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。中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0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。定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度50纳秒。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。

北斗卫星导航系统正按照“三步走”的发展战略稳步推进。第一步，2000年建成北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步，2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

一、北斗一号系统/北斗卫星导航试验系统

北 斗卫星导航试验系统也被称作北斗一号，是北斗卫星导航系统较早投入使用的第一代试验用系统，使用的是有源定位，由三颗定位卫星（两颗工作卫星、一颗备份卫 星）地面控制中心为主的地面部分以及用户终端三部分组成。北斗一号卫星导航定位系统可向用户提供全天候的即时定位服务。校准精度为20米，未校准精度100米，三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。

“北斗一号”卫星定位系统是我国自主研发，利用地球同步卫星为用户提供全天候、区域性的卫星定位系统，北斗一号使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

北斗卫星导航试验系统的卫星星座由三颗定位卫星（两颗工作卫星、一颗备份卫星）构成，2000年发射2颗卫星后即能够工作，2003年又发射了一颗备份卫星，试验系统完成组建，该系统服务范围为东经70°－140°，北纬5°－55°。

图 1  北斗一号的覆盖范围

北斗卫星导航试验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。

北斗卫星导航试验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。GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此GPS的用户设备容量是无限的。

“北斗一号”卫星导航定位系统，不受通讯信号和空间距离的影响，一台主指挥机进行卫星定位后，可连接多部类似手机的“北斗一号”终端机，终端机每次可编写40多字的短信发送到指定手机上，非常有利于震区的救援信息传递。

“北 斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球静止卫星走一个来回，再加上卫星转发， 中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差。“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能就 是GPS所不具备的。

二、北斗二号系统/北斗区域卫星导航系统

北斗二号并不是北斗一号的简单延伸，它将克服“北斗一号”系统存在的缺点，提供海、陆、空全方位的全球导航定位服务，类似于美国的GPS和欧洲的伽利略定位系统。

2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0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。

我国北斗区域组网后处于“5+5+4”的卫星组合状态，即“5GEO+5IGSO+4MEO”的状态。通俗点讲就是5颗同步轨道卫星+5颗倾斜轨道卫星+4颗低轨道卫星组成。

这14颗卫星能够覆盖的矩形区域为：南纬55°~北纬55°，东经55°~东经180°。具体覆盖范围图如图 7所示。

图 2  北斗区域定位覆盖范围

如图 2所示，东起“中途岛”，西至“霍尔木兹海峡”、“保加利亚”；北起“俄罗斯北部”，南至“印度尼西亚以南”。所有重点区域如：东海（朝韩、台湾、日本、钓鱼岛）、南海（三沙、南沙、越南、菲律宾、马六甲）、克什米尔、霍尔木兹海峡等等全部覆盖。在北纬10°~55°，东经75°~135°的“重点服务区”内，定位精度与速度可以得到更理想的数值。

北斗二号与GPS类似采用无源定位技术，根据官方公布的《北斗系统公开服务性能规范（1.0版）》文档显示，北斗系统服务区内公开服务定位/测速/授时精度指标如表 1所示。

 表 1  北斗系统服务区内公开服务定位/测速/授时精度指标

服务精度

参考指标（95%置信度）

约束条件

定位精度

水平

≤10米

服务区任意点 24 小时的定位/测速/授时误差的统计值。

垂直

≤10米

测速精度

≤0.2米/秒

授时精度

≤50纳秒

根据发表在《中国科学：地球科学》的研究报告，国家自然科学基金项目资助的一项研究称，中国的北斗导航系统在亚太地区的导航精度已能媲美GPS系统。北斗导航系统目前由14颗卫星构成，在亚太地区内，北斗可见卫星数在7颗以上，而GPS系统目前有31颗卫星。

报告称，原始观测值方面，北斗伪距测量精度约为33cm，载波测量精度约为2mm，已与GPS处在同一水平。在导航定位方面，北斗伪距单点定位水平精度优于6 m， 高程精度优于10m，北斗单频伪距差分定位精度优于2.5 m。

那 么，北斗一号与二号的区别在哪里？我国曾发射的北斗一号系统只能覆盖中国本土，功能也不完善，但在汶川地震后，北斗一号曾利用其能传输信息的功能，为救灾 部队提供了重要的信息支援。二号和一号还是相差不多，主要是在细节上、稳定性上有所改进。北斗一号主要用于国家特种行业领域，北斗二号在其建成后将在民用 市场获得快速发展。

我国正加快北斗卫星导航系统的建设，制定北 斗卫星导航系统民用应用政策，促进北斗卫星导航系统的产业化应用；对于涉及国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导 航系统的服务体制，鼓励其他行业和领域采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制。

2014年1月， 国务院下发《关于促进地理信息产业发展的意见》特别强调从五个重点领域推进，其中之一便是发展地理信息与导航定位融合服务：结合北斗卫星导航产业的发展， 提升导航电子地图、互联网地图等基于位置的服务能力，积极发展推动国民经济建设和方便群众日常生活的移动位置服务产品，培育新的经济增长点。

2014年03月，《道路运输车辆动态监督管理办法》（中华人民共和国交通运输部中华人民共和国公安部国家安全生产监督管理总局令2014年第5号）规定，旅游客车、包车客车、三类以上班线客车、危险货物运输车辆、重型载货汽车和半挂牵引车在出厂前应当安装符合标准的卫星定位装置。

2014年03月《国家测绘地理信息局关于北斗卫星导航系统推广应用的若干意见》指出要着力加快“北斗”地面基础设施建设、加强“北斗”在测绘地理信息行业的应用、支持企业申报“北斗”产业化示范项目、加强位置服务的安全监管。

三、北斗全球卫星导航系统

北京时间2015年3月30日21时52分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功将首颗新一代北斗导航卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。这颗卫星的发射成功标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。

这次发射的新一代北斗导航卫星，是我国发射的第17颗北斗导航卫星。它将开展新型导航信号体制、星间链路等试验验证工作，为北斗卫星导航系统全球组网建设提供依据。

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）。

未来北斗卫星全球导航系统将会有35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

 

总之，北斗卫星导航系统的建设、发展以应用推广和产业发展为根本目标，遵循4项基本原则。

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。

自主性。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。

兼容性。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。

渐进性。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。