衛(wèi)星授時（用于星基導(dǎo)航和授時的系統(tǒng)）

作用

對于一個進(jìn)入信息社會的現(xiàn)代化大國，導(dǎo)航定位和授時系統(tǒng)是最重要、而且也是最關(guān)鍵的國家基礎(chǔ)設(shè)施之一。現(xiàn)代武器實(shí)（試）驗(yàn)、戰(zhàn)爭需要它保障，智能化交通運(yùn)輸系統(tǒng)的建立和數(shù)字化地球的實(shí)現(xiàn)需要它支持?，F(xiàn)代通信網(wǎng)和電力網(wǎng)建設(shè)也越來越增強(qiáng)了對精度時間和頻率的依賴。為了提高民用定位定時的性能和可靠性、安全性，利用這些衛(wèi)星系統(tǒng)建立廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（Waas）在美國、日本、歐洲和俄羅斯也在計(jì)劃或研制之中。

這些系統(tǒng)導(dǎo)航定位的基本概念都是以精度時間測量為基礎(chǔ)的。正如有人所指出的那樣，我們?nèi)祟惿钤谟喔钏木S的世界（x、y、z、t）其中一維就是時間，而另外三維的精度確定，就今天而言，沒有精確的定時也是難以實(shí)現(xiàn)的。

單從授時出發(fā)，不難理解系統(tǒng)發(fā)播時間的精確控制是不可缺少的。而對于導(dǎo)航定位，系統(tǒng)內(nèi)部鐘（星載鐘和地面監(jiān)測和控制臺站的鐘）的同步就極為關(guān)鍵。沒有原子鐘的支持，沒有鐘同步和保持技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)星基導(dǎo)航和定位是不可能的。在完成精確時間的傳遞過程，需要對傳播時延作精確修正，而這又需要知道用戶的精確地理位置。

從以上分析可以看出，無論在系統(tǒng)概念、技術(shù)、裝備或管理上，與其他通訊和衛(wèi)星系統(tǒng)相比，導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)與高精度衛(wèi)星授時系統(tǒng)有很好的兼容性和互補(bǔ)性，二者是相輔相成的。從資源共享和合理利用出發(fā)，先進(jìn)的衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)該成為一個導(dǎo)航授時一體化的高精度星基四維（x、y、z、t）信息源，就像目前已投入工作的GPS、Glonass和正在研制中的Galileo以及各種Waas系統(tǒng)中，無不把其授時功能提到僅次于導(dǎo)航定位的重要地位。以便滿足各行各業(yè)對精度時間和頻率日益增長的需求。

重要性

面對國際上風(fēng)云變幻的局勢，作為一個獨(dú)立自主的大國，建立我們自己的星基的導(dǎo)航定位和授時系統(tǒng)無論對于保障國民經(jīng)濟(jì)的日常運(yùn)作或國家安全都至關(guān)重要，正如中國科學(xué)院院長路甬祥指出的那樣，我們應(yīng)該有“中國的GPS”。

在真正實(shí)現(xiàn)“中國的GPS”的戰(zhàn)略規(guī)劃時，系統(tǒng)定時是其中需要解決的最關(guān)鍵技術(shù)之一。系統(tǒng)用原子鐘的研制，系統(tǒng)鐘時間同步的建立和保持，構(gòu)成了這一研究的兩個核心。就我們所知，在這些方面，我國目前還缺乏系統(tǒng)的準(zhǔn)備。這有必要引起有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門的重視和加強(qiáng)這一研究工作的指導(dǎo)、組織與支持。

技術(shù)問題

衛(wèi)星導(dǎo)航、定位和授時系統(tǒng)中需解決的技術(shù)問題有：

1,系統(tǒng)時間建立的概念及實(shí)現(xiàn)方法

在現(xiàn)代衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)中各個鐘的精確同步，需要一個準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠的時間參考，這通常是以系統(tǒng)中的部分鐘或全部的鐘為基礎(chǔ)。利用統(tǒng)計(jì)平均的方法建立一個系統(tǒng)時間來實(shí)現(xiàn)。其建立的概念和實(shí)現(xiàn)方法，直接影響到系統(tǒng)時間的好壞，進(jìn)而影響到整個衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)中各個鐘的同步。這個研究對系統(tǒng)中原子鐘的選擇與配置也有指導(dǎo)意義。

2,系統(tǒng)時間與UTC協(xié)調(diào)方法

這是授時所需要的。這需要研究國際標(biāo)準(zhǔn)時間到系統(tǒng)時間傳遞的各個環(huán)節(jié)，是提高授時準(zhǔn)確度中的最要一環(huán)。

3,系統(tǒng)鐘的同步方法

這主要涉及到系統(tǒng)中各個鐘的精確數(shù)據(jù)的收集方法和控制方法，要研究相對論效應(yīng)對星載鐘同步的影響。比對測量和鐘駕馭方法的研究是它的基礎(chǔ)。

4,系統(tǒng)授時方法

這包括衛(wèi)星電文中的與時間有關(guān)的信息的制定與產(chǎn)生。

5,用戶終端定時技術(shù)

主要涉及到接收、比對及控制技術(shù)。

我國北斗一號

介紹

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。該系統(tǒng)由三顆（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。北斗定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位服務(wù)，授時精度可達(dá)數(shù)十納秒(ns)的同步精度，其定位精度與GPS相當(dāng)。北斗一號導(dǎo)航定位衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院研究制造。三顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星的發(fā)射時間分別為：2000年10月31日；2000年12月21日；2003年5月25日，第三顆是備用衛(wèi)星。2008年北京奧運(yùn)會期間，它將在交通、場館安全的定位監(jiān)控方面，和已有的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)一起，發(fā)揮“雙保險”作用。

北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文簡稱為BD，在ITU（國際電信聯(lián)合會）登記的無線電頻段為L波段（發(fā)射）和S波段（接收）。北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文為Compass（即指南針），在ITU登記的無線電頻段為L波段。

北斗一號系統(tǒng)的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授時。

北斗二代系統(tǒng)的功能與GPS相同，即定位與授時。

系統(tǒng)工作原理

“北斗一號”衛(wèi)星定位系出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點(diǎn)的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計(jì)算出用戶所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。

“北斗一號”的覆蓋范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米(1σ)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。

與GPS系統(tǒng)對比

1、覆蓋范圍：

2、衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：

3、定位原理

4、實(shí)時性

綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設(shè)備簡單價廉、能實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位、通訊等多用途，可滿足當(dāng)前我國陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航定位的需求。缺點(diǎn)是不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受一定限制。但最重要的是，“北斗一號”導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨(dú)立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)少的初步起步系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)并不排斥國內(nèi)民用市場對GPS的廣泛使用。相反，在此基礎(chǔ)上還將建立中國的GPS廣域差分系統(tǒng)?？梢允故躍A干擾的GPS民用碼接收機(jī)的定位精度由百米級修正到數(shù)米級，可以更好的促進(jìn)GPS在民間的利用。當(dāng)然，我們也需要認(rèn)識到，隨著我軍高技術(shù)武器的不斷發(fā)展，對導(dǎo)航定位的信息支持要求越來越高。