北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)獲案(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO,是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會已認定的供應(yīng)商。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成,可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù),并具短報文通信能力,已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r能力,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度10納秒。
35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上,以固定的周期環(huán)繞地球運行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。
由于衛(wèi)星的位置精確可知,在接收機對衛(wèi)星觀測中,我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離,利用三維坐標中的距離公式,利用3顆衛(wèi)星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數(shù),X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛(wèi)星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。
事實上,接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星,這時,接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組,每組4顆,然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。
衛(wèi)星定位實施的是“到達時間差”(時延)的概念:利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導(dǎo)航信息獲得從衛(wèi)星至接收機的到達時間差。
衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號,供接收機接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素,接收機接收到信號的時刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時刻延遲,通常稱之為時延,因此,也可以通過時延來確定距離。衛(wèi)星和接收機同時產(chǎn)生同樣的偽隨機碼,一旦兩個碼實現(xiàn)時間同步,接收機便能測定時延;將時延乘上光速,便能得到距離。
每顆衛(wèi)星上的計算機和導(dǎo)航信息發(fā)生器非常精確地了解其軌道位置和系統(tǒng)時間,而全球監(jiān)測站網(wǎng)保持連續(xù)跟蹤。