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北斗与IRNSS区域卫星导航系统性能分析


2015-03-26

  摘 要:随着电子信息技术和卫星通信技术的不断发展,卫星导航定位技术也不断发展和完善,当今全球已经发展较为成熟的GPS、GLONASS、GALILEO和BDS系统已经成为GNSS主要服务提供商,印度IRNSS卫星导航系统也正在建设当中,本文在介绍中国BDS系统和印度IRNSS卫星导航系统的基础上,从发展规划、星座布局、定位性能及发展现状对两大系统进行对比分析,并对两大系统未来的发展趋势进行介绍。

  关键词:BDS系统;IRNSS系统;区域导航
  随着卫星导航技术的不断发展,全球各大卫星导航定位系统的发展也日臻成熟,卫星导航系统的民用化将为人们的日常生活带来便利,而我国的北斗卫星导航系统(BDS)在2012年底正式对外提供区域导航定位服务后,不仅结束了美国GPS全球定位系统在国内卫星导航市场的垄断地位,更为我国国民经济发展提供便利,也将使用户获得更为安全可信的卫星导航服务,具有极其重要的战略意义。印度作为亚洲的一个重要国家,凭借其强大的科研实力,计划并组建了自己的卫星导航定位系统IRNSS系统,作为区域卫星导航系统,IRNSS系统建成后将为印度及其周边地区提供高精度的导航及授时服务。本文就中国BDS系统与印度IRNSS系统进行介绍,并对两大系统的定位性能和发展现状进行分析介绍。
  1 中国BDS卫星导航定位系统
  为了打破美国GPS系统的垄断地位,也为了更好的保障国家安全和经济安全,我国自主建立了北斗卫星导航定位系统,致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务,于2012年底正式提供区域服务。
  北斗卫星导航系统空间段计划有35颗卫星组成,其中5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括各种类型的北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
  我国的北斗卫星导航定位系统的三大功能是:实现快速定位、进行简短通信,以及精密授时。
  第一,快速定位。迅速确定用户所处的地理位置,并为用户和相关管理机构提供导航。具有水平定位精度为100m,差分定位的精度在20m以内。定位的响应时间为:1类用户为5秒;2类用户为2秒;3类用户为1秒。最短定位进行更新的时间在1秒以内。一次性定位的成功率达到95%。
  第二,简短通信。我国的北斗导航系统能够使用户之间和用户同位于地面的控制中心间进行双向的数字报文通信,用户在被核准后可利用连续传送方式进行传输多达120个汉字的信息。
  第三,精密授时。我国的北斗导航系统可进行单向与双向这两种授时,按照精度要求的不同,用户可运用定时终端实现同导航系统间的时间与频率的同步,时间的同步精度:单向授时为100ns,双向授时为20ns。
  北斗区域导航系统提供开放服务和授权服务两种类型服务方式,开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度达到水平10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务使为有高精度、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。
  2 印度IRNSS卫星导航定位系统
  印度政府2006年5月正式批准印度区域卫星导航系统(IRNSS)项目,预计耗资160亿卢比(约3.5亿美元)印度区域卫星导航系统IRNSS计划于2012年建成,目的是为印度全境及周边地区提供定位、导航和授时服务(PNT)。
  2.1 IRNSS系统星座布局
  IRNSS星座由7颗卫星组成,其中3颗GEO(Geostationary Orbit)卫星、4颗IGSO(Inclined Geo-synchronous Orbit)卫星。国际电信联盟WRC-03会议通过了印度政府对星座中各卫星轨位的申请,3颗GEO卫星分别定点于东经34°、83°和132°,4颗IGSO卫星处于两个轨道面上,星下点轨迹形成两个“8”字形,轨道倾角为29°,交点地理经度分别为东经55°和111°。设计星座覆盖范围为东经40°~140°和纬度±40°之间,可以为用户发播单频和双频导航信号,其标准服务定位精度在印度洋范围优于20米,在印度本土优于10米。
  印度空间局(ISRO)在GAGAN系统基础上,加紧研制印度独立自主的区域卫星导航系统-IRNSS。该系统可以不依靠GPS为印度领土用户提供独立的导航定位服务。IRNSS空间卫星全时段可见,实时为用户广播卫星钟差改正数、电离层误差改正数和相应的完好性信息。系统可提供标准定位服务(SPS)、精密定位服务(PPS)和政府特许用户(RS)服务。
  2.2 IRNSS系统发展规划
  根据印度IRNSS的组网计划,IRNSS的组网工作分为两大步骤,第一步是发射地球同步卫星组成覆盖印度全境的“区域卫星导航系统”,印度空间研究组织计划于2013年至2015年,发射7颗国产地球同步轨道导航卫星,其中在南北极上空各发射两颗卫星,在地球赤道上方发射三颗导航卫星,从而实现全天候覆盖印度及其周边的较为精确的卫星定位、导航和授时服务。第二步计划在2015年前后初步建成国产IRNSS系统后,再发射约10颗导航卫星,最终形成印度全球卫星定位系统。
  2.3 IRNSS系统发展现状
  印度于当地时间2013年7月1日发射了印度区域卫星导航系统的第一颗导航卫星IRNSS-1A,这颗卫星重量约为1.425吨,设计使用寿命为10年,是IRNSS系统7颗在轨卫星中的首颗,根据印度空间局的设计方案,IRNSS完成组网后,将能为印度及其周边1500公里范围内的用户提供精确定位、导航及授时服务。与美国的GPS系统一样,IRNSS建成后也将提供两种类型的服务,即标准服务和限制服务。前者将公开提供给所有用户,而后者则是针对授权用户的加密服务。
  由于印度距离地球赤道比较近,其受地磁环境影响比较严重,建立精确实时的电离层模型和对流层模型技术比较困难,所以目前以及未来电离层、对流层模型的实时精确化研究将是印度卫星导航系统发展的关键技术之一。
  3 未来发展趋势
  我国的BDS卫星导航系统目前已经完成区域系统的组网运行,为亚太地区提供实时导航定位及授时服务,并计划在2020年建成全球卫星导航定位系统,提供全方位、高精度的导航定位、报文通信及精密授时服务。届时将在卫星导航领域具备更强的竞争力。
  我国的BDS系统在2012年底正式开通服务以来,为用户提供了高精度的导航定位、短报文通信以及授时服务,北斗系统的应用已经深入拓展到各个行业领域,突破了国外先进技术的垄断,占据了国内导航定位应用领域一定的市场份额,为我国的经济建设、国防建设及抢险救灾等发挥了重要作用,可以预见的是,到2020年北斗全球卫星导航系统建成后,必将带来更大的经济效益和社会效益。
  印度IRNSS卫星导航系统虽然起步较晚,但其利用目前发展较为成熟的卫星导航定位技术,建立满足其需求的区域导航定位系统,该系统目前处于卫星组网阶段,按照印度太空研究组织的计划,IRNSS系统于2015年组网完成后,将具备全天候、高精度的自主导航能力,同时避免了对美国GPS系统的依赖,并且经过星座的扩充调整,可以进一步发展为覆盖全球的卫星导航定位系统。
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  [2]高为广,陈金平,王楠.印度卫星导航系统最新发展[J].全球定位系统2008,33:42-45.
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