北斗卫星导航系统发展与创新北大核心CSCD

北斗卫星导航系统是我国自主规划、设计、建设与应用的高技术项目的一面旗帜。2020年6月23日,北斗系统最后一颗组网卫星发射成功。7月31日,总书记习近平出席北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式,并宣布正式开通。本文梳理了中国卫星导航的发展历程,分析了自主卫星导航系统决策的背景、北斗系统各阶段建设过程中体现的特点,重点探讨了北斗系统“三步走”发展战略的形成过程及创新之处。在简述北斗系统建设过程后,对北斗系统发展中体现的工程与技术创新进行初步探讨。     

基于卫星双向时间传递技术的星座自主时间同步与测定轨

1课题意义 随着卫星导航、飞行器编队等航天活动的深入开展,对星座自主时间同步和自主定轨产生了重大需求。在这种需求背景下,本课题开展星问双向时间同步方法的研究,并开展星座自主时间同步和定轨的仿真计算和分析。本课题研究成果对于发展我国卫星导航系统具有重要参考意义。     

任何平台任意环境下的实时多传感器追踪装置

目前国内单个传感器的导航发展很快，北斗导航系统完成硒域导航定位并在许多领域得到应用，比如汶川抗震救灾中人员救护和财产保护起到很大的作用。而在组合导航系统领域，多年来则进展不大。针对卫星导航在室内、城市高楼区、隧道和其他森林覆盖区卫星信号中断的问题及惯性导航仪器不稳定而产生的漂移问题，采用多传感器组合导航可以通过相互补偿的作用，因而获得更高精度的导航参数，满足人们对室内外定位的精度要求。     

北斗全球组网将如何影响我们的生活

正基于北斗的导航服务已广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域,深刻改变着人们的生产生活方式。6月23日,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。这一由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。据统计,2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到3450亿元。随着北斗卫星的全球组网,北斗将如何推动生产方式变革和商业模式创新?又会为人们的生活带来哪些便利?     

航天科技事业创新发展的重要推动者 孙家栋 善于把复杂问题简单化的高手

正中国的导航系统如何建设?孙家栋独具慧眼,提出了一条具有中国特色的"先试验、后区域、再全球"的"三步走"发展战略。他是我国人造卫星技术和深空探测技术的开拓者之一,从事航天工作60年来,主持研制了45颗卫星。担任我国北斗导航系统第一代和第二代工程总设计师,实现了北斗卫星导航系统的组网和应用。他就是孙家栋,作为我国月球探测工程的主要倡导者之一,担任月球探测一期工程的总设计师,树立了我国航天史上新的里程碑。荣获"两弹一星"功勋奖章、国家最高科学技术奖、国家科学     

高性能实时GNSS软件接收机

随着各个国家积极开展卫星导航系统的建设,多系统和高性能导航接收技术和设备的需求逐渐提升,兼容性问题不断出现。本课题开展高性能实时GNSS软件接收机研究,突破多系统兼容、高性能和多平台软件接收机的关键技术,并研制基于通用平台的相关样机。课题研究成果对于我国卫星导航技术的应用和发展具有重要参考意义。     

自研设备担纲珠峰测高 北斗、5G等技术充分运用

正此次测量珠峰运用了许多国产科技手段与成果,北斗卫星、5G、华为等技术均发挥重要作用,相比15年前,珠峰测高有了更高的技术标准。珠峰是国际测量技术的竞技场。在测量世界最高峰"身高"的艰苦探索中,科技的力量总是与人类的脚步同行。此次珠峰高程测量首次运用了我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统提供的数据。这也是北斗卫星继在抗疫中显露威力之后,再度发挥重要作用。     

北斗卫星导航系统特点与现状分析

文章旨在通过对北斗卫星导航系统的特点及其现状的分析,引起人们对北斗卫星导航系统的关注,进而推动北斗卫星导航系统更好地应用于中国的国民经济和国防中,为中国的经济发展和国防建设贡献力量。     

空间站基本建成 2023年，我国航天会放慢脚步吗？

<正>2023年，虽然没有像去年一样空间站在轨建设连续5次重要的发射，但其他的航天发射一样不少。同时，2023年还将是我国的商业航天大年，多枚民营火箭正整装待发。随着神舟十五号的成功发射、对接，以及神舟十四号的顺利返回，我国空间站基本建成，二期工程可能还早。而“北斗”导航系统、“天链”“鹊桥”卫星也都有了，     

GNSS反射信号接收处理公共平台

随着GPS（全球定位系统）现代化进程的加快,欧洲伽利略项目的不断发展和我国北斗卫星导航系统的日益完善,基于GNSS（全球导航卫星系统）的各种应用所取得的成就在现代社会中已达到不可替代的层面。目前,针对导航卫星反射信号的研究及其在遥感探测领域的应用正日益兴起,其关键技术在于如何实现反射信号的接收、数据处理和实际目标的物理状态反演。     

多模卫星导航系统完备性监测技术

1 课题简介 随着GPS导航系统的技术升级以及GLONASS/GALILEO/BD导航系统全面开展建设,卫星导航用户定位精度显著提高,特别是一些新技术的出现,如精密单点定位PPP技术、网络RTK技术,达到了厘米量级甚至优于1厘米的精度,已基本满足绝大部分用户对精度的需求,与之相比,决定用户安全性能的导航系统完备性问题变得更加突出.目前,民航系统将卫星导航作为飞机导航的辅助手段而不是单一的主控手段,从用户安全的角度考虑,导航系统的完备性要有着比精度更加重要的地位.     

伽利略卫星导航系统开始运行

正欧洲伽利略卫星导航系统近日投入运行,向智能手机和汽车内接收装置发出第一批卫星信号。这个由30个超强卫星组成的导航系统,有望超过美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统(GLONASS),成为全世界精确度最高的定位导航技术,从而结束欧洲长期以来对GPS与GLONASS的依赖。但伽利略系统绝不仅仅是一个定位导航系统,更是一个意义重大的科学工具,因为该系统将大幅提升科学家们对大气和地球科学的研     

卫星激光测距工程中的相对论效应

卫星激光测距是构建星地间高精度距离控制的有效手段。在卫星激光测距中，无论是地面观测系统及在轨待测卫星都是宏观的低速的；而其观测媒介——激光脉冲却是微观的高速的，因此基于非惯性的笛卡尔坐标系对其进行处理必然存在相对论效应。为此，本文针对卫星激光测距的工作原理提出了瞬时惯性系的概念，对卫星激光测距中的相对论效应加以改正，并应用实际算例进行比较分析。研究结果表明，相对论效应对星地间往返距离影响可达CM级；在卫星激光测距工程中，对于望远镜的指向预报完全可以忽略，但对于距离的影响可以通过加常数的形式给予改正。     

对地观测卫星地面数据处理系统发展趋势

对地观测卫星从研制、升空、在轨运行到数据的接收、处理和应用是一个复杂的卫星系统工程，是一个长期的过程。在我国，通常将整个卫星系统工程分为六大部分：卫星、火箭、发射场、卫星测控、地面部分和应用部分。在轨运行的卫星、地面数据接收系统、地面数据处理系统和应用系统构成了卫星遥感数据的一个完整的流程。地面数据处理系统位于整个数据流程的中间环节，既是卫星遥感数据的归宿，也是应用系统卫星遥感数据的源泉。     

全球陆表特征参量产品生成与应用研究

卫星遥感数据已经在全球环境变化研究、生态环境评价、陆表变化监测、区域碳循环估算、水资源管理等多个方面得到了广泛地应用。随着遥感技术的发展,数据处理和分析的难度也不断增大,其中重要的环节之一是将原始卫星观测数据转换成各种地球物理参数产品。目前,国际上的陆表卫星产品基本都是在特定的卫星计划中产生的,覆盖的时间范围有限,产品在时空分辨率和精度等方面都难以满足全球变化研究迫切需要具有长时问序列、高精度以及全球覆盖的数据产品的要求。     

促进国家遥感卫星应用产业发展的设想

我国遥感卫星应用发展到今天，已经解决了自主的遥感卫星数据源有无的问题，彻底改变了依赖国外数据的年代，可以有把握地讲：在不远的将来，随着我国资源卫星03／04星的升空，环境减灾卫星星座的建立，我国的遥感卫星应用将转到主要以使用国产卫星的数据源为主，国外数据源为辅的局面。我国的遥感数据不仅在国内广泛应用，也必然要向国外分发数据，在国外建站。     

北斗定位大数据分析云端科技提升战疫效率

正面对疫情暴发,北斗卫星导航系统快速响应,一个个大数据相关产品陆续上线,让疫情防控工作更加高效精准。在疫情防控阻击战中,一系列创新技术派上了大用场,其中北斗卫星导航系统快速响应,融入多项防控工作之中,担起了抗疫的科技先锋。随即上线的疫情实时大数据报告、新冠肺炎确诊患者同行查询等创新应用在加强联防联控、疫情态势研判、城市智慧管理等方面,为疫情防控、经济发展提供了重要支撑。     

全球定位系统（GPS）简介

一、GPS系统及构成全球定位系统即Global Positioning System,简称为GPS,是美国国防部为军事目的而研制的导航定位授时系统,旨在彻底解决陆地、海上和空中运载工具的导航和定位问题。该系统从1973年开始设计研制,在经过了方案论证、系统试验后,于1989年开始发射工作卫星,1994年全部建成并投入使用。GPS系统的组成可分为：(1)空间卫星星座部分(2)地面监控部分(3)用户设备部分前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。空间卫星星座 由均匀分布在6个轨道面内的24颗卫星组成(其中有3颗是备用卫星),每个轨道上分布有4颗卫星,轨道的平均高度约为20200km,偏心率为0.01,轨道相对地球赤道倾角约为55度,卫星运行周期为11小时58分。GPS卫星的这种空间分布使得同一观测点上每天出现的卫星分布图相同,只不过每天的时间提前约4分钟;并且每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上,同时出现于地平线以上的卫星数目最少为4颗,多达11颗,随时间和地理位置而异;因卫星信号的传播和接收不受天气影响,故GPS是一种全球性全天侯的连续实时定位系统。从1979年开始至今已有三代GPS卫星,分别为BlockⅠ,BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(BlockI)为GPS实验卫星,现已停用;第二代(BlockⅡ,ⅡA)为GPS工作卫星,至1994年已发射完毕;第三代(BlockⅢ,ⅡR)正在设计中。GPS卫星的主体呈圆柱形,直径为1.5m,重约774kg(包括310kg燃料),两侧设有两块双叶太阳能电磁板,它能自动对日定向,以保证卫星工作供电。每颗卫星装有4台高精度原子钟,为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能为：(1)接收和储存由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;(3)通过星载的高精度铷钟和铯钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送定位信息;(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面监控部分 包括卫星监测站,主控站和信息注入站,主要由分布于全球的5个地面站构成。卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的Colorado springs,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是：(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。注入站由分设在印度洋的Diego Garcia,南大西洋的Ascencion和南太平洋的Kwajalein三个站组成。其主要设备包括天线(直径3.6m),C波段发射机和计算机。注入站的作用是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统中,并监测所注入信息的正确性。用户设备部分 用来接收GPS卫星发射的无线电信号,以获得必须的卫星轨道信息及观测量,经数据处理而得到定位结果。随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。二、GPS定位的基本原理及系统运作方式1.GPS卫星星历及坐标系统GPS定位处理中,卫星轨道通常是已知的。卫星轨道信息用卫星星历描述,具体形式可以是卫星位置(和速度)的时间列表,也可为一组以时间为引数的轨道参数。按提供方式又可分为预报星历(广播星历)和后处理星历(精密星历)。卫星的位置(和速度),及用户定位计算的点位(未经坐标转换时)都是在协议地球坐标系(或叫地固系(ECEF))中表示的,其原点在地球质心,正z轴指向协议平均地极(CTP),正x轴指向赤道上的经度零点(格林尼治平均天文台)y轴与z轴和x轴构成右手坐标系。GPS定位中的WGS-84坐标系和ITRF坐标系均属地固系。另外GPS系统主控站维持有专门的时间系统,称为GPS时,这是一种连续且均匀的时间系统,原点为1980年1月6日0时UTC,单位同国际单位制(SI)时间的秒定义,其后GPS时不受跳秒影响。2.GPS定位的基本观测量及基本定位原理GPS卫星中采用了现代数字通讯技术,运用多级反馈移位寄存器产生伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),这种伪随机码形成各GPS卫星的两种测距码,即C/A码和P码(或Y码);此外GPS卫星所播发的信号中还包括载波信号和数据码(或称D码)。这三种信号分量都是在10.23MHZ的基本频率控制下产生的。其中数据码包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间、卫星钟运行状况、轨道摄动改正等导航信息。GPS卫星以L波段中的两种不同频率的电磁波为载波：L1载波频率为10.23×154MHZ=1575.42MHZ;L2载波频率为10.23×120MHZ=1227.6MHZ;P码频率为10.23MHZ;C/A码频率为10.23/10=1.023MHZ;数据码频率为10.23/10/1023/20=50HZ。GPS定位中的基本观测量包括伪距和载波相位。接收机在跟踪卫星信号时,机内同时产生被跟踪卫星的码信号的复制码。为将该复制码和进入到接收机内的卫星信号对齐(相关),码跟踪环路产生时移和多普勒频移;至两信号对齐时所需的时移乘以光速,即为所谓的伪距。其中包含了卫星和接收机时间系统的偏差,以及卫星信号在电离层和对流层中传播引起的时延,因而伪距的基本观测方程为：P=[(X_R－X_S)²＋(Y_R－Y_S)²＋(Z_R－Z_S)²]^1/2+(V_S－V_T)·C其中卫星X_S、Y_S、Z_S、V_S分别为观测时刻的卫星坐标和卫星钟差,均可由观测时间和卫星历星求出;V_T为接收机钟差。由于P中已作了电离层和对流层的延迟改正,因而上式中只包含X_R、Y_R、Z_R和V_T等4个未知数。欲通过GPS定位观测求得X_R、Y_R、Z_R,必须同时有4颗卫星的观测量P₁…P₄;由GPS定位系统中卫星的布设可知,任何时刻于任何地点均可获得至少4颗卫星的观测量,因而通过该系统的伪距观测量随时可获得空间定位结果。这种定位称为单点定位或绝对定位,其实质是测量学中的空间距离后方交会,由此可说明GPS定位的基本原理。载波相位是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于无法直接测定载波信号在传播路线上的相位变化的整周数,故存在整周不定性问题。另外由于观测环境等影响因素,其中还会产生整周跳变,因而与伪距观测定位相比,数据处理变得复杂,往往难以实现单次观测定位,不过由于相位观测量的精度比伪距观测值的精度高得多,它被用作相对定位,即精确地求定一点相对于另外一点的位置和精度。相对定位是指给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。它与绝对定位一起构成了GPS定位的两种基本模式。由于绝对定位可直接实时地获取观测点的地理坐标,因而该方法被广泛地应用于飞机、船舶及车辆等运动载体的导航和调度,以及在GIS(地理信息系统)中用作点位数据的采集等。相对定位由于其精度高,因而在大地测量、地球动力学和许多其它应用场合中需要采用这种定位模式。三、 美国政府的GPS政策及用户的措施鉴于GPS定位技术在军事上的重要性,美国政府在该系统的设计及运行中均采取了一些措施来限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度,因此将定位服务分为精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。前一种针对美国军事部门及其特许用户,其实时单点定位精度可达510m;后一种则针对非特许用户,实时单点定位精度则降为100m(水平)和150m(垂直),这是因为其中采取了SA技术(Selective Availability)和AS技术(AntiSpoofing)。AS包括人为降低广播星历精度和在卫星钟频信号中加入钟频抖动;AS技术则将p码与保密的W码相加形成Y码,这种码严格保密,以防敌方干扰和电子诱骗。有鉴于此,目前普通用户普遍采用差分GPS技术来消除SA技术和AS技术对GPS定位的影响。经实施差分改正后的实时定位精度可达25m或更好(水平)。使用载波相位观测时,采用RTK差分技术可得到厘米级的实时定位精度。为从根本上消除这类影响,可建立地区GPS卫星跟踪网,采用广域差分GPS(WADGPS)技术自行确定GPS卫星精密轨道和差分改正数,以达到精确定位和导航的目的。四、GPS应用概况GPS是现代空间技术,计算机技术与现代通信技术发展的结晶。这种空间定位与导航系统成为20世纪后期人类科技进步的里程碑。同时它将更广泛地渗透到地球物理学、海洋学、天文学、航空航天与遥感、交通及通信、气象科学等领域,并不断推动科学技术的发展与进步。GPS的典型应用包括：(1)大地测量,工程测量,城市规划及资源管理中的定位。(2)地壳板块运动监测,地表沉降,建筑物形变及灾害的监测和预报。(3)飞机着陆,公路、铁路车辆运行监控与管理。(4)大气电离层变化分析,大气水汽含量及变化,遥感,天气预报。(5)旅游,渔业和探险中的定位和定向。(6)授时,通信网络与电力网络等时间同步服务。(7)飞行器的轨迹及空间姿态的测定和预报。* 杜道生教授是地理信息名词审定委员会委员。     

自由时间和人的全面发展

人类的社会时间构成主要包括两大部分：劳动时间和自由时间，长期以来，劳动时间占有的比例远大于自由时间，是第一位的时间要素，然而随着以知识和信息的生产、分配、使用为基础的知识经济的曙光淡出于宇，自由时间无论在质上、量上都现新的特点，已成为人类生命中的重要组成部分。从而，人的全面发展也不再是达不到的康德理想。     

地震电磁卫星观测技术、数据处理与应用

本项目是中国地震局地震预测研究所与俄罗斯科学院地磁、电离层与电波传播研究所共同协作完成，项目目标是按照我国地震电磁卫星系统建设的总体目标和要求，配合地震电磁探测卫星方案论证，通过与俄罗斯相关研究机构的全面合作，获得和引进俄罗斯方面在卫星电磁观测理论、方法和技术方面的成果，