源接收機(jī)工作之外，還有兩個獨(dú)到的功能，就是用有源接收機(jī)（接收機(jī)主動發(fā)信號給衛(wèi)星）和收發(fā)短報文（衛(wèi)星短信）功能。最后還有5顆地球同步軌道衛(wèi)星就是主要針對這兩個功能都要求發(fā)上去的。當(dāng)然，這5顆星也支持無源定位方式。下圖就是地球同步軌道衛(wèi)星的照片，可以看到衛(wèi)星真的不動，周圍的星星會在天空劃出軌跡。

 

下圖就是北斗目前的狀態(tài)，以及未來最終的樣子。再強(qiáng)調(diào)一遍：為了能盡早發(fā)揮作用，北斗系統(tǒng)實際上是（不太嚴(yán)格地）按照上述3（地球同步軌道）、2（地球傾斜軌道）、1（中軌道）的順序發(fā)射部署的，甚至傾斜同步軌道衛(wèi)星發(fā)了4顆。未來理論上來講，只要27顆中地球軌道衛(wèi)星就能完成全球定位功能的覆蓋了，但是3和2兩部分衛(wèi)星主要覆蓋中國及周邊國家，對于提高國內(nèi)的定位精度和提供特殊服務(wù)（比如衛(wèi)星短信）有重要作用。

 

補(bǔ)充：事實上目前GPS正在運(yùn)行的也不是24顆，而是有32顆衛(wèi)星；而GLONASS實際上有29顆。多出來的星除了做備份，還可以增加系統(tǒng)精度，比如GPS可以保證絕大部分地方通常能看到至少9顆衛(wèi)星，能明顯提高定位精度。Galileo目前因為歐洲各國扯皮，進(jìn)展緩慢，只放上去4顆（功能不全）的衛(wèi)星，未來什么時候發(fā)揮作用還是猴年馬月的事情。相比之下中國放上去四五顆衛(wèi)星立即就能提供定位服務(wù)和特殊服務(wù)，加速技術(shù)向市場轉(zhuǎn)化速度，這個思路還是非常值得稱贊的。所以，中國人還是有創(chuàng)造力的！

不過話說回來，在北斗系統(tǒng)現(xiàn)在每套近萬元的情況下，利用壟斷的力量強(qiáng)制貨運(yùn)車輛安裝這種流氓做法我個人表示鄙視。要學(xué)到的東西：技術(shù)需要盡早拿到市場上檢驗，不要像歐洲人那樣追求完美，最好初期就能開始盈利，若有可能可以借助行政力量，但是未來還是要靠市場運(yùn)作。

再上點兒花絮：谷歌地圖上可以看到所有的衛(wèi)星

 

這些衛(wèi)星的名字：

 

解答二

許其鳳教授的一次演講的文字記錄 許其鳳教授，中國工程院院士，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總工程師。

原文如下：

感謝大會給我這樣一個機(jī)會，來宣傳一下北斗。

為什么說這樣話呢？這兩年我接觸一些業(yè)務(wù)圈以外的人士，包括用戶。好像他們對整個北斗系統(tǒng)的了解不是特別多，或者說不是特別系統(tǒng)，存在了很多問題，所以我覺得宣傳是一方面，建設(shè)也很重要，讓客戶以及更多的人了解北斗，這樣才可以使用。

我主要向大家宣傳衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也就是北斗系統(tǒng)。因為在座很多都是產(chǎn)業(yè)界的人士，我盡量聯(lián)系一下產(chǎn)業(yè)方面的情況和思路。

我是學(xué)校工作的，通俗講叫做“書呆子”這個跟產(chǎn)業(yè)不大沾邊，有講的不到位的希望大家理解，同時也請批評。

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是成敗的標(biāo)志，我指的是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成功在于廣泛的應(yīng)用，并且取得效益。這個效益不僅僅是芯片制造商的效益，也不僅僅是整機(jī)的提供商的效益，還有應(yīng)用在鐵路上，對鐵路性能的提高產(chǎn)生什么樣的效益，對大壩監(jiān)測上以及水力發(fā)電有什么效益，我理解這個是有廣義的。

另外就是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是廣泛應(yīng)用的標(biāo)志，作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用的方面很多。但是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，標(biāo)志著廣泛應(yīng)用的程度如何。比如說卡片相機(jī)用的很多，這個說明數(shù)字?jǐn)z影取得很大的應(yīng)用�，F(xiàn)在很多人提出這樣的問題，當(dāng)然可能不是會議的，會議的時候不提，現(xiàn)在 GPS已經(jīng)占領(lǐng)了市場，北斗產(chǎn)業(yè)究竟怎么發(fā)展？說的更直接了當(dāng)一點，不說我的身價性命，就是這點家當(dāng)投進(jìn)去保險嗎？這樣的問題我不能回答。我提供北斗的情況，請大家自己做結(jié)論。

關(guān)于GPS占領(lǐng)市場，北斗到底有沒有出路的問題，使我想到彩電的問題。80年代是日本的彩電占領(lǐng)我們國家的市場，那個時候只要看彩電不是東芝就是夏普 的，到了90年代國產(chǎn)彩電占領(lǐng)了市場，短短的10年，我們靠什么奪回的市場？一個是相對優(yōu)越的性能，我說的相對優(yōu)越，不是整個系統(tǒng)的性能完全超過日本，是說在我們中國顯示的更優(yōu)越。

日本彩電因為日本發(fā)射臺離的都比較近，接受機(jī)靈敏度不需要很高，信號強(qiáng)度夠了。但是在80、90年代的時候，我們國家還不是數(shù)字電視，信號并不是很強(qiáng)， 距離也比較遠(yuǎn)，因此就出現(xiàn)一個信號。日本的彩電有雪花，我們國產(chǎn)的彩電沒有。優(yōu)越不優(yōu)越？優(yōu)越，老百姓就認(rèn)這個，其實這個就是局部的優(yōu)越，就是靈敏度提高 了。

所以相對優(yōu)越的性能是可以做到的，還有一個就是相對低廉的價格。彩電是做到了，我想我們的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)應(yīng)該也可以做到。另外是方便快捷的服務(wù)，因為我們的生產(chǎn)商、銷售商就在本地，因此你只要出了問題，你打電話就會有人來維修�？恐�這三條，十年的時間我們把日本的彩電市場趕走，我們把彩電市場奪回來了。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，是性能相對優(yōu)越的基礎(chǔ)，我們說性能要優(yōu)越包括兩個方面，一個是我的接收機(jī)、我的用戶系統(tǒng)，我的整個系統(tǒng)性能好，還有一方面就是產(chǎn)業(yè)界有自主權(quán)的，就是心里有數(shù)的，但是沒有數(shù)的就是整體的性能如何。

關(guān)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)怎么樣，有人說不錯，又是我們國產(chǎn)的、自主知識產(chǎn)權(quán)、雙贏等等一大堆，如果有人對我這么說我是不信的，你光給出這樣的結(jié)論和標(biāo)題我信不過，就是得拿出具體的東西，我自己會判斷，就是究竟有沒有優(yōu)勢，我試圖在這方面做點嘗試，因此我的報告沒有結(jié)論，我只介紹情況。

在座的專業(yè)可能差距比較大，我簡單把衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)說一遍，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由一定數(shù)量分布的衛(wèi)星，包括衛(wèi)星的高度、衛(wèi)星的傾角、衛(wèi)星的軌道組成的空間部分，這個叫做衛(wèi)星星座，比如GPS是由24顆組成的，叫做中軌衛(wèi)星MEO。還有一部分是地面監(jiān)測站不斷觀測所有的衛(wèi)星，對所有衛(wèi)星計算軌道，計算鐘差。

通過注入站將軌道、鐘差參數(shù)注入到衛(wèi)星，用戶接收機(jī)利用衛(wèi)星發(fā)播的測距信號測距，依靠衛(wèi)星的位置，用測量的距離解算自身的位置。如果簡單點就是這三點。

避短揚(yáng)長的北斗星座設(shè)計，一般都是揚(yáng)長避短，為什么是避短揚(yáng)長呢？這個是故意的，合適不合適大家來判斷。首先說發(fā)展的瓶頸，我這里側(cè)重講不利條件，這個也是和大家習(xí)慣不是很一致，首先強(qiáng)調(diào)我們有多少有利條件，然后再想有什么不利條件。作為我的觀點來講，不利條件更重要。

因為你漏掉一個有利的條件，后果很可能是沒能錦上添花的。如果你漏掉一個不利的條件，后果可能是顛覆性的。作為發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航，因為我們是后發(fā)展的，在我們前面有GPS，我們完全可以發(fā)展GPS發(fā)展我們國家自己的系統(tǒng)，我們也學(xué)習(xí)，但是不能完全照搬。全面照搬是最簡單的問題，也是最省事的問題。但是我們學(xué)習(xí)GPS還是遇到一些問題，這個是很難在全球布設(shè)監(jiān)測站，我們說高精度定軌需要衛(wèi)星全弧段的監(jiān)測。比如我就測一小段，這個圓畫不準(zhǔn)的。

有一個實際的數(shù)據(jù)，衛(wèi)星位置的誤差，左邊是有監(jiān)測數(shù)據(jù)的，右邊是沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)，完全靠外推的，我觀測一小段推一段，這個位置誤差會很大，一旦沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)，誤差會急劇增加。

對于繞地球的GPS衛(wèi)星是中軌道衛(wèi)星，東西旋轉(zhuǎn)。對于這樣監(jiān)測站要全球分布，這一點美國可以做，我們做起來有困難。我們很難做到全球分布。

第二個問題就是星載原子鐘相對滯后，依靠衛(wèi)星的位置，通過測距來解算定位，測距怎么測？就是依靠信號傳播的距離，距離=傳播時間×光速，如果數(shù)字錯一點，那個誤差就大多了。所以對于星上的鐘，所有的信號都是根據(jù)鐘來發(fā)播的，那就要求很穩(wěn)定的度星載原子鐘，那就是10的13次方，大約就是百萬年差一秒。

我們國家星載原子鐘發(fā)展相對滯后，我們也都從美國、歐洲進(jìn)口很高精度的原子鐘，他們知道我們要搞衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)果就禁運(yùn)了，一臺也不賣給我們。像這樣的兩個問題，我說可以算是兩個瓶頸問題，這樣的問題很難在短時間解決。全球布站，我們很難短時間內(nèi)發(fā)展，這個確實有一定困難。

我們是想試圖從星座設(shè)計來尋求繞過瓶頸的辦法，當(dāng)然試圖的途徑很多，都曾經(jīng)進(jìn)行過探視，但是這條路我們走通了。

提到星座設(shè)計我們首先有三種衛(wèi)星軌道，這是全球的圖。一種是中軌衛(wèi)星軌道MEO，高度是兩萬千米，像GPS，計劃鐘伽利略都是這樣的高度，繞著全球轉(zhuǎn)。

還有一種軌道是同步衛(wèi)星軌道，這個是3萬6千千米，就是要在赤道面上，同時要維持這個高度。同步衛(wèi)星就是跟著地球一起轉(zhuǎn)的高度，只有在這個高度才能跟地球自轉(zhuǎn)一致起來，從地球上來看就是不動的。

還有傾斜軌道的同步衛(wèi)星IGSO，這個高度同GEO一樣，只不過不在赤道上，GEO是在赤道上，傾斜的角度我們采用是55度，在地面上觀察軌道是像“八 字型的”的軌道，從地面上觀察來講是有不同的特點。MEO是從東到西繞著全球轉(zhuǎn)，GEO衛(wèi)星是始終不動的，在我們國家上空發(fā)一個GEO，我們隨時隨地都可 以看到的。IGSO衛(wèi)星是南北轉(zhuǎn)，而且有一定的弧度范圍。

我們說如果選擇MEO或者IGSO軌道，如果可能繞過前面講的兩個瓶頸。因為這兩個衛(wèi)星不是東西跑，是南北跑，這個總跑不出我們國家，會離開我們國家的 境內(nèi)，但是不遠(yuǎn)，我們可以看得見，就是可以監(jiān)測的到。這樣我們就增加了跟蹤弧段，IGSO和GEO我可以跟蹤，如果和GPS一樣的MEO，我們觀測的弧段 那只占全弧段的40%，那個精度就差了。

在國內(nèi)設(shè)站的情況下，可以實現(xiàn)對GEO和IGSO的全弧度監(jiān)測，這樣就解決了我們沒有辦法在全球布站的問題，這樣降低了星載原子鐘的要求，要想取得準(zhǔn)確 的時間，我可以表好，比如說是歐米茄，我也可以天天和中央人民廣播電視臺對表，一個是表好，一個是勤對，如果不能勤對，那就是表好。但是如果GEO和 IGSO我隨時可以看得見，我隨時都可以對表，因此在國內(nèi)設(shè)站的條件下，可以實現(xiàn)勤對表。這樣降低了對星載原子鐘的技術(shù)要求，給我們國家發(fā)展高精度原子鐘 爭取了時間，不是不發(fā)展，我們還是要發(fā)展。但是想立刻拿出來，這個拿不出來。這個不像包餃子，這個需要一個國家，有時候需要十年，甚至更長。國外比我們時 間還要長，我們必須要一個發(fā)展的時間。

我們既然避開了兩個發(fā)展的瓶頸，我們還要充分發(fā)揮GEO和IGSO的利用率高的特點，我們不是搞全球系統(tǒng)，而是一個區(qū)域系統(tǒng)，我們一會可以看到這個區(qū)域系統(tǒng)究竟有多大。

對于區(qū)域系統(tǒng)來講，我們說這兩種衛(wèi)星的利用率是可以達(dá)到80%以上的，對于MEO我們國家的區(qū)域系統(tǒng)來講40%，差了一倍。利用率高就意味著我們可以用比較少的衛(wèi)星來達(dá)到同樣的效能，這個是劃算的，投入性能比也比較好。

在具體設(shè)計當(dāng)中，經(jīng)過了很多的探測，五個GEO和五個IGSO也就是十個衛(wèi)星取得了滿意的效果，對于覆蓋區(qū)域大體上也接近地球的三分之一。

作為北斗二號，第一期就是區(qū)域系統(tǒng)，第二期就是全球系統(tǒng)。第一期星座就是5GEO+5IGSO。在赤道上分布了五個紅點，就是地球同步衛(wèi)星，同時在藍(lán)色的地方是IGSO衛(wèi)星，紅色是不動，藍(lán)色是沿著軌道運(yùn)動。

如果說按照測距誤差是兩米的話，我們可以達(dá)到，甚至更高一點，我們估計一下這個系統(tǒng)究竟怎么樣？我們給了一個圖，這里分成幾種顏色，綠色、藍(lán)色、紅色， 綠色里面是由數(shù)字組成的。如果是6，這個就表示24小時之內(nèi)最大的標(biāo)準(zhǔn)差是6米。藍(lán)色的6，這個就不是6米了，是定位精度16米，紅色6是26米。我們最 關(guān)心的是橙色的，為什么最關(guān)心這個呢？這里有很多的藍(lán)色的符號，都是美軍在我們國家周邊的軍事基地，美軍軍事基地放在這里我們不關(guān)心行嗎？不關(guān)心我們很可 能會得到和伊拉克、利比亞、科索沃一樣的結(jié)局。所以把最關(guān)心的放在這里，我們基本上6米到7米的樣子，我們精度GPS也是一樣。

剛才我們還講了，采用這種衛(wèi)星是利用率非常高，充分利用了利用率高的特點，其實這不是最早的方案，最早的方案是采用地球同步衛(wèi)星和美國GPS一樣大MEO衛(wèi)星，這個方案已經(jīng)上報給***，而且得到了首肯。

4GEO+12MEO效果是一樣，我們最關(guān)心就是北半球，也就是說用16顆衛(wèi)星還趕不上10顆衛(wèi)星的性能好，就是我們重新發(fā)揮了IGSO和GEO利用率高的特點。總結(jié)起來就是前面的避短揚(yáng)長，避開我們的瓶頸，揚(yáng)長高利用率。

區(qū)域系統(tǒng)有區(qū)域系統(tǒng)的優(yōu)勢，系統(tǒng)級的廣域差分，這個是美國人為了降低民用精度搞的SA，這個就是人為加入軌道誤差和鐘差誤差，就是從30米降低到100 米，美國民用最開始測試是30米，結(jié)果達(dá)到的是20多米。但是美國軍方認(rèn)為這個不行，因為民用美國人可以用，那世界其他軍方也可以用，那就是降低到100 米，當(dāng)時為了解決這個問題，其實也是美國先提出來的，就是差分。最后發(fā)現(xiàn)比較好就是廣域差分，廣域差分原理很簡單，就是布測一些參考站，這些站我是精確知 道的，我也是利用GPS定位，利用你不對我來反求出來衛(wèi)星軌道偏了多少。為了做到這一點，需要建立差分參考站，像我們國家需要20來個。

另外需要計算中心，還要通過注入站向地球同步衛(wèi)星發(fā)射，把數(shù)據(jù)發(fā)射給衛(wèi)星，地球同步衛(wèi)星再告訴用戶，這個同步衛(wèi)星是GPS以外的。參考站觀測衛(wèi)星，通過注入同步衛(wèi)星向用戶發(fā)播修正參數(shù)，精度從100m提高至5m左右。

廣域差分有一個特點，就是區(qū)域的，不是全球的，我的用戶在監(jiān)測站范圍之內(nèi)用這個東西，另外是用戶級的系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)已經(jīng)建成了，如果要增強(qiáng)，就是進(jìn)差 分站搞注入中心，再發(fā)同步衛(wèi)星，但是發(fā)播的信號是一樣的，所以不是原來的系統(tǒng)級，是一個用戶級的系統(tǒng)。它的功能是可以提高軌道和鐘差的精度。

它只能提供參 考站內(nèi)的用戶，站外就不靈。你是靠站來監(jiān)測衛(wèi)星，求出修正值，我們說MEO衛(wèi)星是東西轉(zhuǎn)的，如果轉(zhuǎn)到東邊，你東邊用戶可以看到這個衛(wèi)星，但是你監(jiān)測站測不 到這顆衛(wèi)星，因此就沒有修正值，用起來就不太好用，用戶跑到美國在我們這毫無辦法。

美國人像歐洲搞的系統(tǒng)都是這樣，要建立廣域差分系統(tǒng)，需要建立參考站、計算中心、注入站、同步衛(wèi)星，我們計算中心有了、導(dǎo)航系統(tǒng)本身有計算中心，導(dǎo)航系 統(tǒng)本身有注入站，導(dǎo)航系統(tǒng)本身就有五顆地球同步衛(wèi)星，因此我們就建立一個系統(tǒng)級的廣域差分的系統(tǒng)，就在建北斗系統(tǒng)的時候，就把廣域差分系統(tǒng)融在里面。一般 叫做二級監(jiān)測站，指的就是這個。

應(yīng)該說這是我們建成的第一個系統(tǒng)級的廣域差分系統(tǒng)，顯然這個投資要少的多，性能也會好的多。同時不僅僅是對一個系統(tǒng)，只對北斗進(jìn)行廣域差分服務(wù)，因為同 步衛(wèi)星多，因此在信號編排格式的時候，既可以為北斗發(fā)播差分信息，也可以為GPS，同樣也可以為伽利略發(fā)播差分信息，就是有可能能夠為三個系統(tǒng)服務(wù)的廣域 差分系統(tǒng)。

同時可以為北斗全覆蓋區(qū)提供差分服務(wù)，就是我們覆蓋區(qū)是比我們國土要大的多的區(qū)域，按照一般的廣域差分你必須在國土內(nèi)。不管用戶在最東邊還是在西邊，你 看到的衛(wèi)星就是十顆IGSO和GEO，這十顆在國內(nèi)監(jiān)測站隨時隨地都可以監(jiān)測，我可以為廣大的區(qū)域提供廣域差分服務(wù)，這個是以前的廣域差分系統(tǒng)所沒能做到 的，當(dāng)然只限北斗，對GPS不靈，對伽利略也不靈，也就是監(jiān)測站的范圍之內(nèi)，對北斗可以更廣泛一些。

另外在建設(shè)階段可以規(guī)避一些風(fēng)險，最主要的技術(shù)風(fēng)險就是軌道開始的時候可能測不準(zhǔn)，我們的鐘差也可能測不準(zhǔn)，廣域可以進(jìn)行很好的修正，可以規(guī)避一時達(dá)不 到設(shè)計指標(biāo)所帶來的影響，達(dá)到很好的結(jié)果。正像我們前面講的，在GPS做廣域差分的時候，我們可以從100 米提高到5米，我們開始做也不至于差到這個程度，從某種意義上講，這個是很主要的規(guī)避風(fēng)險的的措施。

我們講到北斗的情況，盡管是很簡略的，我們可以把北斗的特點綜合的講的敘述一下。實際上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是很復(fù)雜的系統(tǒng)，有很多方方面面的問題。

第一個是繞過發(fā)展階段技術(shù)瓶頸，充分利用區(qū)域的有利條件。

第二個是性能投入比比較高的系統(tǒng)。

第三個是具有系統(tǒng)級廣域差分的系統(tǒng)，覆蓋最大的差分導(dǎo)航系統(tǒng)。

另外能夠規(guī)避主要的技術(shù)風(fēng)險，具有位置報告的功能。位置報告北斗1號就具備，北斗2號繼續(xù)使用下來。位置報告就是搞GPS，如果一個車出去了，我可以知 道我現(xiàn)在在哪？但是我家里不知道，要想讓我家里知道，那就需要通訊設(shè)備。但是作為一個系統(tǒng)本身，就具備這樣的功能，這個是很重要的。

如果說我需要位置報告，需要把我的位置報告給指揮部，比如我漁船出海了，我需要把位置隨時報告給指揮部，如果有臺風(fēng)指揮部會隨時告訴我，這個就很重要 了。手機(jī)系統(tǒng)到海上都不靈了，因為沒有基站，衛(wèi)星系統(tǒng)可以，可以通過衛(wèi)星系統(tǒng)。但是衛(wèi)星設(shè)備有多大呢？GPS用戶機(jī)手掌這么大，GPS輔助設(shè)備大很多，我 說的是衛(wèi)星通訊設(shè)備，而不是手機(jī)。如果沒有基站怎么辦？還有就是很重要的備份手段。

比如說汶川地震的時候，很多通訊手段不靈了，所以中央不知道汶川震到什么程度，災(zāi)情怎么樣，多大范圍都不知道。最早把消息傳出來的是我們搶險部隊帶的北斗接收機(jī)，相當(dāng)于短信發(fā)播出來的，這個是最早得到的消息。當(dāng)然也有遺憾，這種消息報了幾天就沒有了，因為沒電了。當(dāng)然北斗1號耗電量比較大，這個也是不足 的地方，這個也是具有優(yōu)勢的地方。

北斗是第一個實現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美國人GPS現(xiàn)代化要增加一個頻率，為什么發(fā)播這個頻率，因為民用用處很大，只有一個頻率，消除不了電頻層。 當(dāng)然第三頻還有一個作用就是搜索。盡管美國人第一個提出來的，但是很可能我們是第一個實現(xiàn)的。美國人這么早提出來，為什么實現(xiàn)不了呢？這里我猜可有點原 因，因為美國系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)上去了，壞一個發(fā)一個三頻衛(wèi)星上去，要全壞了，那得壞30個。那倉庫存了十幾、二十個衛(wèi)星，那些存的衛(wèi)星不是第三代的，不是現(xiàn)代化 的，因此從經(jīng)濟(jì)上考慮，現(xiàn)在把庫存放上去，開始達(dá)到壽命期的衛(wèi)星補(bǔ)發(fā)還不是現(xiàn)代化的，這樣看來可能還需要一段時間，但是我們現(xiàn)在就是三頻發(fā)射。

剛才說了優(yōu)勢的地方，也有不足的地方。一個是GEO衛(wèi)星工作期間有斷點，按照規(guī)定GEO需要軌道微調(diào)，因為天上只有一個赤道，高度是三萬六千公尺，所有 通訊衛(wèi)星都擠在圓弧上，所以國際電聯(lián)有規(guī)定，每個衛(wèi)星有一個規(guī)定，你向左、右不能偏出一度，衛(wèi)星一偏0.1 度，就馬上調(diào)整回來。這是按照規(guī)定要做的，這個不是我們的事，我們只是遵守。但是有一段時間會影響到定軌精度，我們能夠達(dá)到衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng)，需要兩天到三 天的觀測數(shù)據(jù)，但是只要進(jìn)行軌道微調(diào)，這個從現(xiàn)在開始就不是原來的軌道，而是新的軌道。對于新的軌道必須觀測兩天到三天的數(shù)據(jù)，你才能訂出比較準(zhǔn)確的有滿 足條件。那這三天你衛(wèi)星怎么辦？這衛(wèi)星不能用了，這就是一個問題。

對于這個問題，現(xiàn)在的辦法就是快速定軌，就是精度差這么一點，但是我也能用，而且這個工作還再繼續(xù)進(jìn)行，我們爭取更短的時間，使得工作的斷點盡量縮短。 我們通過系統(tǒng)級廣域差分，新軌道廣域差分不需要很長的時間，很短時間就可以測出來，甚至幾秒鐘就可以測出來，這時候一旦發(fā)生軌道微調(diào)，我就可以用這套系統(tǒng) 及時發(fā)布修正值，這個需要更高的數(shù)據(jù)更新率，原來就不太適用，這個是可以解決的技術(shù)。

第二位置報告或者短信通信含有小功率的發(fā)射，這個比北斗1號壓縮更短了，而且資源有限。我們在北斗1號宣傳的時候講，通訊可以進(jìn)行短報文，用戶真的發(fā)展 起來，你會發(fā)現(xiàn)不夠用。那時候說是150萬/小時次服務(wù)，但是我們時間每小時的數(shù)還除3600秒，就是每秒可以服務(wù)多少，這樣的容量大家都用，都用就塞滿 了，就服務(wù)不了。北斗2號同步衛(wèi)星5個，另外在報文上可以做點文章。

還有一個問題，因為發(fā)射功率，就容易暴露。從軍事來講容易被對方偵查到，或者有被偵查到的可能。再有就是功耗體積都不容易下來，解決辦法就是按需求分 配。并不是所有的用戶都需要報告，并不是所有的用戶都需要短信，你不必都拿這種接受器，也不必都生產(chǎn)這種接受器，而且我也不是每秒都來發(fā)報，或者每分鐘都 報告，你汽車跑出去了，三五分鐘報告一次足夠了，有的甚至半小時都沒有動。比如我指揮全球的系統(tǒng)，就沒有必要幾秒鐘報告一次，這個也是按需求分配。另外合 理的控制和利用資源，這個資源是有限的，就是怎么樣合理的控制。

比如普遍的短信不能發(fā)了，這個不是笑話，真有這種事。還有局部地區(qū)功率增強(qiáng)遜于GPS，我在天津地區(qū)的信號可以增強(qiáng)，GPS可以增強(qiáng)30分貝，我們只可以增強(qiáng)15分貝的樣子，我們抗干擾能力不如GPS，這個等待二期工程的改進(jìn)。

還有就是一些技術(shù)細(xì)節(jié)和銜接的問題，作為一個復(fù)雜系統(tǒng)，需要發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)的磨合期，請大家耐心一點，不是系統(tǒng)發(fā)在天上就達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)，對于復(fù)雜的系統(tǒng)不大 容易做到這一點。我們的技術(shù)指標(biāo)是按照美國GPS差不多的指標(biāo)來定的，但是美國人從發(fā)射衛(wèi)星開始，到達(dá)到所謂的技術(shù)指標(biāo)，是發(fā)展二三十年，一開始就沒有這 個精度，也沒有這個性能，所以對于各級領(lǐng)導(dǎo)和級別用戶要有耐心。

當(dāng)然也有性急的同行，去年我就聽到這樣的報告，就是北斗和GPS放在一起比，北斗不如GPS，這個話不是這么說的。我說你做實驗的時候，北斗做實驗的時 候有幾顆，他說有5顆，如果用GPS相比，你用GPS12顆衛(wèi)星和北斗5顆比，這個怎么對比？這個就是年輕同志太性急，如果對比我建議放在見面，這種實驗做的很有意義，但是不能用來對比，而是證明北斗系統(tǒng)可以工作的，至于精度以后再說。

也就是說北斗系統(tǒng)不會像GPS這么成熟，也就需要一定的磨合期。我認(rèn)為優(yōu)勢的地方和不足的地方都如實報告給大家。

我們2020年要搞全球系統(tǒng)，北斗2號的二期工程，我們區(qū)域增強(qiáng)的全球系統(tǒng)，全球都可以導(dǎo)航，就是在我所關(guān)心的區(qū)域的精度最好、性能最好超出其他地區(qū)。 因為軍用、民用都是我國在內(nèi)的較大的區(qū)域性，我們增強(qiáng)就是把類似于GPS的系統(tǒng)，比如27顆MEO全球轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，又把IGSO和GEO加起來了，這樣就是 兩個區(qū)域星座的疊加，這個性能要好多了。

比如說GPS衛(wèi)星27顆我可以全都看到，再疊加這8顆衛(wèi)星我就可以看到35顆衛(wèi)星。

星際鏈路示意，我們衛(wèi)星對衛(wèi)星進(jìn)行測距，這樣就構(gòu)成一個高精度的多面體，我監(jiān)測站觀測可以看的見的衛(wèi)星，中心站對諸衛(wèi)星進(jìn)行定軌，這就是一種方式。

還有就是對衛(wèi)星地面的標(biāo)靶，主衛(wèi)星對諸衛(wèi)星定軌，計算各個衛(wèi)星的軌道再發(fā)給各個衛(wèi)星，這個解決了跟蹤比地面站跟蹤更高，因為天空衛(wèi)星對衛(wèi)星的觀測沒有大氣的影響，而且頻率更高，也可以很穩(wěn)定的工作，這個就意味著分辨率增高了。

這兩種模式究竟采用哪種，現(xiàn)在都在討論當(dāng)中。這個首先是美國人提出來的，到現(xiàn)在恐怕提出來快30年了，他是叫做衛(wèi)星自主定軌，就是衛(wèi)星自己就把軌道定 了。但是到現(xiàn)在為止，從提出來看已經(jīng)30年了，沒見它有像樣的成果公布。測距很容易實現(xiàn)，但是跟地面建立不起聯(lián)系，從坐標(biāo)系統(tǒng)的定義來講，你只進(jìn)行測距是 相視性，就是可以轉(zhuǎn)和跑，但是跟地面沒有聯(lián)系，從軌道來講，沒有定向。作為這么遠(yuǎn)衛(wèi)星，兩萬多公里，衛(wèi)星跟衛(wèi)星之間的距離超過這個數(shù)，定向是非常困難的， 精度是千分之幾秒，這樣理論上可以做到，太空望遠(yuǎn)鏡可以做到，但是如果每各衛(wèi)星都裝太空望遠(yuǎn)鏡，這個成本和工藝都帶來相當(dāng)大的問題。美國人說，我們理論上 是可以做到自主定軌，但是代價比較大。

我們不是為了自主定軌，我們要解決的是不能全球布站的問題，我們把問題簡化了，指標(biāo)落地了。為什么不提自主定軌呢，現(xiàn)在很多人還在提我們是自主定軌，其實也不完全是，還是靠地面站。

美國的出發(fā)點是什么，我一旦地面站遭到對方攻擊，我可以自主定軌，不影響導(dǎo)航。首先中國把衛(wèi)星打掉了，美國俄羅斯都打，至少這三個國家都具備摧毀衛(wèi)星的 能力，在這種情況下，如果把你衛(wèi)星摧毀了，還搞什么自主定軌，所以情況變了，觀點也要變，當(dāng)然這是我個人的看法。

十年來我們原子鐘取得快速發(fā)展，屆時渴望取得突破，預(yù)計2020年實現(xiàn)。

最后一個問題是北斗與相關(guān)產(chǎn)業(yè)，標(biāo)題列出來了，我發(fā)現(xiàn)我沒有能力把問題講下去，因為需要又懂得北斗系統(tǒng)，知道技術(shù)很清楚，又對產(chǎn)業(yè)很熟悉，又對用戶很熟悉，這個是要掛兩頭的，上掛系統(tǒng)，下掛用戶。

有些想法提供給客戶，與其他系統(tǒng)相比，北斗的區(qū)域在于優(yōu)勢，不是全局的優(yōu)勢，而是區(qū)域的優(yōu)勢。就像解放戰(zhàn)爭的時候，國軍兵力200萬，共軍30萬，就全 局來講國軍是有優(yōu)勢，但是在局部來講，共軍聚集大量人群，這樣可以取得局部優(yōu)勢。我們說北斗的優(yōu)勢，目前來看就是在這里，我并不是全面比GPS怎么樣，而 是我在關(guān)鍵區(qū)域和GPS相差不多，甚至還比他強(qiáng)。

北斗比較安全，舉一個例子，我們現(xiàn)在的通訊系統(tǒng)，不管GSM還是CDMA都需要時間同步和頻率校準(zhǔn)，都用的GPS，有一些在河南省某地區(qū)，兩三天手機(jī)全 不靈了，就是因為有一個研究所做了一個時間，把GPS干擾了，所以時間同步都不行了，因此系統(tǒng)就不干活了，事后發(fā)現(xiàn)是時間同步問題。如果美國人搞一點小貓 膩的話，那就不是兩三天問題，也不是局部地區(qū)的問題。

另外我們具備開發(fā)雙系統(tǒng)應(yīng)用的有利條件，雙系統(tǒng)就是我的模片既可以做GPS又可以做北斗，并不是做雙系統(tǒng)。去年有一個學(xué)者說，做雙系統(tǒng)是北斗“傍大款” 這個問題不能這么說，雙系統(tǒng)應(yīng)用最早是美國人先搞的，那個是GPS和另一個系統(tǒng)雙應(yīng)用，雙系統(tǒng)一方面是一個系統(tǒng)出問題，一個做補(bǔ)充，兩個系統(tǒng)同時用會有提 高，性能會提高很多。用戶不關(guān)心精度是7.8米還是8.7米，還是很關(guān)心在北京用很好，但是在天津為什么不行。這種問題就可以大大緩解，我們做過實驗，作 為GPS高度角大于35度的衛(wèi)星，需要四顆衛(wèi)星才能定位，所以在城市經(jīng)常出現(xiàn)這個問題，對于打仗復(fù)雜地形也容易出現(xiàn)。這個就不是三顆多，而是變成七顆，這 個問題就可以大大緩解。

主要看性能提高上，實際上GLONASS一開始是在1990年，20年前就已經(jīng)有了雙系統(tǒng)，所以說“傍大款”我是不同意的，不知道年輕同志對于Ashtech開發(fā)雙系統(tǒng)怎么看，我估計那個時候他還太小。

應(yīng)用雙系統(tǒng)比任何一個單系統(tǒng)更具有優(yōu)勢，不單純的是補(bǔ)缺。國內(nèi)有目前唯一的廣域差分，當(dāng)時國內(nèi)廣域差分沒有健全，GLONASS根本沒有，我們可以對GPS和伽利略都可以進(jìn)行差分。對于產(chǎn)業(yè)來講，我希望要充分利用系統(tǒng)的優(yōu)勢，來創(chuàng)造優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)，謝謝大家！

 

解答三

首先，軌道越高，所需衛(wèi)星總數(shù)越少，因為每個衛(wèi)星覆蓋的面積更大。原答案中"需要略多數(shù)目保證衛(wèi)星離接收機(jī)不太遠(yuǎn)"是完全錯誤的。北斗和 Galileo 會適當(dāng)增大衛(wèi)星發(fā)射功率以保證地面接收到信號的信噪比，而不是增加衛(wèi)星數(shù)。

其次，GPS 六個軌面，并不一定比北斗和 Galileo 的三軌面設(shè)計更優(yōu)。事實上，四大 GNSS 系統(tǒng)，只有 GPS 用了六軌面，其他三個系統(tǒng)都采用了三軌面。下面這篇論文詳細(xì)說了為什么 Galileo 選擇了三軌面。

Article Abstract

最后，我來簡單回答一下為何北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需要 35 顆衛(wèi)星才能覆蓋全球，而 GPS 只要 24 顆就夠了。關(guān)鍵在于如何定義"夠"。

在設(shè)計 GPS 的時候，"夠"的定義是保證地球上任何地點任何時間都可以定位——能看到至少 4 顆衛(wèi)星。按照這個要求，在六軌面和軌道高度 20,200km 的前提下，只要 21 顆衛(wèi)星就夠了。所以，GPS 選擇了 21 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星的基礎(chǔ)星座。同時代的 GLONASS 的設(shè)計是三軌面 21 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星，同樣可以保證全球任何時間都能看到至少 4 顆衛(wèi)星。

在實際運(yùn)行中（1990 年到現(xiàn)在），GPS 衛(wèi)星數(shù)總是多于 24 顆，很多時候有 32 顆在天上，超過 30 顆可用。這樣，地球上很多地方都能看到 8 顆以上衛(wèi)星（開闊地、無遮擋）。人們發(fā)現(xiàn)多出來的衛(wèi)星可以提高 Geometric Dilution of Precision (GDOP) 進(jìn)而提高準(zhǔn)確度（accuracy），并且可以通過 RAIM (Receiver autonomous integrity monitoring) 提高完好度（integrity）。RAIM 需要至少 6 顆衛(wèi)星才能有較好的性能。

所以，在設(shè)計北斗和 Galileo 時，"夠"就不僅僅是任何地點任何時間都可以定位，而是要提供盡可能高的 RAIM 可用性（availability），所以 Galileo 和北斗 MEO 都使用了 27 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星的星座設(shè)計。北斗額外加了 5 顆 GSO 衛(wèi)星提高亞太地區(qū)的性能。

總結(jié)：GPS 24 顆衛(wèi)星只能保證基本的定位，北斗 30 顆（或 35 顆）保證了更準(zhǔn)確、更可靠的定位。

 

解答四

第一代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

一代的北斗屬于區(qū)域性的有源導(dǎo)航定位系統(tǒng)，特點是投資小、建成快，只需要兩顆地球同步衛(wèi)星即可進(jìn)行導(dǎo)航定位。在有源導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，用戶終端對兩顆衛(wèi)星發(fā)射信號，通過記錄時間差和兩顆衛(wèi)星在空間的距離，地面中心站通過距離交會法求得用戶的平面位置（注意是只有平面位置，沒有海拔高程），地面中心站再通過衛(wèi)星將計算結(jié)果告訴用戶。以上就是有源導(dǎo)航定位系統(tǒng)的工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)這里面有三個很嚴(yán)重的問題：1、地面中心站承擔(dān)了很大部分的任務(wù)，資源占用高，結(jié)果就是用戶數(shù)量收到限制，無法推廣開來；2、用戶終端必須發(fā)射信號，這在戰(zhàn)時很容易就會暴露位置，也很容易使系統(tǒng)失效（只要向衛(wèi)星發(fā)送錯誤的信號即可）；3、計算速度慢，而且進(jìn)度不高。

第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

二代的北斗基本就和GPS一樣了，由于是用偽距絕對定位模型進(jìn)行定位，所以自然不需要地面中心站進(jìn)行計算，用戶數(shù)量沒有限制，于是便能推廣開來。但二代北斗并沒有拋棄有源導(dǎo)航定位的方法而是作為一種特殊功能保留了下來（一般的接收機(jī)不會有這種功能就是了），所以就看到了4*6顆中軌衛(wèi)星+12/13顆傾斜軌道地球同步衛(wèi)星+3——5顆地球靜止衛(wèi)星這樣的空間衛(wèi)星星座組成。

可能有人會問，為什么一開始要用有源導(dǎo)航定位系統(tǒng)這種精度不高實用意義不強(qiáng)的技術(shù)？答案其實是為了占坑，但不是占空間位置的坑，而是占無線電頻率坑。實際上所有全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)都是使用L波段進(jìn)行廣播，而L波段中效果好的就只有有限的幾個頻率，誰先占用了就歸誰。所以先用一代北斗占著坑，然后再慢慢發(fā)展。

實際上在這個信息化的時代是有必要發(fā)展自己的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的，畢竟戰(zhàn)時沒有了導(dǎo)航定位相當(dāng)于兩眼瞎了，沒開打就GG了，所以才會有歐盟的Galileo，俄羅斯的GLONASS，印度的IRNSS。

 

 

解答七

首先北斗衛(wèi)星現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量并沒有比GPS的數(shù)量多，GPS的規(guī)劃是24顆衛(wèi)星全球覆蓋，事實上GPS系統(tǒng)也在不斷的進(jìn)行更新?lián)Q代，現(xiàn)在天上可用的GPS衛(wèi)星數(shù)也是超過30顆的，而最近北斗系統(tǒng)成功發(fā)射了第27顆衛(wèi)星，而題目中所說的北斗衛(wèi)星數(shù)目比GPS數(shù)量多。

 

北斗衛(wèi)星數(shù)量比GPS數(shù)量多，而北斗是區(qū)域性導(dǎo)航GPS是全球性導(dǎo)航？更多的可能是指北斗全球系統(tǒng)規(guī)劃中是35顆衛(wèi)星覆蓋全球，GPS系統(tǒng)的規(guī)劃是24顆衛(wèi)星覆蓋全球，而35顆的北斗衛(wèi)星也是能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋的，只是目前按照北斗系統(tǒng)的進(jìn)度并沒有實現(xiàn)全球覆蓋的衛(wèi)星發(fā)射。

 

北斗衛(wèi)星數(shù)量比GPS數(shù)量多，而北斗是區(qū)域性導(dǎo)航GPS是全球性導(dǎo)航？北斗系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃是三步走，第一步是2003年左右實現(xiàn)北斗一號，也叫北斗雙星系統(tǒng)的建設(shè)，主要解決我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的有無問題，在這個過程中主要是由3顆衛(wèi)星構(gòu)成的，其中有一顆是備份星，如果雙星中有一顆衛(wèi)星發(fā)生故障的話可以與另一顆星依然組成雙星定位系統(tǒng)。

 

北斗衛(wèi)星數(shù)量比GPS數(shù)量多，而北斗是區(qū)域性導(dǎo)航GPS是全球性導(dǎo)航？第二步是2012年左右實現(xiàn)北斗二號，也叫北斗區(qū)域系統(tǒng)的建設(shè)，這個系統(tǒng)主要解決我國和周邊地區(qū)的導(dǎo)航定位問題。第三步是2020年左右實現(xiàn)北斗全球系統(tǒng)的建設(shè)，也叫做北斗三號系統(tǒng)的建設(shè)，真正實現(xiàn)全球覆蓋，而北斗全球系統(tǒng)中規(guī)劃的衛(wèi)星數(shù)目是35顆，包括5顆GEO衛(wèi)星、27顆MEO衛(wèi)星和3顆IGSO衛(wèi)星。

 

北斗衛(wèi)星數(shù)量比GPS數(shù)量多，而北斗是區(qū)域性導(dǎo)航GPS是全球性導(dǎo)航？另外，在北斗二號系統(tǒng)建設(shè)完成，到北斗三號系統(tǒng)開始組網(wǎng)建設(shè)之前，北斗系統(tǒng)發(fā)射了5顆試驗星，對北斗三號的新體制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗。

 

解答八

衛(wèi)星排布方式不同。

GPS是有6條軌道面，每條軌道有4顆衛(wèi)星，所以共24顆。

俄羅斯的GOLONASS與美國的GPS排布類似。

歐洲的伽利略系統(tǒng)，是3條軌道面，每條軌道9顆衛(wèi)星，所以是27顆衛(wèi)星。

我們的北斗脫胎于歐洲的伽利略系統(tǒng)，所以也是27顆衛(wèi)星。

我國考慮到北斗網(wǎng)需要一定時間建立（原來認(rèn)為是20年），在初期組網(wǎng)不完整時，可能無法使用。所以設(shè)置了3顆過渡時期的衛(wèi)星，這樣衛(wèi)星數(shù)不夠時也能先服務(wù)我國的區(qū)域，一共不到10顆我國國土范圍就能有完整信號。這3顆過渡主要是用在斜向同步軌道上。

另外北斗不同于伽利略系統(tǒng)的是，增加一個地球同步軌道，這條軌道上設(shè)立了5顆衛(wèi)星。北斗之所以要設(shè)這5顆衛(wèi)星，則是因為增加了通訊功能，就是有應(yīng)答機(jī)制。這樣北斗能讓不同目標(biāo)間，相互通知對方自己的位置。

這個功能很重要，比如物流系統(tǒng)，很多貨柜可能是被自動機(jī)械搬運(yùn)，而操控人員在自己的車輛上巡檢。那么如果系統(tǒng)都安裝北斗芯片，操控人員可以方便知道各貨柜都在哪里，都是怎么個運(yùn)動軌跡。GPS做不到，只能知道自己車輛的位置。

最后27+3+5=35顆。

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