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自古以來由于人類生存生活的需要，人們一直在探索研究導航定位的方式方法。從傳說中黃帝戰蚩尤時用的指南車，到中國四大發明之一的司南；由1730年T.戈弗雷與John. Halley發明八分儀，至20世紀70年代美國研制新一代空間衛星定位GPS的產生，人類從未放棄過對導航定位系統的探求。近年來，繼美國GPS與俄羅斯GLONASS之后，我國也自行研發了第三個成熟的衛星導航系統——北斗衛星導航系統CNSS。

目前，北斗衛星系統已經對東南亞實現全覆蓋。中國科技部2013年4月份表示，老撾和文萊將通過研究與合作協議初步采用該導航系統。3月底，泰國和中國簽署了類似協議，泰國成為中國國產導航系統的首個海外顧客。

北斗衛星導航系統除在國防軍事中的重要應用外，該系統已成功應用于測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產生顯著的經濟效益和社會效益。本文就對該系統應用在測繪行業進行淺析。

1.北斗衛星導航系統綜述

北斗衛星導航系統〔BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System〕是我國自主研發、獨立運行的擁有自主知識產權的區域性有源三維衛星定位與通信系統，簡稱CNSS，該系統是一種集測量技術、定位技術、數字通訊和擴頻技術為一體的全天候區域性衛星導航、定位、通信系統。是繼美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛星導航系統。北斗衛星導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務。

2.北斗衛星導航系統組成及原理

2.1系統組成
北斗衛星導航系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星；地面端包括主控制站、注入站和監測站等若干地面站；用戶端則由北斗用戶端以及與美國GPS、俄羅斯GALILEO、歐洲GALILEO等其他衛星導航系統兼容的終端組成。

中國此前已成功發射四顆北斗導航試驗衛星和十六顆北斗導航衛星（其中，北斗—1A已經結束任務），將在系統組網和試驗基礎上，逐步擴展為全球衛星導航系統。
　　
2.2系統原理
北斗衛星導航系統的工作原理是：先由地面端的中心控制系統同時向衛星I號和衛星II號發射詢問信號，經過衛星轉發器對服務區內的所有用戶進行信號廣播。終端用戶在響應其中一顆衛星的詢問信號的同時向兩顆衛星發送回應信號，信號經衛星轉發回中心控制系統。中心控制系統接受并解調終端用戶發來的信號，然后對用戶申請內容進行數據處理。對定位申請，中心控制系統測出兩個時間延遲數據。通過對數據處理，中心控制系統可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經加密由出站信號發送給用戶。
　　
3.北斗衛星導航系統與國外衛星導航系統比較
與國外衛星導航系統比較。俄羅斯的GLONASS系統由于前蘇聯解體時期造成研發維護經費不足，目前無論是實用性和前景都不理想；而歐洲的GALILEO目前仍然處于試驗研發階段，也并非是成熟的導航系統。因此這里只將普及率最高的美國在20世紀70年代的GPS與北斗衛星導航系統做一比較：

　?。?）覆蓋范圍：目前北斗衛星導航系統是覆蓋中國本土及周邊的區域導航系統。覆蓋范圍約為東京70°～140°，北緯5°～55°。而GPS的信號是覆蓋全球的。

　　（2）衛星數量和軌道特性：北斗衛星導航系統是在地球赤道平面上設置2顆地球同步衛星，衛星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設置24顆衛星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。GPS導航衛星軌道為準同步軌道，繞地球一周11小時58分。

　　（3）定位原理：北斗導航系統是主動式雙向測距二維導航系統。通過地面中心控制系統解算，供給用戶三維定位數據。GPS是被動式偽碼單向測距三維導航，由用戶設備獨立解算自己的三維定位數據。

　　（4）定位精度：目前北斗衛星導航系統三維定位精度約為幾十米，授時精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25-100m提高到12m，授時精度目前約20ns。

　?。?）用戶容量：北斗導航系統由于是主動雙向測距的詢問——應答式系統，終端用戶設備與地球同步衛星之間不但需要接收地面中心控制系統的詢問信號，還要求終端用戶設備向同步衛星發射應答信號，所以系統的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和終端用戶的響應頻率。因此北斗導航系統的終端用戶設備容量是有限的。GPS是單向測距系統，用戶設備只要接收導航衛星發出的導航電文便可進行測距定位，所以GPS的用戶設備容量是無限的。綜上所述，北斗衛星導航系統同時具備通訊和定位功能；覆蓋中國及周邊國家和地區，全天候服務，無通信盲區；特別適合集團用戶大范圍監控與管理，以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用；自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。

4.北斗衛星導航系統在測繪中的應用

北斗衛星導航系統（COMPASS）提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。開放服務是在服務區免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10m，授時精度為50ns，測速精度0.2m/s。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。由于自主研發、擁有獨立知識產權，北斗導航系統用于工程測量中，不但會受到他國人為技術性干擾，更為測量成果的保密性和安全性提供保障。

目前已經有基于北斗衛星的偽衛星定位系統及其測量方法，系統通過偽衛星主站與北斗衛星高精確時間同步，從而修正偽衛星從站的鐘差，用戶機不僅可以在中國北斗系統中實現主動定位，而且可以接收偽衛星信號構成多星定位。
北斗衛星導航系統將廣泛用于中小比例尺測繪，靜、動態測量數據采集，非高精度工程放樣，水文地質測繪，礦山變形觀測，災后全天候測繪等幾乎涵蓋所有范疇的測繪工程。

5.北斗衛星導航系統在測繪中的實例分析

以陵水縣國營嶺門農場1：1000比例尺地形測量項目為例，針對測區內具體情況，采用RTK升級三星系統新儀器進行測量。
　　
嶺門農場測區屬于丘陵地區，測區內植被以檳榔和橡膠為主，部分為丟荒作物園地。因為作業時間為是5月份，植被枝葉茂密，隱蔽度大，使用RTK作業受影響太大。
　　
項目采用海南平面坐標系，國家85高程基準。作業過程中，測區內的林地因為RTK周邊信號弱、采集數據慢、接收精度低，故利用三星系統新技術直接施測，直接獲取海南平面坐標系和85高程成果。測區采用這種方法，在一些低洼地、橡膠園地、山谷等信號較弱地帶，新三星系統對比RTK舊系統，信號強度明顯強于舊系統，基本都能收到固定解，接受精度都能達到測量要求標準。按此方法對90%測區面積進行了觀測，其他10%由于信號強度確實達不到測繪要求，結合了全站儀進行觀測。

6.結束語

作為我國自主研發、擁有完全知識產權的新一代全天候衛星導航系統，在2008年南方的冰凍災害、北京奧運會、四川汶川的抗震救災以及青海玉樹的抗震救災中發揮了巨大的作用。隨著該系統不斷地完善，定位精度的不斷提高，北斗衛星導航系統將取締GPS成為國內普及率最高的全天候衛星導航系統，在測繪工程中發揮重要作用。

文章來源：北斗時空