从古人跋山涉水的旅行|北斗系统我为你骄傲从古人跋山涉水的旅行

【从古人跋山涉水的旅行|北斗系统我为你骄傲】从古人跋山涉水的旅行，到商队穿越荒漠或密林;从郑和下西洋的壮举，到新大陆的发现;从飞机跨越大洲飞行，到随时随地获取位置信息等，导航都发挥了至关重要的作用。
20世纪末，美国开始运行著名的全球定位系统（GPS），俄罗斯建成了格洛纳斯系统（GLONASS），它们都实现了实时的定位、测速、授时服务，定位精度可达几米到十几米。之后，我国的北斗卫星导航系统（BDS）也开始登上历史舞台，成为全球导航卫星系统（GNSS）俱乐部的闪亮之星。
北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。

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北斗导航卫星独具特色，分为有源服务和无源服务两种技术体制。
所谓无源定位体制，是指用户机不需要发射信号，只需要接收信号就能完成定位的系统工作机制。
我们先来看一个关于定位的故事：海盗把宝藏埋在一座无人岛的地下。多年后他再次登上小岛，根据方位、沙滩、岩石等地貌特征找到了三棵树。然后在其中两棵树之间画一条直线，从第三棵树出发画一条该直线的垂线。最终，他在两条线的交点处挖出了宝藏。在这个故事里，海盗和他的宝藏相当于用户机，三棵树相当于导航卫星，小岛相当于地面站。
北斗导航系统的这个定位原理称为“三球定位法” 。用户机测得自身到第一颗卫星的距离，于是明确了它位于以第一颗卫星为球心、以该距离为半径的球面上。靠同样方法，用户机又获知自身位于以第二颗卫星为球心的另一球面上，并进一步知道自身位于这两个球面的相交圆上。用户机还获知自身位于以第三颗卫星为球心的第三个球面上，并进一步知道自身位于第三个球面和相交圆的两个交点上。其中一个交点位于外太空，一个交点位于地球附近，后一个交点的位置就是用户机的位置，至此用户机就完成了定位。
授时与我们的学习、工作和生活密不可分。比如，人们需要通过对表使手表的读数更加准确，这就是一种授時。举个例子，街上的人们调整机械手表的时针、分针和秒针，使它们分别与城市座钟的时针、分针和秒针保持一致。城市座钟虽然比个人手表精准，但长时间工作后指针也会出现一些误差，需要靠钟表匠根据其它钟表的时间或天文时间进行修正。在这个场景里，机械手表就相当于用户机（用户段），城市座钟相当于卫星（空间段），钟表匠和工具相当于地面站（地面段）。

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怎么测得北斗卫星到用户机的距离呢？办法是卫星向用户机发出导航信号，用户机测得信号传播的时间，再乘以光速，就得到了二者的距离。用户接收卫星发来的导航信号，同时从自带的时钟上读出信号接收的时刻，将其减去发射时刻就是信号传播的时间了。
如何得到卫星导航信号的发射时刻呢？卫星导航信号承载了一些信息和符号，它们的作用类似于城市座钟的时针、分针、秒针，可以让用户机获知信号的发射时刻。城市座钟的指针精度是1秒，而卫星导航信号的发射时刻精度要高得多，不大于1纳秒（1秒的十亿分之一）。就拿海盗的例子来说，海盗必须知道三颗树的位置才能找到宝藏，同样，用户机必须知道卫星在信号发射时刻的位置才能定出自身位置。地面站能够测量并计算出北斗卫星的位置坐标，然后转换成星历参数发送给卫星。星历参数随卫星导航信号发送给用户机，用户机就能计算出卫星位置。地面站还能够克服卫星时钟与北斗导航系统时钟之间的差异，生成卫星时钟修正参数发送给卫星，就像钟表匠修正城市座钟那样。用户机从导航信号中获取并利用这些修正参数，得到更为精确的卫星信号发射时刻。