CN104422938A - 新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法 - Google Patents

Abstract

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播；用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制；本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理；对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟从而到达预测的目的。

Description

新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法

（一）领域

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法属于导航应用领域。

（二）简介

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

（三）定义

北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为BDS,与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统2012年12月27日起提供连续导航定位与授时服务

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。

中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。

新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。

科技部印发《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》提出，“十二五”末，导航与位置服务产业要形成1000亿元以上的规模，初步建立5个高新技术产业化基地，培育30家创新型企业。这意味着国家对导航与位置服务产业相关扶持政策的进一步落实。

我国导航与位置服务的核心技术尚不完备，制约了产业的健康快速发展。智研咨询数据统计，“十二五”期间，导航与位置服务产业要重点解决技术瓶颈，主要是突破三大核心技术：泛在精确定位、全息导航地图、智能位置服务；开展三类应用示范：研制导航与位置服务应用系统，开展公众、行业及区域应用示范，为政府、企业、公众用户随时提供所需内容丰富的位置信息服务；构建一个体系框架：面向未来导航与位置服务需求，构建国家定位导航授时体系框架。

科技部等部委将以企业为主体，加大国家科技引导投入，统筹多渠道资源，多种资助模式相结合，以产业需求为导向，加强部门联合、军民结合、科技计划与北斗系统建设的协同攻关，持续推动以北斗应用为核心的导航与位置服务技术研究和产品开发。作为科技含量极高、人力资本密集的战略性新兴产业，北斗导航卫星产业化的市场空间极富想象力。

服务

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位，导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。　导航精度上不逊于欧美之外，北斗卫星导航系统解决了何人、何时、何地的问题，这就是北斗的特色服务，靠北斗一个终端你就可以走遍天下。

北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能； 全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当。向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”的问题；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

卫星导航系统是重要的空间信息基础设施，中国高度重视卫星导航系统的建设，

一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。

建设原则

北斗卫星导航系统的建设与发展，以应用推广和产业发展为根本目标，不仅要建成系统，更要用好系统，强调质量、安全、应用、效益，遵循以下建设原则：

开放性

北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。

中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。

在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电联（ITU）框架下，使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。

中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。

短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。

可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。

精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。

定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差分状态）。工作频率：2491.75MHz。

系统容纳的最大用户数：540000户/小时。

系统构成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成。

空间段

北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。

至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。

北斗-M5静止轨道卫星（2012-050A）位置示意图，白色区域内为此卫星的服务范围[10]

个人位置服务

当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。

气象应用

北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升我国气象防灾减灾的能力。

除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

道路交通管理

卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。

铁路智能交通

卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。

海运和水运

海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

航空运输

当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。

应急救援

卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。

覆盖范围

北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°~140°，北纬5°~55°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星（实际上最多能观测到11颗）。

数量轨道

北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，卫星的赤道角距约60°。GPS导航卫星轨道为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。

北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。

北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码已由16m提高到6m，C/A码已由25-100m提高到12m，授时精度约20ns。

用户容量

北斗导航系统由于是主动双向测距的询问——应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。

（四）应用

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制

本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

Claims (5)

1. 短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息；

   可以达到一次传送达120个汉字的信息；在远洋航行中有重要的应用价值；

   精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度；

   定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20米（类似差分状态）；工作频率：2491.75MHz；

   系统容纳的最大用户数：540000户/小时；

   系统构成

   北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段组成；

   空间段

   北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星；5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布；

   至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）；

   北斗-M5静止轨道卫星（2012-050A）位置示意图，白色区域内为此卫星的服务范围个人位置服务

   当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。
2. 北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升我国气象防灾减灾的能力；

   除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响；

   道路交通管理

   卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平；通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站；这些位置信息可用于道路交通管理；

   铁路智能交通

   卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型；例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率；未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型；

   海运和水运

   海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一；在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全；北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障；同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发；

   航空运输

   当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离；利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率；通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。
3. 应急救援

   卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援；在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点；北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失；

   本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法是一个中距离圆型轨道卫星导航系统；它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准；系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要；该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机；最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
4. 覆盖范围

   北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°~140°，北纬5°~55°；GPS是覆盖全球的全天候导航系统，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星（实际上最多能观测到11颗）；

   数量轨道

   北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，卫星的赤道角距约60°；GPS导航卫星轨道为准同步轨道，绕地球一周11小时58分；

   北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据；GPS是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据；“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题，一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性，这在军事上相当不利，另一方面由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位；

   北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns；GPS三维定位精度P码已由16m提高到6m，C/A码已由25-100m提高到12m，授时精度约20ns；

   用户容量

   北斗导航系统由于是主动双向测距的询问——应答系统，用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号，还要求用户设备向同步卫星发射应答信号，这样，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率；因此，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。
5. 本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播；用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制；

   本发明新型基于北斗星系统时序有向预测路线和旅游信息汇编的方法中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理；对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上；另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上；从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。