【科普】北斗系統(tǒng)的工作體制是什么樣的？

我們?nèi)粘９ぷ髦惺褂眯l(wèi)星導(dǎo)航定位日益頻繁，但是伙伴們知道我們的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用了什么樣的工作體制為我們提供導(dǎo)航定位服務(wù)的呢？不同的工作體制中又有什么不一樣的呢？

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用RDSS和RNSS兩種工作體制，其中RDSS為有源服務(wù)體制，RNSS為無源服務(wù)體制。北斗星座由3類衛(wèi)星組成，分別是地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO）和中圓軌道衛(wèi)星（MEO），各類衛(wèi)星存在一定的區(qū)別，其中GEO衛(wèi)星兼具有源、無源服務(wù)，而MEO和IGSO衛(wèi)星只提供無源服務(wù)。

對(duì)于北斗RNSS工作體制，其模式與美國(guó)GPS工作原理基本相同，由用戶接收到至少4顆衛(wèi)星的距離測(cè)量，進(jìn)行用戶位置、速度及航行參數(shù)計(jì)算。在軌的每顆北斗衛(wèi)星都在不斷發(fā)送廣播信息，信息內(nèi)容包括衛(wèi)星廣播星歷、鐘差和電離層模型參數(shù)，以及這條信息發(fā)射的時(shí)刻T1，衛(wèi)星的廣播信號(hào)以光速?gòu)男l(wèi)星傳播到北斗終端RNSS天線。北斗RNSS終端的天線接收衛(wèi)星廣播信號(hào)，標(biāo)記出接收時(shí)刻T2,信號(hào)從衛(wèi)星到天線的所用時(shí)間為ΔT=T2-T1，因此衛(wèi)星到天線的距離S=c×ΔT(c為光速）。如果北斗RNSS終端知道自己與衛(wèi)星的距離，它可以4個(gè)方程，聯(lián)立確定它在三維空間 中地球上的位置和精確的時(shí)間這4個(gè)未知數(shù)。以上述的四步為基礎(chǔ)，加上各種提升定位精度的方法，可以實(shí)現(xiàn)精確、快速的定位功能。

RDSS工作體制是北斗系統(tǒng)的特點(diǎn)和亮點(diǎn)，是區(qū)別于 GPS、GLONASS和Galileo系統(tǒng)的重要特色，可為中國(guó)本土及周邊區(qū)域提供快速定位、位置報(bào)告、短報(bào)文通信和高精度授時(shí)服務(wù)。地面中心站是RDSS業(yè)務(wù)的控制中心，GEO衛(wèi)星構(gòu)成地面中心站與用戶 之間的無線電鏈路，共同完成RDSS無線電測(cè)定業(yè)務(wù)。地面中心站 通過5顆GEO衛(wèi)星的C/S轉(zhuǎn)發(fā)器向用戶發(fā)出“誰要定位”的詢問信號(hào)，需要RDSS服務(wù)的用戶接收任一顆衛(wèi)星的出站詢問信號(hào)后，即可響應(yīng)詢問，發(fā)出入站申請(qǐng)，通過5顆GEO衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答信號(hào)，即可測(cè)定地面中心站分別經(jīng)5顆衛(wèi)星到用戶的距離。由于GEO衛(wèi)星位置可以通過中心站精密定軌確定，可導(dǎo)出用戶到每顆衛(wèi)星的距離。利用個(gè)存儲(chǔ)在地面中心數(shù)據(jù)庫鐘的數(shù)字地形高程計(jì)算出用戶所在位置。

北斗RDSS服務(wù)基本過程

在衛(wèi)星位置已知的條件下，就可以計(jì)算出用戶機(jī)與兩顆衛(wèi)星的真實(shí)幾何距離。這樣，分別以兩顆衛(wèi)星為球心、用戶機(jī)至兩顆衛(wèi)星的距離為半徑確定兩個(gè)球面；用戶就在這兩球面交叉線上；在地面高程一直的情況下，地球表面與上述交叉線有兩個(gè)交點(diǎn)，一個(gè)在南半球，一個(gè)在北半球服務(wù)區(qū)，對(duì)于我國(guó)用戶而言，后者即為用戶位置，也就是三球交會(huì)定位原理。

北斗RDSS三球交會(huì)定位原理