北斗與IRNSS區域衛星導航系統性能分析

羅偉　魯小強　胡緒健

摘 要：隨著電子信息技術和衛星通信技術的不斷發展，衛星導航定位技術也不斷發展和完善，當今全球已經發展較為成熟的GPS、GLONASS、GALILEO和BDS系統已經成為GNSS主要服務提供商，印度IRNSS衛星導航系統也正在建設當中，本文在介紹中國BDS系統和印度IRNSS衛星導航系統的基礎上，從發展規劃、星座布局、定位性能及發展現狀對兩大系統進行對比分析，并對兩大系統未來的發展趨勢進行介紹。

關鍵詞：BDS系統；IRNSS系統；區域導航

隨著衛星導航技術的不斷發展，全球各大衛星導航定位系統的發展也日臻成熟，衛星導航系統的民用化將為人們的日常生活帶來便利，而我國的北斗衛星導航系統（BDS）在2012年底正式對外提供區域導航定位服務后，不僅結束了美國GPS全球定位系統在國內衛星導航市場的壟斷地位，更為我國國民經濟發展提供便利，也將使用戶獲得更為安全可信的衛星導航服務，具有極其重要的戰略意義。印度作為亞洲的一個重要國家，憑借其強大的科研實力，計劃并組建了自己的衛星導航定位系統IRNSS系統，作為區域衛星導航系統，IRNSS系統建成后將為印度及其周邊地區提供高精度的導航及授時服務。本文就中國BDS系統與印度IRNSS系統進行介紹，并對兩大系統的定位性能和發展現狀進行分析介紹。

1 中國BDS衛星導航定位系統

為了打破美國GPS系統的壟斷地位，也為了更好的保障國家安全和經濟安全，我國自主建立了北斗衛星導航定位系統，致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，于2012年底正式提供區域服務。

北斗衛星導航系統空間段計劃有35顆衛星組成，其中5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括各種類型的北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。

我國的北斗衛星導航定位系統的三大功能是：實現快速定位、進行簡短通信，以及精密授時。

第一，快速定位。迅速確定用戶所處的地理位置，并為用戶和相關管理機構提供導航。具有水平定位精度為100m，差分定位的精度在20m以內。定位的響應時間為：1類用戶為5秒；2類用戶為2秒；3類用戶為1秒。最短定位進行更新的時間在1秒以內。一次性定位的成功率達到95%。

第二，簡短通信。我國的北斗導航系統能夠使用戶之間和用戶同位于地面的控制中心間進行雙向的數字報文通信，用戶在被核準后可利用連續傳送方式進行傳輸多達120個漢字的信息。

第三，精密授時。我國的北斗導航系統可進行單向與雙向這兩種授時，按照精度要求的不同，用戶可運用定時終端實現同導航系統間的時間與頻率的同步，時間的同步精度：單向授時為100ns，雙向授時為20ns。

北斗區域導航系統提供開放服務和授權服務兩種類型服務方式，開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，定位精度達到水平10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。授權服務使為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。

2 印度IRNSS衛星導航定位系統

印度政府2006年5月正式批準印度區域衛星導航系統（IRNSS）項目，預計耗資160億盧比（約3.5億美元）印度區域衛星導航系統IRNSS計劃于2012年建成，目的是為印度全境及周邊地區提供定位、導航和授時服務（PNT）。

2.1 IRNSS系統星座布局

IRNSS星座由7顆衛星組成，其中3顆GEO（Geostationary Orbit）衛星、4顆IGSO（Inclined Geo-synchronous Orbit）衛星。國際電信聯盟WRC-03會議通過了印度政府對星座中各衛星軌位的申請，3顆GEO衛星分別定點于東經34°、83°和132°，4顆IGSO衛星處于兩個軌道面上，星下點軌跡形成兩個“8”字形，軌道傾角為29°，交點地理經度分別為東經55°和111°。設計星座覆蓋范圍為東經40°～140°和緯度±40°之間，可以為用戶發播單頻和雙頻導航信號，其標準服務定位精度在印度洋范圍優于20米，在印度本土優于10米。

印度空間局（ISRO）在GAGAN系統基礎上，加緊研制印度獨立自主的區域衛星導航系統-IRNSS。該系統可以不依靠GPS為印度領土用戶提供獨立的導航定位服務。IRNSS空間衛星全時段可見，實時為用戶廣播衛星鐘差改正數、電離層誤差改正數和相應的完好性信息。系統可提供標準定位服務（SPS）、精密定位服務（PPS）和政府特許用戶（RS）服務。

2.2 IRNSS系統發展規劃

根據印度IRNSS的組網計劃，IRNSS的組網工作分為兩大步驟，第一步是發射地球同步衛星組成覆蓋印度全境的“區域衛星導航系統”，印度空間研究組織計劃于2013年至2015年，發射7顆國產地球同步軌道導航衛星，其中在南北極上空各發射兩顆衛星，在地球赤道上方發射三顆導航衛星，從而實現全天候覆蓋印度及其周邊的較為精確的衛星定位、導航和授時服務。第二步計劃在2015年前后初步建成國產IRNSS系統后，再發射約10顆導航衛星，最終形成印度全球衛星定位系統。

2.3 IRNSS系統發展現狀

印度于當地時間2013年7月1日發射了印度區域衛星導航系統的第一顆導航衛星IRNSS-1A，這顆衛星重量約為1.425噸，設計使用壽命為10年，是IRNSS系統7顆在軌衛星中的首顆，根據印度空間局的設計方案，IRNSS完成組網后，將能為印度及其周邊1500公里范圍內的用戶提供精確定位、導航及授時服務。與美國的GPS系統一樣，IRNSS建成后也將提供兩種類型的服務，即標準服務和限制服務。前者將公開提供給所有用戶，而后者則是針對授權用戶的加密服務。

由于印度距離地球赤道比較近，其受地磁環境影響比較嚴重，建立精確實時的電離層模型和對流層模型技術比較困難，所以目前以及未來電離層、對流層模型的實時精確化研究將是印度衛星導航系統發展的關鍵技術之一。

3 未來發展趨勢

我國的BDS衛星導航系統目前已經完成區域系統的組網運行，為亞太地區提供實時導航定位及授時服務，并計劃在2020年建成全球衛星導航定位系統，提供全方位、高精度的導航定位、報文通信及精密授時服務。屆時將在衛星導航領域具備更強的競爭力。

我國的BDS系統在2012年底正式開通服務以來，為用戶提供了高精度的導航定位、短報文通信以及授時服務，北斗系統的應用已經深入拓展到各個行業領域，突破了國外先進技術的壟斷，占據了國內導航定位應用領域一定的市場份額，為我國的經濟建設、國防建設及搶險救災等發揮了重要作用，可以預見的是，到2020年北斗全球衛星導航系統建成后，必將帶來更大的經濟效益和社會效益。

印度IRNSS衛星導航系統雖然起步較晚，但其利用目前發展較為成熟的衛星導航定位技術，建立滿足其需求的區域導航定位系統，該系統目前處于衛星組網階段，按照印度太空研究組織的計劃，IRNSS系統于2015年組網完成后，將具備全天候、高精度的自主導航能力，同時避免了對美國GPS系統的依賴，并且經過星座的擴充調整，可以進一步發展為覆蓋全球的衛星導航定位系統。

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