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北斗卫星导航技术研究
邓烨飞
(北京全路通信信号研究设计院有限公司,北京100073
摘要:北斗卫星导航系统是由我国自主开发的全球卫星导航系统,现在已应用到越来越多的行业。
对北斗卫星导航系统进行介绍,结合鉄路时间同步网,探讨北斗卫星导航在铁路同步网内应用的可
行性。
关鍵词:北斗;同步网;研究;铁路应用
Abstract: Beidou Navigation Satellite System (BDS)is a global satellite navigation system developed
by China and it has a growing demand. The paper introduces the Beidou Navigation Satellite System and
discusses the feasibility of applying the BDS in railway synchronization networks combining with the
railway time synchronization network
Keywords: Beidou Navigation Satellite System; synchronization network; research; railway application
DOI:10.3969/issn.1673-4410.2015.02.004
GLONASS系统运行一直不是特别的稳定可靠,因
概述
此多采用GPS/ GLONASS系统组合的接收机。
通信同步网是通信传输网及业务网步调一致
3) Galileo系统
正常工作的关键。选择先进适用的同步技术,使得
Galileo系统是以意大利著名物理学家 Galileo
同步网更好地为铁路各业务系统提供同步信号源,命名的欧洲全球卫星定位导航系统,2002年3月26
具有重要意义。在同步技术中,由于覆盖面广,精日,欧盟正式启动 Galileo系统开发计划
度高,相对成本较低的特点,卫星授时得到广泛的
Galileo系统具有以下特点: Galileo系统是第
应用。现阶段全球有如下4大卫星授时系统。
一个民用的卫星定位和导航系统, Galileo系统的数
1)GPS系统
据率高、波段更宽、频点更多,加之其他改进的修
GPS系统是美国导航卫星 NAVSTAR/GPS系正技术, Galileo系统的精度优于GPS系统。对于
统的简称,又称作全球卫星定位系统,194年全面某一特定的应用, Galileo系统定位可以达到1m,
建成后向全球范围内提供定时和定位的功能。工作这样可以更好的用于保障航空安全和其他精密应用
卫星上一般采用的是绝原子钟作为频标,其频率稳
4)北斗卫星导航系统
定度达到(1-2)E-13/d
北斗卫星导航系统( Beidou Navigation
2) GLONASS系统
Satelite_ System)是中国自主发展、独立运行的全
GLONASS是全球卫星导航系统( Global球卫星导航系统,由空间段(5颗静止轨道卫星和
Navigation Satellite System)的缩写,前苏联从30颗非静止轨道卫星)、地面段(主控站、注入站
20世纪80年代初开始建设的类似于GPS系统的和监测站等若干个地面站)和用户段(北斗用户终
卫星定位系统,现在由俄罗斯国防部维护。由于端以及与其他卫星导航系统兼容的终端)3部分组
成。北斗卫星导航定位系统是中国自主研发的卫星
导航定位系统,能够双向通信、实时导航、精密授
基金项目:中国铁路总公司科技研究开发重大课题时,广泛应用于国防、通信、经济建设等多领域中。
项目(2300-K1130004.01)
预计在2020年左右北斗卫星导航系统将覆盖全球。
铁路通信信号工程技术(RSCE)2015年4月,第12卷第2期
斗二代已发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服
2北斗卫星导航授时原理
务(5颗静止轨道卫星(GEO)、5颗倾斜地球同步轨
北斗一代卫星导航系统基于同步轨道静止卫星道卫星(IGSO)、4颗中地球轨道卫星(MEO)。北
(2颗),另外还有1颗在轨备份卫星。北斗一代利斗二代系统使用“无源定位”,能够提供自助定位和
用任意1颗卫星的任一波束即可完成高精度授时,导航服务,用户终端接收至少4颗导航卫星发射出的
不需要涉及星间切换问题。
信号,可以自行计算其空间位置,单独使用北斗二代
北斗二代卫星于2012年12月27日起正式提供即可实现获取位置坐标,进而进人位置保持模式授时。
卫星导航服务。至2012年底發盖北斗亚太区城。北
北斗一代和北斗二代的原理对比如表1所示。
表1北斗一代和北斗二代原理对比
区别
北斗一代
北斗二代
系统本身卫星少定位精度低,只能依赖GPS所提北斗二代系统使用“无源定位”,能够提供自助定位和导航服务,用
原理供的位置坐标,进入位置保持模式后,进行北斗户接收至少4颗导航卫星发射出的信号,根据时间信息可获得距离信
卫星单向授时,授时接收机同步跟踪3颗北斗一代息,根据3球交汇的原理,用户终端可以自行计算其空间位置,单独
地球静止轨道卫星进行时间的计算
使用北斗二代即可以实现获取位置坐标,进而进入位置保持模式授时
北斗、代收集600个GFS定位点后进人授时模式,与GPS授时原理一致,可自主定位。由于卫星数量多,故障概率大大
原理彼用笔向被动时機式对题CBQ卫星进行同步小在具体应用中可以优先选取GEO0?星作为事件源;并综合MEO0
的时间测量,并选取最优精度卫星作为事件源和(S0卫星的时间测景,增加了精度策略判断依据
北斗系统为中国自主知识产权的卫星导航(授
3北斗卫星导航系统的行业应用
时)系统,由于北斗授时系统运营管理由中国自主
3.1北斗的应用可行性
控制,因此安全性高于GPS等其他系统。同时北斗
1)覆盖范围
授时卫星角度较GPS系统卫星角度高,信号不易被
“北斗二号”系统其覆盖范围约东经55
遮蔽。
180°,南纬55°~北纬55°,重点区域为东经
综上所述,铁路同步网应用北斗系统技术是可
70°~145°,北纬5。~-55的大部分区域。截至行的。
2012年底,“北斗二号”系统已完成对亚太地区的3.2北斗在铁路同步网的应用
全覆盖。
1)时钟同步网
2)系统精度
铁路既有时钟同步网大部分PRC、LPR设备
目前应用的“北斗二号”系统卫星钟可达到已老化,故障较多;且卫星授时过度依赖GPS系统
50ns授时精度和1E-12量级的频率稳定度。其精维持同步,存在安全技术隐患。为了避免铁路通信
度满足YDT1012-1999《数字同步网节点时钟系列网因为失去卫星同步信号引发的风险,有必要增加
及其定时特性》中规定1级基准钟对频率稳定度的备用星源,提高同步基准源的安全性、可靠性。
要求。
新建骨干时钟同步网在通信技术中心、沈阳、
3)芯片成熟度
武汉、广州、西安、成都铁路局通信机房设置全国
北斗系统关键芯片技术含量较高,目前高集成基准时钟PRC设备,在各路局调度中心及重要节
度、低功耗、高可靠性、高稳定性的北斗终端元器点设置LPR设备。以上节点在采用内置双铷钟的
件研发生产已获得较大进展,终端芯片