北斗系列：从一号到三号如何传承并升级？

据中国卫星导航系统管理办公室消息，6月16日推迟执行的北斗三号最后一颗全球组网卫星发射任务相关技术问题已排除，任务重新启动，将于6月23日择机发射。目前，执行任务的长征三号乙运载火箭已完成加注前的全部测试工作，功能、性能满足任务要求，常规推进剂加注已顺利完成。

那么，三代北斗到底是怎么组成的？它们都有什么特点？在东南大学交通学院教授、东南大学交通学院“北斗卫星导航定位”科研团队负责人高成发的公开课上，就对此有过很详细的解答。高成发介绍，我国的北斗卫星导航定位系统是分三步走的：第一代的试验验证系统、第二代的区域导航定位系统和第三代的全球导航定位系统。

北斗一代

1994年，我国就开始了北斗一代的攻关研究。

2000年，我国开始发射北斗试验卫星。2003年初步建成了北斗卫星导航定位试验系统，北斗一代具有基本的定位、授时和短报文通信功能，服务区域为东经70度-140度，北纬5度-55度，定位精度优于100米。

北斗一代的特点，首次是定位时间速度很快。用户定位、电文通信、位置报告等一般只需要几秒钟。而GPS首次定位速度则需要1-3分钟。

二是定位、授时和通讯融为一体，解决了何人、何时、何处的相关问题。

三是授时精度比较高，能达到20纳秒的双向授时精度。

四是可分类保障，可划分使用等级范围，授权用户与公开用户分开，并可随时进行定位保障等级的调整、优先权调配和能力集成。

在应用方面，北斗则拥有GPS不具备的短报文通信功能，典型应用主要集中在数据采集、监控类的应用和监控、指挥调度类的应用，这样能充分发挥北斗的通讯优势。

比较有代表性的事件，是2008年汶川地震抗震救灾期间，北斗发挥了显著作用，因此该系统在灾害应急救援方面获得了各方的高度重视和认可，而北斗一代的主要用户则是政府、行业用户、军方等。

确实，北斗一代其实民用较少，因为其采用有源定位体制，导致终端价格高、保密性能相对不足、定位精度与GPS相比具有明显差距。

北斗一代属于主动定位服务，所有用户的终端的位置计算都在地面控制中心站完成，因此控制中心就可以保留全部北斗终端用户的位置及时间信息。

所以，北斗一代的优势有投资少，组建快，有短报文通信等特点。但也存在明显不足和差距，即用户隐蔽性能差，无测高和测速功能，用户数量受到限制，用户设备体积过大。

北斗二代

在北斗一代基础上，形成了北斗二代区域导航定位系统，它由14颗卫星组成，地面站32个，2012年12月开始应用。

北斗二代覆盖亚太地区，服务区域为南北纬55度，东经55度-180度的区域。

北斗二代是由5颗地球同步轨道卫星（轨道高度为35786公里）、5颗倾斜地球同步轨道卫星（轨道高度35786公里，倾角55度）、4颗中圆地球轨道卫星（轨道高度21528公里，倾角55度）组成。

它的特定是实现了亚太区域覆盖，并且采用无源定位导航体制，该系统有3个频点对民用开放，并继承了北斗一代短报文通讯功能，扩充了通信容量。

同时，北斗二代采用分层的星座布设方案和组网方案，还充分考虑了和其它导航系统的兼容性问题。

北斗二代亚太地区可见卫星数在7颗以上，图形强度PDOP（位置精度强弱度）一般小于5，伪距观测值测量的精度为33厘米，载波相位测量精度为3毫米，伪距单点定位精度优于6米。

这一代北斗区域卫星导航系统已经具备双频RTK（Real - time kinematic，实时动态）定位能力，其定位精度与GPS基本相当。并且，北斗与GPS载波相位差分定位时，相对于单一GPS系统，组合定位精度可提高20%以上。

北斗三代

2017年开始，北斗三代全球导航定位系统开始发射卫星。2018年完成了一带一路国家的覆盖。到2020年，实现全球覆盖。

北斗三代由30颗卫星组成，其中3颗静止卫星和27颗非静止卫星。

分别为：3颗地球同步轨道卫星（轨道高度为35786公里）、3颗倾斜地球同步轨道卫星（轨道高度35786公里，倾角55度）、24颗中圆地球轨道卫星（轨道高度21528公里，倾角55度）。

同时，地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星除参加定位观测外，还可用于发射北斗三代、GPS、GALILEO广域差分增强信息和完好性信息，差分伪距定位精度可达1米以内。

与北斗二代不同，北斗三代和GPS是有共同频率的。

因此北斗三代的五个基本服务就是——基本导航服务、短报文通讯服务、星基增强服务、国际搜救服务和精密单点定位服务。

北斗的优势

1、北斗分阶段实施，由试验系统全区域（亚太地区）覆盖转向全球覆盖

2、北斗具有全系统三频民用信号，并采用类似GPS等系统的无源定位导航体制

3、短报文通讯功能，北斗三代有1200个汉字的通信容量

4、北斗采用高中轨分层的布设方案

5、北斗具有星间链路系统，用于卫星轨道之间的自校正