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知识篇从五个维度讲述卫星导航系统的基本概念，包括导航技

术的发展简史、全球卫星导航的标杆——美国的 GPS、全球卫星导

航系统 (GNSS）、北斗系统的前世今生、北斗卫星导航工程。技术篇

从五个维度讲述卫星导航系统的工作原理和性能，包括卫星导航系

统工作原理、导航接收机工作原理、卫星导航系统性能指标、卫星

导航系统对抗措施、卫星导航增强系统。应用篇从六个维度讲述北

斗卫星导航系统的应用模式，包括北斗系统服务类型、定位服务、

导航服务、授时服务、短报文通信与数据传输服务、北斗系统应用

公众关注热点。发展篇给出卫星导航系统的四个发展方向，包括组

合导航、低轨导航与低轨导航增强系统、综合 PNT 与微 PNT、卫星

导航系统与通信系统融合。各篇内容相对***，相信可以让更多的

用户、科研和管理人员系统地理解卫星导航系统内涵，推进北斗卫

星导航及其增强系统的规模化、产业化和国际化应用。

篇　知 识 篇

导航技术的发展简史

1. 什么是定位？什么是导航？什么是授时？ / 6

2. 古代的人们靠什么导航？ / 11

3. 导航技术的发展历史是怎样的？ / 15

4. 陆基无线电导航系统主要有哪些？ / 17

5. 卫星导航系统的发展历史是怎样的？ / 19

6. 卫星导航系统有哪些局限性？ / 32

全球卫星导航的标杆—— 美国的 GPS

1. 世界个全球卫星导航系统是哪个？ / 38

2. 为什么说 Bradford Parkinson 是卫星导航系统之父？ / 43

3. 美国为什么要启动 GPS 现代化计划？ / 48

全球卫星导航系统（GNSS）

1. 什么是全球卫星导航系统？ / 55

2. 全球卫星导航系统的工作原理是什么？ / 60

3. 北斗系统和 GPS 播发的导航***一样吗？ / 67

4. 什么是 GNSS 兼容互操作技术？ / 71

5. 什么是卫星导航系统的增强系统？ / 79

目 录

章第二章第三章

II

 导航中国

——北斗导航知识问答

北斗系统的前世今生

1. 北斗系统的“三步走”战略是什么？ / 84

2. 北斗系统共发射了多少颗卫星？ / 93

3. 如果一颗北斗卫星失效，会影响系统运行吗？ / 96

4. 既然有 GPS，且对全球民用服务***，为什么我国还要

建设自己的北斗系统？ / 101

5. 北斗一号卫星导航系统的特点是什么？ / 105

6. 北斗二号卫星导航系统的特点是什么？ / 111

7. 北斗三号卫星导航系统的特点是什么？ / 114

8. 同 GPS 相比，北斗系统有哪些优势？ / 124

北斗卫星导航工程

1. 北斗系统由哪些部分组成？ / 127

2. 导航卫星由哪些部分组成？ / 133

3. 导航卫星轨道设计需要考虑哪些因素？ / 137

4. 北斗系统为什么要选择混合轨道星座设计？ / 142

5. 北斗系统是军用系统还是民用系统？ / 145

6. 卫星导航系统民用和军用有什么区别？ / 148

7. 什么是北斗系统的时间和空间基准？ / 150

第二篇　技 术 篇

卫星导航系统工作原理

1. 卫星导航系统无线电导航业务（RNSS）的工作原理是什么？ / 157

2. 北斗系统无源定位与有源定位的区别是什么？ / 164

3. 卫星导航系统为什么要规定坐标框架和时间基准？ / 165

4. 北斗卫星播发的导航***中含有哪些信息？ / 170

第四章第五章第六章

目　录

III

导航接收机工作原理

1. 北斗接收机由哪些部件组成？ / 176

2. 接收机是怎么计算出用户位置的？ / 183

3. 用户接收机的典型实现方案是什么？ / 188

4. 支持北斗系统的手机有哪些？ / 194

5. 如何区分北斗接收机硬件产品性能优劣？ / 197

6. 为什么北斗接收机有时工作会不稳定？ / 198

7. 北斗系统如何实现短报文通信服务？ / 203

8. 接收北斗***的典型芯片有哪些？ / 206

9. 全球卫星导航系统兼容互操作是什么意思？ / 214

卫星导航系统性能指标

1. 卫星导航系统关键性能指标有哪些？ / 221

2. 卫星导航系统的误差有哪些？ / 230

3. 卫星导航系统的安全性如何？存在哪些薄弱环节？ / 233

卫星导航系统对抗措施

1. 美国 GPS 为什么制定选择可用性（SA）措施，为什么又主

动放弃了，还会重启吗？ / 243

2. 美国 GPS 反电子欺骗（AS）技术主要包括哪些内容？ / 247

3. 美国为什么要提出导航战？ / 250

4. 卫星导航系统的授时战是什么意思？ / 259

5. 卫星导航系统综合 PNT 体系是什么概念？ / 262

卫星导航增强系统

1. 为什么要建设卫星导航星基增强系统？ / 267

2. 卫星导航系统的增强系统有哪些种类？ / 272

3. 什么是卫星导航系统的差分改正系统？ / 275

4. 卫星导航系统连续运行参考站的工作原理是什么？ / 279

5. 北斗系统的星基增强系统（BD***AS）性能如何？ / 288

第七章第八章第九章第十章

IV

 导航中国

——北斗导航知识问答

6. 什么是卫星导航系统的地基增强系统（GBAS）？ / 294

7. 什么是卫星导航系统的机载增强系统（ABAS）？ / 300

8. 什么是低轨卫星导航系统？ / 302

9. 什么是卫星导航系统的低轨增强系统？ / 312

第三篇　应 用 篇

北斗系统服务类型

1. 北斗系统提供哪些服务？ / 319

2. 北斗系统定位导航和授时服务是否收费？ / 328

定位服务

1. 如何利用北斗系统进行大地测量和地籍测量？ / 330

2. 北斗系统如何助力珠峰高度测量？ / 333

3. 北斗系统如何实现地质灾害预测？ / 339

4. 2020 年武汉新冠疫情阻击战中，北斗系统发挥了什么作用？ / 342

5. 北斗系统在路桥施工中有什么作用？ / 344

6. 北斗系统如何为老人儿童提供安全保障服务？ / 347

7. 北斗系统如何促进精准农业发展？ / 349

8. 卫星导航技术在野化放归大熊猫时是如何发挥作用的？ / 353

9. 智慧城市中北斗系统如何发挥作用？ / 356

10. 北斗系统在物流运输管理中如何发挥作用？ / 358

导航服务

1. 什么是动态交通导航？ / 359

2. 北斗系统如何在车辆导航中应用？ / 361

3. 北斗系统如何支持农机导航？ / 364

4. 北斗系统如何监控铁路运营？ / 368

5. 如何利用北斗系统确认船舶方向、位置、航速和时间？ / 372

6. 如何利用北斗系统实现民航飞机导航服务？ / 375

第十一章

第

十二章

第

十三章

目　录

V

7. 空间中的卫星如何利用北斗系统确定轨道位置？ / 377

8. 北斗系统如何为无人机提供服务？ / 379

授时服务

1. 北斗系统如何为通信系统提供时间同步服务？ / 381

2. 北斗系统如何为电力系统提供时间同步服务？ / 385

3. 北斗系统如何为金融网络提供时间同步服务？ / 392

4. 授时战的内涵是什么？ / 397

短报文通信与数据传输服务

1. 北斗系统的短报文通信服务是什么？ / 399

2. 发生紧急事件时，如何利用北斗系统传递信息？ / 401

北斗系统应用公众关注热点

1. 在日常生活中，北斗系统与我们有什么关系？ / 404

2. 北斗系统可以应用于军事对抗吗？ / 407

3. 北斗系统“”知多少？ / 408

4. 北斗系统在全世界任何地点都能提供服务吗？ / 411

5. 怎样知道自己的手机是否支持北斗系统导航？ / 413

第四篇　发 展 篇

组合导航

1. 什么是组合导航系统？ / 421

2. 北斗系统与惯导系统如何组合？ / 424

3. 北斗系统与视觉导航系统如何组合？ / 428

第

十四章

第

十五章

第

十

六

章

第

十

七

章

VI

 导航中国

——北斗导航知识问答

低轨导航与低轨导航增强系统

1. 低轨导航系统的工作原理是什么？ / 430

2. 目前国内外有多少低轨导航系统？ / 432

3. 低轨导航增强系统的工作原理是什么？ / 435

4. 目前国内外有多少低轨导航增强系统？ / 439

综合 PNT 与微 PNT

1. 什么是综合 PNT 体系？ / 441

2. 什么是微 PNT 系统？ / 447

3. 什么是弹性导航系统？ / 451

卫星导航系统与通信系统融合

1. 铱星对 GPS 增强的原理是什么？ / 454

2. 铱星 STL ***如何提供***定位和授时服务？ / 457

3. 北斗系统如何与通信系统融合？ / 460

4. 一代卫星导航系统的特点是什么？ / 469

5. 北斗全球组网之后，接下来的规划是什么？ / 474

国外全球导航系统进展

1. 美国 GPS 提升战时抗干扰能力的计划是什么？ / 476

2. *** GLONASS 现代化进展如何？ / 481

3. 欧洲为什么要建设 Galileo 卫星导航系统，其进展如何？ / 484

刘天雄，博士，中国空间技术研究院研究员。

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前言

夜空深邃，斗转星移。北斗七星自古就作为一个时空基准用来

定方向、辨四季、定时辰。《晋书·天文志》说北斗七星在太微北，

枢为天，璇为地，玑为人，权为时，衡为音，开阳为律，瑶光为星。

我们的祖先利用北斗七星来确定北极星的方位，再通过观测北极星

辨别方向，汉乐府有诗云：“玉衡指孟冬，众星何历历。”所以我

国卫星导航系统以“北斗”命名。昔有指南针，今有北斗卫星导航

系统（以下简称北斗系统），这是中华民族创新智慧的跨时空接力。

北斗系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建

设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、

高精度的定位、导航和授时以及短报文通信服务的国家重要时空基

础设施。北斗系统的功能说起来很复杂，但对我们普通人来说，其

实就是指引我们到达想去的地方。唐代诗人杜甫在《秋兴八首》一

诗中给出了生动的描绘：“夔府孤城落日斜，每依北斗望京华。”

唐代诗人杜牧在《清明》一诗中给出了形象的画面：“借问酒家

何处有，牧童遥指杏花村。”北斗系统就是那个可爱的充满活力的

牧童。

北斗系统是***中央决策实施的国家重大科技工程，是我国迄今

为止规模、覆盖范围广、服务性能、与百姓生活关联

紧密的巨型复杂航天系统。作为我国自主创新的结晶，北斗系统的

前 言

发展浓缩着我国科技创新的非凡之路。

从 1994 年北斗一号工程立项开始，到 2020 年 6 月 23 日北斗

三号后一颗全球组网卫星完成部署，26 年，44 次发射，中国先后

将 4 颗北斗一号卫星，20 颗北斗二号卫星，35 颗北斗三号卫星送入

太空，完成了全球组网。在北斗系统研制建设过程中，形成了符合

国情的“三步走”发展战略。面对缺乏频率资源、没有自己的原子

钟和芯片等难关，广大科技人员集智攻关，首获占“频”之胜、攻

克无“钟”之困、消除缺“芯”之忧、破解布“站”之难，走出一

条自主创新的发展道路。

2000 年，我国建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012 年，

建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020 年，建成北斗三号

系统，向全球提供服务。北斗系统具有以下特点：一是空间段采用

三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比，高轨卫

星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区其性能优势更为明显；

二是提供多个频点的导航***，能够通过多频***组合使用等方式

提高服务精度；三是创新融合了导航与通信功能，具备定位导航授时、

星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多

种服务能力。

2020 年 7 月 31 日，***总书记出席北斗三号全球卫星导航

系统建成暨开通仪式，宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。

此后，北斗系统提升质量、拓展应用、面向全球、深化合作，不断

推动系统健康、稳定、快速发展。经全球连续监测评估系统实时测

试表明，北斗三号全球卫星导航系统连续稳定运行，服务性能稳中

有升。北斗系统性能指标先进，全球范围实测定位精度水平方向优

于 2.5 m，垂直方向优于 5.0 m，测速精度优于 0.2 m/s，授时精度优

于 20 ns，系统连续性指标提升至 99.998%。北斗三号全球卫星导航

系统正在高可靠、高质量运行，在多个方面取得重要成绩。

仰望星空，北斗璀璨。脚踏实地，行稳致远。

北斗系统历经 26 载，北斗系统工程总师杨长风院士曾将北斗卫

星导航系统比喻为“五千万工程”，即调动千军万马、历经千难万

险、付出千辛万苦、走进千家万户、造福千秋万代。“中国北斗，

服务全球”，这是北斗系统不变的初心，更是时代赋予北斗系统的

历史使命。北斗系统秉承“中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗”

发展理念，践行“自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越”的

北斗精神，为经济社会发展提供重要时空信息保障，是中国实施改

革开放 40 余年来取得的重要成就之一，是中华人民***国成立 70

余年来重大科技成就之一，是中国贡献给世界的全球公共服务产品。

中国愿与世界各国共享北斗系统建设发展成果，促进全球卫星导航

事业蓬勃发展，为服务全球、造福人类贡献中国智慧和力量。

展望未来，征途漫漫。

计划到 2035 年，以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加

融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。

***总书记指出：“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航

天强国，是我们不懈追求的航天梦。”今年是***成立 100

周年，恰逢中国航天事业创建 65 周年。在***中央的亲切关怀和坚强

领导下，中国航天有力支撑了国防能力提升和国民经济建设。北斗

系统的建设实践，走出了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全

球服务的中国特色发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式。

斗转星移，北斗前进的脚步没有停止，创新发展的精神也不会停歇。

北斗系统能否发展壮大并赢得国内外市场，取决于用户对北斗

卫星导航系统的认识。为了让更多的用户、科研和管理人员能够快

速、全面地了解卫星导航系统内涵，更好地认识和用好北斗卫星导

航系统，我们组织编写了本书。全书分为知识篇、技术篇、应用篇、

发展篇四个部分，从卫星导航系统是什么、怎么干、干什么到未来

怎么发展，全面系统地讲述了卫星导航系统知识。

知识篇从五个维度讲述卫星导航系统的基本概念，包括导航技

术的发展简史、全球卫星导航的标杆——美国的 GPS、全球卫星导

航系统 (GNSS）、北斗系统的前世今生、北斗卫星导航工程。技术篇

从五个维度讲述卫星导航系统的工作原理和性能，包括卫星导航系

统工作原理、导航接收机工作原理、卫星导航系统性能指标、卫星

导航系统对抗措施、卫星导航增强系统。应用篇从六个维度讲述北

斗卫星导航系统的应用模式，包括北斗系统服务类型、定位服务、

导航服务、授时服务、短报文通信与数据传输服务、北斗系统应用

公众关注热点。发展篇给出卫星导航系统的四个发展方向，包括组

合导航、低轨导航与低轨导航增强系统、综合 PNT 与微 PNT、卫星

导航系统与通信系统融合。各篇内容相对***，相信可以让更多的

用户、科研和管理人员系统地理解卫星导航系统内涵，推进北斗卫

星导航及其增强系统的规模化、产业化和国际化应用。

在本书成稿过程中，得到了相关专家的指导和帮助。中国空间

技术研究院总体部皇甫松涛高工，遥感部崔勇军高工，通导部董海

青研究员、申杨赫高工编写了知识篇部分内容；中国空间技术研究

院通导部聂欣研究员、总体部徐峰高工、航天工程研究所陈雷高工

编写了技术篇部分内容；中国空间技术研究院通导部常希诺高工、

康成斌研究员、刘庆军高工，总体部徐峰高工，遥感部刘彬高工编

写了应用篇部分内容；中国空间技术研究院通导部张弓高工、张建

军高工，中国空间技术研究院航天恒星科技有限公司云岗地面站刘

天惠工程师编写了发展篇部分内容。在此，感谢大家对本书所作出

的努力！

卫星导航系统涉及多个学科的专业知识，相关工作随着我国北

斗卫星导航系统的建设而发展，限于作者专业水平，工作之余成稿

时间仓促，难免存在不妥与疏漏之处，敬请读者批评指正。

刘天雄

二○二一年国庆节于北京

书籍介绍

知识篇从五个维度讲述卫星导航系统的基本概念，包括导航技术的发展简史、全球卫星导航的标杆——美国的 GPS、全球卫星导航系统 (GNSS）、北斗系统的前世今生、北斗卫星导航工程。技术篇从五个维度讲述卫星导航系统的工作原理和性能，包括卫星导航系统工作原理、导航接收机工作原理、卫星导航系统性能指标、卫星导航系统对抗措施、卫星导航增强系统。应用篇从六个维度讲述北斗卫星导航系统的应用模式，包括北斗系统服务类型、定位服务、导航服务、授时服务、短报文通信与数据传输服务、北斗系统应用公众关注热点。发展篇给出卫星导航系统的四个发展方向，包括组合导航、低轨导航与低轨导航增强系统、综合 PNT 与微 PNT、卫星导航系统与通信系统融合。各篇内容相对***，相信可以让更多的用户、科研和管理人员系统地理解卫星导航系统内涵，推进北斗卫星导航及其增强系统的规模化、产业化和国际化应用。