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北斗系統的未來

隨著科技的不斷進步，北斗

北斗系統的衞星部署更加偏向亞太地區，這意味著我國及其周邊地區的定位精準度可能會優於其他全球定位系統。與GPS相比，北斗在亞太地區的精度更高，而在高緯度地區，格洛納斯的性能則更為優異。從國家的角度來看，我國曾歷經GPS服務中斷的困境（1997年銀河號事件），因此擁有多個定位系統且其中一個是自主研發的，確實能夠提高安全性。對於民用用户來説，新型智能手機通常會同時兼容四大全球定位系統（美國GPS、中國北斗、俄國格洛納斯和歐洲伽利略），系統會自動選擇信號最強的一個進行定位。即使在所有系統都無法提供服務的情況下，生命安全仍是最重要的。此外，北斗系統的衞星短信功能能耗低，僅需3瓦功率，這一功能有望在未來普及，屆時即便在信號中斷或迷路的情況下，也將成為拯救生命的關鍵。儘管目前北斗芯片成本較高，但隨著技術的普及，其價格將會逐漸下降。最後，由於北斗系統能夠雙向通信，這在信息安全方面具有重要意義。

北斗衞星導航系統

北斗衞星導航系統是中國的一個衞星導航系統，由兩組獨立的衞星星座組成。第一代的北斗系統，官方名稱為北斗衞星導航試驗系統，也稱為北斗-1，由三顆衞星組成，自2000年起提供有限的覆蓋和導航服務，主要服務於中國及其鄰近地區的用户。北斗-1於2012年底退役。第二代系統，官方名稱為北斗導航衞星系統（BDS），也稱為COMPASS或北斗-2，於2011年12月在中國正式投入使用，當時有10顆衞星在軌運行，提供了亞太地區的服務。自2012年12月起，它開始向亞太地區的客户提供服務。在該地區內，北斗的精度比GPS更高。

北斗衞星導航系統

北斗衞星導航系統（BDS）由兩代衞星星座組成。第一代被稱為北斗衞星導航試驗系統，或北斗一號，於2000年啟動，提供有限的覆蓋和導航服務，主要面向中國及其周邊地區。北斗一號在2012年底停止使用。

系統的第二代，即我們所知的北斗衞星導航系統（BDS），或稱COMPASS，北斗二號，於2011年12月在中國開始運營，當時有10顆衞星在軌。從2012年12月起，該系統開始為亞太地區的用户提供服務。在這一地區，北斗系統的準確性超過了GPS。

根據新華社的數據，北斗系統的應用價值持續增長，行業年平均增長率超過20%。

北斗三號系統的組成與開通

北斗三號系統由24顆地球中圓軌道衞星、3顆傾斜地球同步軌道衞星和3顆地球靜止軌道衞星組成，覆蓋全球定位功能，於2020年7月31日完整開通。

北斗三代系統的全球服務與未來展望

中國於2015年正式啟動北斗三號（BeiDou-3）系統的部署，旨在提供全球性的導航和定位服務。自2015年3月30日首次發射北斗三號衞星起，該系統的建設歷經數年，最終在2018年12月27日實現了全球覆蓋能力的提供。這一里程碑式的成就，使得北斗成為世界上第三個提供全球服務的衞星導航系統，與俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo系統以及美國的GPS並駕齊驅。

在技術上，北斗三號系統展示了其高精度的定位能力。有報告稱，在經過後處理後，其定位精度可達到毫米級別。這一性能的提升，為各類高精度應用提供了可能，從而擴大了北斗應用場景的邊界。

至2020年6月23日，北斗衞星家庭的新成員成功升空，標誌着北斗三號系統的組建完成。隨着55顆衞星的部署，北斗系統的穩定性和服務能力將得到進一步的提升。展望未來，北斗系統不僅將繼續優化現有的服務，還將尋求更多的國際合作，以確保其在全球範圍內的可靠性和競爭力。

資料來源： Wikipedia 翻譯

根據新華社的數據，北斗系統的應用價值持續增長，行業年平均增長率超過20%。

北斗三號系統的組成與開通

北斗三號系統由24顆地球中圓軌道衞星、3顆傾斜地球同步軌道衞星和3顆地球靜止軌道衞星組成，覆蓋全球定位功能，於2020年7月31日完整開通。

北斗系統的發展歷程與動因

20世紀70年代，中國開始研究衞星導航系統技術，但此後計劃被取消。1983年，陳芳允院士提出“雙星定位”方案，1989年使用通信衞星進行試驗，驗證了其可行性。1990年海灣戰爭中，美國通過衞星導彈結合，擊潰伊拉克軍隊，中國開始考慮自組衞星系統的軍事價值。銀河號事件傳言稱美國關閉該船所在地區的GPS服務，這是中國啓動北斗一號系統建設的推動因素之一。

北斗系統發展的階段計劃

• 2010年，中國國家航天局宣佈系統發展將分為三個階段：

階段	目標
一	2008年，提供開放服務，精度為10米，時間精度為0.2微秒，速度為0.2米/秒。
二	擴大系統覆蓋範圍，提高性能。
三	2020年，完成系統建設，提供全球高精度服務。

結語

北斗系統的發展歷程是為了滿足中國在衞星導航領域的國家安全與社會經濟發展需求。從最初的計劃取消到實驗性質的試驗，再到最終的全球開通，北斗系統的建設歷程反映了中國在這一領域技術的不斷

• 2007年2月，北斗一號系統的第四顆也是最後一顆衞星北斗一號D（有時也稱為北斗二號A，作為備用衞星）發射成功。
• 2007年4月，北斗二號的第一顆衞星，即北斗-2的驗證衞星Compass-M1（用於驗證北斗-2星座的頻率）成功進入工作軌道。
• 第二顆北斗-2星座衞星Compass-G2於2009年4月15日發射成功。
• 2010年6月2日，第四顆衞星成功發射進入軌道。
• 截止2011年11月，北斗二代包含了10顆衞星，開始在中國投入服務。
• 2012年底，北斗二號系統建成，由地球同步軌道衞星、傾斜同步軌道衞星和中圓軌道衞星共14顆衞星構成，實現了全天時全天候為亞太大部分地區提供定位導航授時服務。

• 2008年1月，香港南華早報報道中國不滿其在伽利略計劃中的角色，計劃推出北斗二代競爭

北斗導航衞星系統的發展與應用

2014年加入世界廣播導航系統，2019年成功發射新衞星

• 2014年11月，北斗系統成為國際海事組織認可的全球廣播導航系統一部分。
• 2019年4月20日，北斗衞星在長徵三號B火箭的搭載下，成功發射升空，進入橢圓形轉移軌道。
• 根據美國軍方跟蹤數據，衞星軌道高度範圍在220公里至35,787公里之間，傾角為28.5°。

2014年11月，北斗系統得到國際海事組織的認可，成為全球廣播導航系統的一部分。這一消息在第九十四次海事安全委員會會議上得到確認，會議批准了《北斗導航衞星系統導航安全通告》。

北斗導航衞星系統在不斷發展和應用中進步，為全球提供精準的導航和時空信息服務。

最後一顆北斗衞星的發射

2020年6月23日，北斗衞星家族的第55顆衞星在萬眾矚目中順利升空。這顆衞星的發射標誌著北斗導航衞星系統的全面升級，為全球用户提供了定位、導航和授時的多元化服務。

北斗三號系統的建成，不僅為中國本土提供了精準的時空數據，更是將觸角延伸至世界各地。按照原定計劃，北斗系統將在2018年為“一帶一路”沿線國家提供服務，到2020年實現全球覆蓋，並在2035年以前構建起以北斗為核心，覆蓋空天陸海的多功能PNT服務體系。

2018年12月27日，國務院新聞發佈會宣佈，北斗三號提前兩年開始向全球提供服務。這一里程碑式的進展，不僅彰顯了中國航天科技的飛速發展，也為國際社會提供了更多元的選擇。

北斗系統的建設遠未止步。中國正在積極醖釀下一代衞星系統的發展，目標是建立一個泛在國家時空系統，預計在2035年取得初步成果。這一系統將進一步提升北斗的服務能力和應用範圍，為全球用户帶來更加精準和可靠的體驗。

改寫後的文章

北斗導航系統（BDS）是全球導航衞星系統（GNSS）的重要一員，它提供公開和限製兩級服務。公開服務面向所有用户，提供基本的定位、速度和時間信息，精度達10米左右。而限製服務則為中國政府及軍隊使用，提供高精度的定位和通信服務，據稱精度可達10釐米級。所有北斗衞星均配備激光反射器陣列，用於衞星激光測距和軌道質量驗證。BDS的總設計師是孫家棟，他同時也是其初代系統的設計師。2019年，國際GNSS服務開始在試驗性產品中提供BDS衞

北斗系統的頻率分配

北斗系統的頻率分配在四個頻段：E1、E2、E5B和E6；它們與伽利略有重疊。這可能會在接收器設計上帶來便利，但同時也提出了系統幹擾的問題，尤其是在E1和E2頻段，這些頻段是分配給伽利略的公共規管服務。[66]然而，根據國際電信聯盟（ITU）的政策，第一個在特定頻率開始廣播的國家將擁有對該頻率的優先權，任何後續使用者在使用該頻率之前需要獲得許可，並且必須確保不幹擾原始國家的廣播。截至2009年，中國的北斗衞星似乎會在E1、E2、E5B和E6頻段開始傳輸，而歐洲的伽利略衞星之前，從而對這些頻率範圍擁有首要權利。[67]

北斗衞星系統的組成與特色

Compass-M1的發射與目的

北斗衞星系統（BDS）是我國自主研發的全球定位系統，旨在提供高精度、高可靠的定位、導航與時間同步服務。該系統由多顆衞星組成，包括地球靜止軌道（GEO）衞星、傾斜地球同步軌道（IGSO）衞星以及中地球軌道（MEO）衞星。其中，Compass-M1是一顆專門為信號測試、驗證和頻率文件的試驗衞星。這顆衞星於2007年4月14日發射升空，其主要目標是在規劃的頻率範圍內進行信號傳輸的試驗，以確保北斗系統與其他全球定位系統的兼容性和互操作性。

compass-m1 傳送訊號於三個頻段：e2、e5b、e6。於每次頻段內，專家發現兩組相位偏移為90°（正交）的相干次信號。這些信號組分進一步被稱之為「i」及「q」。據推測，「i」組分具有較短的碼長，而「q」組分則具有較長的碼長，並且更能抵抗幹擾。前者可能用於開放服務，而後者則可能用於受限服務。資料來源需求

延伸閲讀…

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北斗一號的技術特點

• 使用靜止軌道衞星，不需大量衞星。
• 服務範圍受限，但頻率為2491.75MHz。
• 發射過程分三階段，最後一顆衞星在2003年發射。

北斗一號的衞星發射和技術特點。

北斗導航系統的發展和特點

系統構成與應用

北斗導航系統（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）是由中國開發的全球定位系統，分為空間段、地面段和用户段三個部分。在2007年，官方的新華社報導稱，北斗系統的定位精度可低至0.5米。雖然當時的用户終端顯示經過校準後的精度為20米，但與GPS終端相比，北斗終端的價格仍然高達近十倍。這一價差被解釋為進口微芯片成本所致。然而，隨著技術的進步，到了2009年的中國高科技博覽會上，已經展示出了價格大幅降低至人民幣3000元的北斗終端。

系統優勢與挑戰

由於北斗導航系統使用少量的衞星進行有源定位，因此其成本較低。然而，系統在定位精度、用户容量、定位頻率次數以及隱蔽性等方面均受到限制。此外，北斗系統沒有測速功能，因此不適用於精準制導武器。在潛在的衝突中，使用北斗導航系統作為正式替代方案是必要的，而不是作為備用方案。

北斗導航系統的應用與發展

從北斗一號到北斗二號的演變

北斗一號系統的特點與成就

北斗一號系統在有限的資源下，實現了從無到有的突破，為中國的衞星導航技術打下了堅實的基礎。

北斗一號系統相較於美國GPS的四星定位，採用了更加創新的「雙星定位」方案，這使得北斗一號能夠以最小的星座、最少的投入和最短的週期，成功構建起一套屬於中國的衞星導航系統。此外，北斗一號系統還融合了部分通信衞星的功能，能夠提供實時的短報文服務，這在當時是全球導航系統中的首創。

總結

北斗導航系統的發展歷程，體現了中國科技工作者在自力更生和創新精神的驅使下，取得的舉世矚目的成就。從北斗一號的初步探索，到北斗二號的全面升級，中國的衞星導航技術逐漸走向成熟，並在國際舞台上展現出強大的競爭力。隨著北斗系統的不斷完善和擴展，它的應用前景將日益廣泛，為人們

1. BeiDou-2	COMPASS
   北斗衞星導航系統的最新版本	北斗衞星導航系統的前身

2. 北斗衞星導航系統
   一個擁有35顆衞星的導航系統	提供全球範圍的定位服務

3. 北斗衞星導航系統（BDS），前身為COMPASS，是中國的下一代衞星導航系統。該系統旨在為全球用户提供無源定位服務，其設計目標與全球定位系統（GPS）類似。根據計劃，北斗衞星導航系統將由16顆衞星組成，包括6顆靜止軌道衞星，以與使用靜止軌道衞星的北斗衞星導航試

   原文章

   改寫後的文章

   [49]The ranging signals are based on the CDMA principle and have complex structure typical of Galileo or modernized GPS. Similar to the other global navigation satellite systems (GNSSs), there are two levels of positioning service: open (public) and restricted (military). The public service is available globally to general users. When all the currently planned GNSSs are deployed, users of multi-constellation receivers will benefit from a total over 100 satellites, which will significantly improve all aspects of positioning, especially availability of the signals in so-called urban canyons.[56] The general designer of the COMPASS navigation system is Sun Jiadong, who is also the general designer of its predecessor, the original BeiDou navigation system.[citation needed] All BeiDou satellites are equipped with laser retroreflector arrays for satellite laser ranging[57] and the verification of the orbit quality.[58][59]

   [49]這些測距信號基於CDMA原理，並且具有伽利略或現代化GPS系統所特有之複雜結構。正如其他全球衞星導航系統（GNSSs）一樣，提供兩種定位服務等級：開放（公共）和受限（軍事）。公共服務在全球範圍內對一般用户可用。當目前規劃的所有GNSS皆部署完成後，使用多衞星接收器的用户將受益於總共超過100顆衞星，這將顯著提升定位的所有方面，尤其是在所謂的城市峽谷中信號的可獲得性。[56] COMPASS導航系統的總設計師是孫劍鋒，他同時也是其前身——最初版本的北斗導航系統的總設計師。[註釋需要] 所有北斗衞星都配備了激光 retroreflector 陣列，用於衞星激光測距[5 北斗導航系統 北斗導航系統（BDS）是由中國建立的全球導航衞星系統（GNSS），它提供基於衞星的位置、速度和時間信息服務。與其他GNSS系統（如GPS、GLONASS和Galileo）類似，BDS也提供了兩級服務：對所有用户免費的公開服務，以及對中國政府和軍隊限製的服務。 服務範圍 公開服務：向一般用户開放，提供基本的位置、速度和時間信息服務，具有10米左右的位置跟蹤精度和10納秒的時鐘同步準確度，速度測量精度在0.2米/秒以內。 限制服務：供中國政府和軍隊使用，提供高精度定位和通信服務，據報具有10釐米級的定位精度。 系統特點 所有北斗系統的衞星都配備了激光反射器陣列，用於衞星激光測距和軌道質量驗證。北斗系統的總設計師是孫家棟，他也是第一版北斗導航系統的總設計師。 國際認可 2019年，國際GNSS服務開始在實驗產品中提供BDS衞星的準確軌道數據。 改寫後的文章 北斗導航系統（BDS）是全球導航衞星系統（GNSS）的重要一員，它提供公開和限製兩級服務。公開服務面向所有用户，提供基本的定位、速度和時間信息，精度達10米左右。而限製服務則為中國政府及軍隊使用，提供高精度的定位和通信服務，據稱精度可達10釐米級。所有北斗衞星均配備激光反射器陣列，用於衞星激光測距和軌道質量驗證。BDS的總設計師是孫家棟，他同時也是其初代系統的設計師。2019年，國際GNSS服務開始在試驗性產品中提供BDS衞 北斗系統的頻率分配 北斗系統的頻率分配在四個頻段：E1、E2、E5B和E6；它們與伽利略有重疊。這可能會在接收器設計上帶來便利，但同時也提出了系統幹擾的問題，尤其是在E1和E2頻段，這些頻段是分配給伽利略的公共規管服務。[66]然而，根據國際電信聯盟（ITU）的政策，第一個在特定頻率開始廣播的國家將擁有對該頻率的優先權，任何後續使用者在使用該頻率之前需要獲得許可，並且必須確保不幹擾原始國家的廣播。截至2009年，中國的北斗衞星似乎會在E1、E2、E5B和E6頻段開始傳輸，而歐洲的伽利略衞星之前，從而對這些頻率範圍擁有首要權利。[67] 北斗衞星系統的組成與特色 Compass-M1的發射與目的 北斗衞星系統（BDS）是我國自主研發的全球定位系統，旨在提供高精度、高可靠的定位、導航與時間同步服務。該系統由多顆衞星組成，包括地球靜止軌道（GEO）衞星、傾斜地球同步軌道（IGSO）衞星以及中地球軌道（MEO）衞星。其中，Compass-M1是一顆專門為信號測試、驗證和頻率文件的試驗衞星。這顆衞星於2007年4月14日發射升空，其主要目標是在規劃的頻率範圍內進行信號傳輸的試驗，以確保北斗系統與其他全球定位系統的兼容性和互操作性。 compass-m1 傳送訊號於三個頻段：e2、e5b、e6。於每次頻段內，專家發現兩組相位偏移為90°（正交）的相干次信號。這些信號組分進一步被稱之為「i」及「q」。據推測，「i」組分具有較短的碼長，而「q」組分則具有較長的碼長，並且更能抵抗幹擾。前者可能用於開放服務，而後者則可能用於受限服務。資料來源需求 延伸閲讀… 足旺足體養生會館 【北斗足旺養生會館】足旺足體養生會館 探索天際：解碼北斗衞星信號的歷程 在北斗一號衞星（Compass-M1）於2007年4月14日進行的歷史性發射之後，對其傳送信號的研究隨即啟程。短短幾個月內，法國國家空間研究中心（CNES）的工程師們就揭示了這些信號的頻譜特性和結構。隨後，斯坦福大學的研究團隊更是突破性地解碼了被稱為「I」的信號組成部分。 衞星發射 2007年4月14日 首次報告頻譜 2007年6月 “I”信號解碼 2007年7月 「這一成就為我們提供了一個獨特的視角，以瞭解北斗衞星導航系統的運作方式。」- 斯坦福大學研究團隊 利用對編碼方式的瞭解，Septentrio公司的工程師們成功地設計並測試了一種能夠接收北斗信號的接收器，並對E2和E5B頻段上的「I」信號跟蹤性能和多徑效應進行了深入分析。 頻譜特性 結構分析 碼型解讀 接收器設計 跟蹤實驗 多徑效應評估 這一連串的研究成果為北斗衞星導航系統的應用開闢了新的可能性，並為全球衞星導航技術的進步做出了重要貢獻。 北斗導航系統的試運行與正式啓動 2011年12月，中國北斗導航系統進入試運行階段，向中國及附近地區免費提供導航、定位和時間數據服務。根據規劃，北斗系統在試運行期間的定位精度為25米，並隨着衞星部署的完善而逐步提高。隨著2011年底的試運行，北斗系統開始了它在全球舞台上提供高精度定位服務的征程。 試運行期間 正式啓動後 定位精度：25米 定位精度：10米以內 速度測量精度：每秒0.2米 速度測量精度：未提供 時間同步信號精度：0.02微秒 時間同步信號精度：未提供 北斗系統在試運行期間的優異表現為其後續的正式啓動奠定了堅實基礎。據悉，北斗系統在正式啓動後將提供更加精準的服務，包括定位精度達到10米以內，速度測量和時間同步信號的精度也將進一步提高。北斗系統的投入使用，不僅為中國的經濟社會發展提供了重要支撐，也為全球用户提供了可靠的定位、導航和授時服務。 北斗系統的試運行和正式啓動標誌着中國在導航技術領域的重大突破，為世界各國的衞星導航系統建設樹立了新的標杆。 在試運行階段，北斗系統的表現已經展現出了其定位 北斗試驗系統的衞星空鐘來源於瑞士，而北斗二號的星載原子鐘則開始使用中國航天科工二院203所提供的國產原子鐘。[29]北斗的衞星系統總設計師楊慧在2012年指出，北斗已全面使用國產原子鐘，其性能與進口產品相當。[30]除了科工二院203所之外，中國科學院上海天文台、中國科學院精密測量科學與技術創新研究院等多家單位也為北斗衞星提供原子鐘。 北斗系統的第三階段（BDS-3） 北斗系統的第三階段（BDS-3）包含了三顆地球同步軌道衞星（GEO）、三顆傾斜地球同步軌道衞星[3]（IGSO）和二十四顆中地球軌道衞星（MEO）。這些衞星引進了新的信號頻率，包括B1C/B1I/B1A（1575.42 MHz）、B2a/B2b（1191.79 MHz）、B3I/B3Q/B3A（1268.52 MHz），以及Bs測試頻率（2492.02 MHz）。有關這些新開放信號的接口控制文件已於2017年至2018年間發佈。[79] 楊慧，北斗衞星系統總設計師，2012年表示，北斗已全面使用國產原子鐘，其性能與進口產品相當。 衞星名稱 軌道位臵 發射日期 投入服務日期 BeiDou-2 S9 靜止軌道 2010年6月2日 2011年11月1日 BeiDou-2 S10 靜止軌道 2010年6月2日 2011年11月1日 BeiDou-2 S11 靜止軌道 2010年10月30日 2012年1月1日 BeiDou-2 S12 靜止軌道 2010年10月30日 2012年1月1日 BeiDou-2 S1 中高軌道 2012年10月25日 2013年1月1日 BeiDou-2 S2 中高軌道 2012年10月25日 2013年1月1日 BeiDou-2 S3 中高軌道 2012年11月29日 2013年1月1日 BeiDou-2 S4 中高軌道 2012年11月29日 2013年1月1日 BeiDou-2 S5 中高軌道 2012年12月10日 2013年1月1日 北斗試驗系統 瑞士進口原子鐘 北斗二號 中國航天科工 2020年6月23日，北斗三號（BDS-3）星座部署在經過最後一次衞星成功發射後，於西昌衞星發射中心宣告全面完成。這些衞星具備包括SBAS（B1C, B2a, B1A – GEO sats）在內的多種功能，同時在精確定位（B2b – GEO sats）和搜救轉發器（6 MEOSAR）方面也有突出表現。[97] 在傳統衞星管理中，保持地球軌道上衞星的正常運行，需要全球範圍內的地面站支持。然而，由於種種限制，無法在全球各地建立地面站。在此背景下，衞星之間的星間鏈路成為了必要，它允許衞星互相通信，從而實現衞星管衞星。2015年8月，兩顆北斗系統試驗衞星成功建立星間鏈路，這一里程碑事件標誌着中國在衞星通信技術領域達到了國際領先水平。[12] 北斗三號系統顯著提升了短報文通信功能，信息發送能力從之前的120個漢字提升到了1200個漢字，並且還能傳送圖片等其他類型的信息。[12] 為了提高衞星在軌運行的可靠性，北斗三號衞星採取了多項可靠性措施，使其設計壽命達到了12年，這一壽命水平在國際導航衞星中首屈一指。[12] 在太空中的任一點，一旦A、B、C三點的位置和它們與D點的距離均已知，則D點的位置可以通過三球交匯法來確定。具體地説，D點一定位於以A點為圓心的球面上，同時也在以B點和C點為圓心的球面上。因此，D點的位置是這三個球面的交點。北斗系統的試驗系統和正式系統都依賴於這一原理來進行定位。 當衞星導航系統使用有源時間測距定位技術時，用户終端通過導航衞星向地面控制中心發送一個定位請求，地面中心隨後發出測距信號，並根據信號傳播時間確定用户與兩顆衞星的距離。[98]此外，地面控制中心還有一個包含地球表面上各點到地心距離的數據庫。在用户也被認為處於這一非均勻球面的情況下，三球交匯定位的所有條件都已滿足，地面控制中心可以計算出用户的位置，並將信息傳送回用户終端。北斗的試驗系統完全基於這種技術，而後續的北斗衞