2024年4月18日发(作者：)
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北斗卫星导航系统常识简介
一、北斗卫星导航系统现状
中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，
BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统
（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟
的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯
GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在
全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导
航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位
和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳
秒。
北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星（又称24小时轨道，
指轨道平面与赤道平面重合，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中
的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，
故这种轨道又称为静止卫星轨道。一般用作通讯、气象等方面）和
30颗非静止轨道卫星组成，2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地
区，2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，
截止2016年10月已成功发射16颗北斗导航卫星。
2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之
后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。北斗导航系统是覆
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盖中国本土的区域导航系统，覆盖范围东经约70°-140°，北纬5°
-55°。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。该系统已成功应用
于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共
安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008
年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。
北斗产业应用前景广阔，预计到2020年，仅北斗卫星导航市场将
达到年产值4000亿元人民币，年复合增长率达到40%以上。”中国科
学院院士、中国工程院院士、著名测量与遥感学家李德仁介绍说
二、卫星定位原理
北斗卫星导航系统35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固
定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可
以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知，在接收机对卫星观测中，我们可得到
卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，
就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的
时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟
差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到
观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫
星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后
通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
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卫星定位实施的是“到达时间差”（时延）的概念：利用每一颗
卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫
星至接收机的到达时间差。
卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供接收
机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发
送信号的时刻延迟，通常称之为时延，因此，也可以通过时延来确定
距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间
同步，接收机便能测定时延；将时延乘上光速，便能得到距离。
每颗卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位
置和系统时间，而全球监测站网保持连续跟踪。[13]
三、卫星导航原理
卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收
机的时间之差，称为伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏
差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号
的影响，使得民用的定位精度只有数十米量级。为提高定位精度，普
遍采用差分定位技术（如DGPS、DGNSS），建立地面基准站 (差分台)
进行卫星观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从
而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观
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测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表
明，利用差分定位技术，定位精度可提高到米级。
四、定位精度
中国北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽
利略之后的全球第四大卫星导航系统。定位效果分析是导航系统性能
评估的重要内容。此前，由于受地域限制，对北斗全球大范围的定位
效果分析只能通过仿真手段。
由武汉大学测绘学院和中国南极测绘研究中心杜玉军、王泽民等
科研人员进行的这项研究，在2011—2012年中国第28次南极科学考
察期间，沿途大范围采集了北斗和GPS连续实测数据，跨度北至中国
天津，南至南极内陆昆仑站。同时还采集了中国南极中山站的静态观
测数据。为对比分析不同区域静态定位效果，在武汉也进行了静态观
测。科研人员利用严谨的分析研究方法，从信噪比、多路径、可见卫
星数、精度因子、定位精度等多个方面，对比分析了北斗和GPS在航
线上不同区域、尤其是在远洋及南极地区不同运动状态下的定位效果。
结果表明，北斗系统信号质量总体上与GPS相当。在45度以内的
中低纬地区，北斗动态定位精度与GPS相当，水平和高程方向分别可
达10米和20米左右；北斗静态定位水平方向精度为米级，也与GPS
相当，高程方向10米左右，较GPS略差；在中高纬度地区，由于北
斗可见卫星数较少、卫星分布较差，定位精度较差或无法定位。
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“现阶段的北斗已经实现区域定位，但还不具备全球定位能力，
北斗与GPS在定位效果上的差异，主要是由卫星数量和分布造成的。”
武汉大学中国南极测绘研究中心副主任王泽民教授说（研究数据采集
时北斗系统在轨卫星数为11颗）。
五、系统功能
1、短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户
可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。可以达到一次传送达120
个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。
2、精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供
20ns-100ns时间同步精度。
3、定位精度：水平精度100米（1σ），设立标校站之后为20
米（类似差分状态）。工作频率：2491.75MHz。
4、系统容纳的最大用户数：540000户/小时。
产业配套
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北斗芯片
2012年12月27日，国家正式宣布北斗卫星导航系统试运行启动，
标志着中国自主卫星导航产业发展进入崭新的发展阶段。其中，卫星
导航专用ASIC硬件结合国产应用处理器的方案，成为北斗卫星导航
芯片一项重大突破。该处理器由中国本土IC设计公司研发，具有完
全自主知识产权并已实现规模应用，一举打破了电子终端产品行业普
遍采用国外处理器局面。
卫星导航终端中采用的导航基带及射频芯片，是技术含量及附加
值最高的环节，直接影响到整个产业的发展。在导航基带中，一般通
过导航专用ASIC硬件电路结合应用处理器的方案来实现。此前的应
用处理器多选用国外公司ARM处理器芯片核，需向国外支付IP核使
用许可费用的同时，技术还受制于人，无法彻底解决产业安全及保密
安全问题。
而通过设立重大专项应用推广与产业化项目等方式，北斗多模导
航基带及射频芯片国产化现已实现，中国人自己的应用处理器也在北
斗多模导航芯片中得到规模应用。
BD/GPS多模基带芯片解决方案中，卫星导航专用ASIC硬件结合
国产应用处理器打造出了一颗真正意义的“中国芯”。该应用处理器
为国内完全自主开发的CPU/DSP核，包括指令集、编译器等软件工具
链以及所有关键技术，均拥有100%的中国自主知识产权。其拥有国
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际领先水平的多线程处理器架构，可共享很多硬件资源，并在提供相
当多核处理器处理能力的同时，节省芯片成本。
而基于该国产处理器卫星导航芯片方案的模块，是全球体积最小
的BD/GPS双模模块，具有定位精度高、启动时间快及功耗低等特点。
与单纯的北斗芯片厂商相比，手机芯片厂商对终端定位有着更深
刻的理解，包括：基站辅助卫星定位技术、多种定位方案的融合、定
位芯片与应用处理器或基带处理器的集成等。积极扶持国内手机芯片
厂商进入北斗芯片研发领域，并积极研发综合定位解决方案，壮大完
善北斗产业链。鼓励国内手机芯片厂商开展与北斗芯片厂商的多样化
合作，共同推进手机终端北斗定位技术的应用。[15]
检测认证
2012年8月3日，解放军总参谋部与国家认证认可监督管理委员
会在北京举行战略合作协议签约仪式。中国将用3年时间建立起一个
“法规配套、标准统一、布局合理、军民结合”的“北斗”导航检测
认证体系，以期全面提升“北斗”导航定位产品的核心竞争力，确保
“北斗”导航系统运行安全。
北斗导航系统
“北斗”导航定位系统已经有11颗卫星在轨运行，拥有12万军
民用户。到2020年前，“北斗”导航定位系统卫星数量将达到30颗
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以上，导航定位范围也将由区域拓展到全球，其设计性能将与美国第
三代GPS导航定位系统相当。
随着“北斗”导航定位系统的建设发展，“北斗”导航应用即将
迎来“规模化、社会化、产业化、国际化”的重大历史机遇，也提出
了新的要求。按照军地双方签署的协议，中国将在2015年前完成“北
斗”导航产品标准、民用服务资质等法规体系建设，形成权威、统一
的标准体系。同时在北京建设1个国家级检测中心，在全国按区域建
设7个区域级授权检测中心，加快推动“北斗”导航检测认证进入国
家认证认可体系，相关检测标准进入国家标准系列。
建立起“北斗”导航检测认证体系，既是“北斗”系统坚持军民
融合式发展的具体举措，也对创建“北斗”品牌，加速推进“北斗”
产品的产业化、标准化起到重要作用。
市场应用
国际应用
2013年5月22日至23日，国务院总理李克强访问巴基斯坦期间，
中巴双方签署有关北斗系统在巴使用的合作协议。日前，巴基斯坦媒
体报道，中国北京北斗星通导航技术股份有限公司将斥资数千万美元，
在巴基斯坦建立地面站网，强化北斗系统的定位精确度。
其次，全国政协副主席、中国科学技术部部长万钢日前透露，2013
年将中国在东盟各国合作建设北斗系统地面站网。而根据中国卫星导
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航定位协会最新预测数据，到2015年，中国卫星导航与位置服务产
业产值将超过2250亿元，至2020年则将超过4000亿元。
2014年7月26日，来自泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、
柬埔寨、老挝、朝鲜、巴基斯坦等八个国家的19名学员代表赴武汉
中国光谷北斗基地，参观学习中国最新的北斗技术。他们是由中国科
技部国家遥感中心主办的“2014北斗技术与应用国际培训班”的学
员，均为各国卫星导航、遥感、地理信息系统、空间探测相关专业或
从事相关管理工作的高级人员。活动为东盟及亚洲地区国家提供了以
北斗卫星导航系统为主的空间信息技术培训，使中国北斗科技加快进
入东盟及亚洲国家。[16]
国内示范
2014年11月，国家发展改革委批复2014年北斗卫星导航产业区
域重大应用示范发展专项，成都市、绵阳市等入选国家首批北斗卫星
导航产业区域重大应用示范城市。[17]
标准制订
北斗接收机国际通用数据标准的制修订是北斗全球应用和产业发
展的基础性工作之一，与卫星导航接收机密切相关的RTCM差分系列
标准、RINEX接收机交换数据格式、NMEA接收机导航定位数据接口等
通用数据标准几乎是世界上所有卫星导航接收机都必须遵守的通用
标准。然而，全球有多个全球卫星导航系统（GNSS）接收设备技术标
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准制定组织，参与其中的中国企业和机构却寥寥无几。例如，成立于
1947年的国际海事无线电技术委员会（RTCM）目前有130多个成员，
却只有2家中国企业成员。成立于1957年的美国国家海洋电子协会
（NMEA），535个成员中只有1家中国企业成员。对于正式提供服务
近两年的北斗系统而言，参与国际标准的建设任重而道远。[18]
全国北斗卫星导航标准化技术委员会于2014年成立，15项北斗
应用基础标准正在制定中，部分关键标准计划在今年底对外发布。届
时，北斗系统将完成北斗产业链中标准规范关键环节的布局，北斗应
用也将进入标准化、规范化以及通用化的快车道。[18]
在国际方面，在中国民航局、交通部海事局、工信部科技司等部
门指导下，依托中国航天标准化研究所、北京航空航天大学、交通部
水运科学研究院、工信部电信研究院、武汉导航与位置服务工业技术
研究院等科研院所，先后启动了北斗系统进入国际民航、海事、移动
通信、接收机通用数据标准等国际标准工作。经过各方协作和配合，
北斗国际标准工作捷报频传。国际民航组织（ICAO）同意北斗系统逐
步进入ICAO标准框架；国际海事组织（IMO）批准发布了《船载北斗
接收机设备性能标准》，实现了北斗国际标准的‘零’突破，完成了
北斗系统作为全球无线电导航系统(WWRNS)重要组成部分的技术认可
工作，有望在今年底成为第三个被IMO认可的WWRNS；第三代移动通
信标准化伙伴项目(3GPP)支持北斗定位业务的技术标准已获得通过。
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北斗已经开启了走向国际民航、国际海事、国际移动通信等高端应用
领域的破冰之旅。[18]
2014年9月8日至9日，国际海事无线电技术委员会第104专业
委员会（RTCM SC-104）全体会议在美国佛罗里达州坦帕市会议中心
召开，来自Trimble、Novatel、Geo++、USCG（美国海岸警卫队）等
全球20多个GNSS高精度知名企业（机构）和重要用户单位的30多
位专家代表与会。武汉导航与位置服务工业技术研究院和上海司南卫
星导航技术有限公司组团参加，圆满完成各项既定任务。[18]
RTCM SC-104主要负责差分全球卫星导航系统（DGNSS）系列推荐
标准的制修订，以及参与接收机自主交换格式（RINEX）、接收机导
航定位数据输出接口协议（NMEA-0183）等国际通用数据标准的制修
订工作。该委员会由全球从事卫星导航设备生产、技术研发、系统服
务的知名企业机构成员组成，下设GLONASS 、Galileo、RINEX、NMEA、
BDS等工作组。武汉导航院为BDS工作组主席单位，北斗专项应用推
广与产业化专家组专家韩绍伟博士任BDS工作组主席。[18]
会上，武汉导航院韩绍伟博士代表BDS工作组，向委员会全体会
议汇报了对BDS NH码的处理方法，澄清了对NH码实现过程中因符号
规则理解差异造成的差分解算失效、接收机无法兼容等问题，给出了
解决方案并获得委员会一致通过。该问题的解决打消了国际社会对
BDS高精度可靠应用的疑虑，对促进北斗高精度全球应用具有重要作
用。另外，韩绍伟博士代表BDS工作组就BDS导航电文数据组识别符
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的研究进展向委员会全体会议进行了汇报，对其组成、产生、判别方
法等进行了探讨，该识别符是BDS实现可靠实时差分应用的重要因素，
也是北斗进入RTCM差分标准的关键参数。BDS工作组将就该问题继
续与有关各方深入合作，寻求最终解决方案。[18]
最后，BDS工作组提议2015年5月11-12日在中国西安召开RTCM
SC104全体会议，并邀请专家参加2015年5月13-15日在中国西安
召开的第六届中国卫星导航学术年会（CSNC2015），该提议获得委员
会成员的通过。这是中国首次获得RTCM SC104全体会议主办权，标
志着以中国企业为主体推动北斗加入 RTCM 、RINEX、NMEA等国际通
用数据标准工作得到国际认可，显示了国际社会对北斗高精度全球应
用的期待和信心，必将有助于加速北斗进入系列国际通用数据标准工
作。[18]
北斗卫星发射列表
发
卫星
发射时间 火箭 卫星编号
类型 地
点
2000年10月31日
2000年12月21日
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射
北斗-1A
北斗-1B
北斗
1号
西
昌
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2003年5月25日
2007年2月3日
长征
北斗-1C
北斗-1D
2007年4月14日0
三号
4时11分
甲
第一颗北斗导航卫星（M
1）
第二颗北斗导航卫星（G
2009年4月15日
2）
长征
第三颗北斗导航卫星（G
2010年1月17日 三号
1）
丙
第四颗北斗导航卫星（G
2010年6月2日
3）
北斗
长征
2010年8月1日05
三号
时30分
甲
长征
2010年11月1日0
三号
0时26分
丙
2010年12月18日
04时20分
2011年4月10日0
4时47分
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第五颗北斗导航卫星（I
1）
2号
第六颗北斗导航卫星（G
4）
第七颗北斗导航卫星（I
长征
三号
甲
第八颗北斗导航卫星（I
3）
2）
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2011年7月27日0
5时44分
2011年12月2日0
5时07分
长征
2012年2月25日0
三号
时12分
丙
长征
2012年4月30日4
三号
时50分
乙
长征
2012年9月19日3
三号
时10分
乙
长征
2012年10月25日
三号
23时33分
丙
长征
2015年3月30日2
三号
1时52分
丙
2015年7月25日2
0时29分
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第九颗北斗导航卫星（I
4）
第十颗北斗导航卫星（I
5）
第十一颗北斗导航卫星
第十二、第十三颗北斗导
航系统组网卫星（“一箭
双星”）
第十四、十五颗北斗导航
系统组网卫星“一箭双
星”[3] ）
第十六颗北斗导航卫星
[4]
第十七颗北斗导航卫星
[5]
长征
三号
第十八、第十九颗北斗导
航卫星[6-7]
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乙
长征
2015年9月30日7
三号
时13分
乙
长征
2016年2月1日15
三号
时29分
丙
长征
2016年3月30日4
三号
时11分
甲
长征
2016年6月12日2
三号
3时30分
丙
发射日
期
2000.1
0.31
2000.1
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第二十颗北斗导航卫星
[8]
第二十一颗北斗导航卫
星[9]
第二十二颗北斗导航卫
星[10]
第二十三颗北斗导航卫
星[11]
发射火
卫星
箭
CZ-3A Y
5
CZ-3A Y
北斗-
1A
北斗-废弃卫星轨道
废弃卫星轨道
轨道类别
运行状
况
停止工
作
停止工
备
注
北
斗
一
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2.21
2003.5.
25
2007.2.
3
2007.4.
14
2009.4.
15
2010.1.
17
2010.6.
2
2010.8.
1
2010.1
1.1
2010.1
2.18
2011.4.
10
文案大全
6
CZ-3A Y
7
CZ-3A Y
12
CZ-3A Y
13
CZ-3C Y
3
CZ-3C Y
2
CZ-3C Y
4
CZ-3A Y
16
CZ-3C Y
5
CZ-3A Y
18
CZ-3A Y
19
1B
北斗-
1C
北斗-
1D
北斗-
M1
北斗-
G2
北斗-
G1
北斗-
G3
北斗-
I1
北斗-
G4
北斗-
I2
北斗-
I3
倾斜地球同步轨道倾
角55°
地球静止轨道 160°
E
倾斜地球同步轨道
倾角55°
倾斜地球同步轨道
倾角55°
35594 x 36036 km
漂移
地球静止轨道 140°
E
地球静止轨道 85.
3°E
废弃卫星轨道
作
正常
号
失效
中地球轨道~21500km 正常，测
试星
失效
正常
地球静止轨道 84°E 正常
北
斗
正常
二
号
正常
正常
正常
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2011.7.
27
2011.1
2.2
2012.2.
25
2012.4.
30
2012.4.
30
2012.9.
19
2012.9.
19
2012.1
0.25
CZ-3A Y
17
CZ-3A Y
23
CZ-3C Y
6
CZ-3B Y
14
CZ-3B Y
14
CZ-3B Y
15
CZ-3B Y
15
北斗-
I4
北斗-
I5
北斗-
G5
北斗-
M3
北斗-
M4
北斗-
M5
北斗-
M6
倾斜地球同步轨道
倾角55°
倾斜地球同步轨道
倾角55°
地球静止轨道 58.
5°E
正常
正常
正常
中地球轨道~21500km 正常
中地球轨道~21332km 正常
中地球轨道~21332km 正常
中地球轨道~21332km 正常
CZ-3C Y 北斗-
G6
地球静止轨道 110.
5°E
正常
星座构成
北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止
轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止
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轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，
中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀
分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在
西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分
别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°
的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。
序
卫星
号
长征
北斗-
1
M1 4月14日
甲
长征
北斗-
2
G2 4月15日
丙
长征
北斗-
3
G1 1月17日
丙
长征
北斗-
4
G3 6月02日
丙
5 北斗-2010年0长征
里，倾角1.3°
倾斜地球同步轨道，使用IG
2010年0
三号6°E，高度35809公
中
里，倾角1.6°
地球静止轨道110.
使用
G3
2010年0
三号0°E，高度35807公
中
倾角2.2°
地球静止轨道140.
使用
G1
用
2009年0
三号道，高度36027公里，未使G2
有误差的地球静止轨
2007年0
三号
559公里，倾角56.8°
使用
失控
中地球轨道，高度21
星未M1
发射日期 火箭 运行轨道
状况
试验
态
使用状
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IGSO1 8月01日 三号
甲
长征
北斗-
6
G4 1月01日
丙
长征
北斗-
7
IGSO2 2月18日
甲
长征
北斗-
8
IGSO3 4月10日
甲
长征
北斗-
9
IGSO4 7月27日
甲
长征
北斗-
10
IGSO5 2月02日
甲
长征
北斗-
11
G5 2月25日
丙
12 北斗-
文案大全
高度35916公里，倾
角54.6°
地球静止轨道160.
中 SO
1
2010年1
三号0°E，高度35815公
里，倾角0.6°
倾斜地球同步轨道，
使用
G4
中
IG
使用
SO
中
2
IG
使用
SO
中
3
IG
使用
SO
中
4
IG
使用
SO
中
5
2010年1
三号高度35883公里， 倾
角54.8°
倾斜地球同步轨道，
高度35911公里， 倾
角55.9°
倾斜地球同步轨道，
高度35879公里， 倾
角54.9°
倾斜地球同步轨道，
高度35880公里， 倾
角54.9°
地球静止轨道58.7°
2011年0
三号
2011年0
三号
2011年1
三号
2012年0
三号E，高度35801公里，
倾角1.4°
中地球轨道，高度21
使用
G5
中
2012年0长征使用M3
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M3 4月30日 三号
乙
长征
607公里，倾角55.3° 中
北斗-
13
M4
2012年0
三号
4月30日
乙
长征
中地球轨道，高度21使用
M4
617公里，倾角55.2° 中
中地球轨道 ，高度2
使用
1597公里，倾角55.
中
0°
M5
北斗-
14
M5
2012年0
三号
9月19日
乙
长征
北斗-
15
M6
2012年0
三号
9月19日
乙
长征
中地球轨道，高度21使用
M6
576公里，倾角55.1° 中
地球静止轨道80.2°
使用
E，高度35803公里，
中
倾角1.7°
G6
北斗-
16
G6
2012年1
三号
0月25日
丙
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