北斗系统伪卫星系统组成及工作原理研究

文/张志民 周箭 杨馨

北斗系统伪卫星系统是一款由我国自主开发研制并推广实施的卫星导航定位系统，主要针对区域服务，在实际区域定位应用中发挥了重要作用。本文主要截取了伪卫星系统的组成及实际工作原理这一方面进行了深入分析，对伪卫星系统的基本组成进行了分别介绍，对其运行原理、流程进行了细致分解与明确，为深入了解伪卫星系统提供了可能。

摘 要

【关键词】北斗系统 伪卫星系统 系统组成 原理分析

1 伪卫星系统整体介绍及构成分析

随着经济的发展，国与国之间竞争不断加剧，科技作为竞争的重要方面，在提高综合国力，提高民族竞争力方面发挥了重要作用。随着航空事业的不断发展，卫星、火箭的成功发射，导航成为新的科技关注点。在该背景下，产生了新型的卫星导航系统——伪卫星导航定位系统。其定位更加精准，信号更加清晰，时钟控制更加同步，在我国的交通运输、航空发展、地质测绘、军事防御等方面发挥了重要作用，为我国下一阶段的卫星导航技术升级改造提供了参考与借鉴，以其独特的优势在科技舞台上大放光芒。

目前使用的伪卫星系统由三大主设备组成，分别为伪卫星主基站、伪卫星从属基站及伪卫星用户机。用户机主要负责接收北斗定位系统所获取的卫星信号与伪卫星信号。伪卫星基站分为多种类型，常见的有地面固定、车载、机载。同样，用户机也针对服务领域的不同分为地面、海域、航空等多种情况。

2 伪卫星系统的实际运行分析

首先由伪卫星系统的主基站接收到北斗定位系统所获取的相关卫星信号与伪卫星信号，从而确定对应的卫星时间基准，利用卫星时间基准对伪卫星主站进行高精度时钟的同步，主站的时间经过无线传输发送到伪卫星从属站上，借助该时间信号实现主基站、从基站及北斗系统卫星时间的同步，从属站的时间与主基站的时间是一致的。一般来说，伪卫星基站与从站的位置事先已经进行了准确的定位，根据事先已经预测好的时间及位置信息，伪卫星主站与从站完成的星历通过伪码形式对外进行广播，用户机对对外传播的伪卫星及卫星的信号进行接收，用类似于GPS 的方式对自身的位置进行精确计算。总体说来，北斗系统定位原理与定位方程上与普通的GPS 没有明显差别。

2.1 伪卫星系统基站组成及实际工作原理分析

我们先来说一下伪卫星的基站。一般来说系统的基站分为两种：主基站与从基站。基站由几部分组成，最主要的有天线、射频的接收发射模块系统、信号及处理模块、数据处理器及电源模块。除了主要的设备还有相应的辅助设置。两大站点类型存在明显的区别：主站是接收机，具有北斗定位系统，从站构造设计相对简单，没有北斗定位系统。其次主站配备时间基准信号的产生与发射通道，从站只具备时间基准信号的接收通道，没有产生通道。除了差别，二者也存在共性，最明显的是两者都具有定位信号的发射通道。

2.2 伪卫星系统主站基本构成及实际工作原理分析

在伪卫星系统中最为关键与主要的部件当属主站。主站是保证用户机的精度定位，并与基站发展的时钟信息同步。为了最大限度保持时间的同步，伪卫星系统主站选用的是主从式的构成结构。时间同步对于伪卫星运行来说至关重要，其实实现伪卫星对北斗系统反应增强的前提与基础，是一切定位工作的关键。目前使用中的主站由恒温晶振差生系统基准时钟，具有极高的稳定性。北斗系统进行对时的依据就是其所产生的基准时钟。伪卫星主站的时钟一般通过系统本身所具有的时统功能实现。一般是由北斗导航定位系统授时机在相应的刺激下产生脉冲信号，同步产生脉冲信号的还有伪卫星主站的原子钟。两大信号同时进入到数据处理系统中，对信号进行对比处理，从而计算出准确的时间间隔，进而获取原子钟相位的调整数值，借助输出的调整数值进行调整，最终保证伪卫星主站时钟与北斗定位系统的时钟保持一致。伪卫星主站时钟借助频率合成器会分化产生两路不同的载频信号，其中一路时钟信息从调制器辐射到伪卫星从站，另一路则经过基带产生电路，经由调制器与功放设色器到达用户机。

2.3 伪卫星系统从站组成及工作原理分析

在伪卫星系统中来自主站的同步信号与信息主要由从站接收。接收前要经过一系列的处理。首先来自主站的信号需要经过低噪声前置放大器设置，然后进行混频，经过中放、解调处理，获取最终的时钟信息。一般来说与主站同步的时钟信号要经过频率合成器与基带信号形成电路，借助调制器的解调功能，将信号数据最终发射到指定的用户机上。

3 结语

北斗系统是针对我国特有国情及卫星导航定位发展现状而设计的兼具实用性与可操作性的卫星导航定位系统。其优点主要体现为快速导航定位、双向简短信息输出及授时同步的三大方面，在国际定位系统中位居前列。本文针对北斗系统伪卫星系统进行了研究与分析，明确了其基本组成与实际工作原理，为我国今后的导航技术升级改良提供了参考与借鉴。

参考文献

[1] 叶红军. 伪卫星远近效应分析与研究[J].无线电工程,2010(06).

[2] 毛振华, 战兴群, 徐洪亮. 低成本单频伪卫星基带/ 中频设计与实现[J]. 计算机测量与控制,2010(04).

[3] 刘栩之, 战兴群. 简单伪卫星系统的原理及构建[J]. 信息技术,2008(05).

[4] 赵静, 曹冲.GNSS 系统及其技术的发展研究[J]. 全球定位系统,2008(05).

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