北斗导航模块_北斗导航系统的应用及定位原理

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前言

提示：本篇以SKYLAB北斗多模定位模块，北斗三号定位模块，L1+L5双频北斗模块为切入点：http://www.skylab.com.cn/products-2.html

北斗系统已由导航定位服务升级为时空信息服务，不断催生北斗应用新业态，特别是与 5G、互联网 +、人工智能等新兴技术融合应用，与新基建、共享经济等方向深度交叉。尤其，在打造智能交通、智慧能源、智慧农业及水利、智能制造、智慧教育等数字化应用场景等方面，卫星导航与位置服务产业已发挥出重要的时空赋能作用，加快推动了产业数字化，为我国数字经济的发展赋予强大的生命力。

以新基建、交通、能源、水利等为代表的现代基础设施体系建设对北斗应用的需求持续释放，北斗在智能交通、智慧能源、智慧农业及水利、智能制造等领域的应用所形成的数字化场景，正在不断形成新的细分市场，进一步扩大了我国卫星导航与位置服务的总体市场规模。

一、北斗系统概述

北斗卫星导航系统（简称北斗系统）是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，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，是继 GPS、GLONASS 之后，第三个成熟的卫星导航系统，也是国家实施“一带一路”建设的重要支撑，北斗系统也走出一条从无到有、从有到优、从有源到无源、从区域到全球的中国特色卫星导航系统建设道路。

目前，北斗系统提供导航定位和通信数传两大类，以及面向不同区域提供七种服务不同的服务。北斗系统面向全球范围提供定位导航授时、全球短报文通信、国家搜救三种服务，其中无源定位、导航、授时服务均免费，而面向亚太地区提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信四种服务。

1.1 空间段

北斗三号标称空间星座由 3 颗地球静止轨道（GEO）卫星、3 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和 24 颗中圆地球轨道（MEO）卫星组成。GEO 卫星轨道高度 35786千米，分别定点于东经 80 度、110.5 度和 140 度；IGSO 卫星轨道高度 35786 千米，轨道倾角 55 度；MEO 卫星轨道高度 21528 千米，轨道倾角 55 度，分布于 Walker24/3/1星座。系统视情部署在轨备份卫星。

1.2 地面控制段

地面控制段负责系统导航任务的运行控制，主要由主控站、时间同步/注入站、监测站等组成。
主控站是北斗系统的运行控制中心，主要任务包括：
a）收集各时间同步/注入站、监测站的导航信号监测数据，进行数据处理，生成并注入导航电文等；
b）负责任务规划与调度和系统运行管理与控制；
c）负责星地时间观测比对；
d）卫星有效载荷监测和异常情况分析等。
时间同步/注入站主要负责完成星地时间同步测量，向卫星注入导航电文参数。
监测站对卫星导航信号进行连续监测，为主控站提供实时观测数据。

1.3 用户段

各种类型的北斗用户终端。

1.4 坐标系统

北斗系统采用北斗坐标系（BDCS）。BDCS 的定义符合国际地球自转参考系服务（IERS）规范，采用 2000 中国大地坐标系（CGCS2000）的参考椭球参数，对准于最新的国际地球参考框架（ITRF），每年更新一次。
坐标系统的详细定义可参见北斗系统公开服务信号接口控制文件。

1.5 时间系统

北斗系统的时间基准为北斗时（BDT）。BDT 采用国际单位制（SI）秒，不闰秒，起始历元为 2006 年 1 月 1 日协调世界时（UTC）00 时 00 分 00 秒。BDT 通过 UTC（NTSC）与国际 UTC 建立联系，BDT 与 UTC 的偏差保持在 50 纳秒以内（模 1 秒）。BDT 与 UTC 之间的闰秒信息在导航电文中播报。

二、北斗系统定位导航授时服务

北斗系统服务性能优异、功能强大，可提供多种服务，满足用户多样化需求。其中，向全球用户提供定位导航授时、国际搜救、全球短报文通信等三种全球服务；向亚太地区提供区域短报文通信、星基增强、精密单点定位、地基增强等四种区域服务。

2.1 服务概述

RNSS 服务通过北斗系统空间星座中卫星的 B1C、B2a、B2b 和 B1I、B3I 信号提供，用户通过该服务可确定自己的位置、速度和时间。主要性能指标包括空间信号精度、连续性和可用性，定位、测速、授时精度和服务可用性等。
目前，RNSS 服务由北斗二号和北斗三号星座联合提供。

2.2 服务区

北斗系统可以向全球范围地球表面及其向空中扩展 1000 千米高度的近地区域的用户提供 RNSS 服务。

2.3 北斗信号频段

RNSS 服务的 5 个空间信号分别为：
a）B1C 信号：中心频率为 1575.42MHz，带宽为 32.736MHz，包含数据分量B1C_data 和导频分量 B1C_pilot。数据分量采用二进制偏移载波（BOC（1，1））调制；导频分量采用正交复用二进制偏移载波（QMBOC（6，1，4/33））调制，极化方式为右旋圆极化（RHCP）；
b）B2a 信号：中心频率为 1176.45MHz，带宽为 20.46MHz，包含数据分量B2a_data 和导频分量 B2a_pilot，数据分量和导频分量均采用二进制相移键控（BPSK（10））调制，极化方式为 RHCP；
c）B2b 信号：该信号利用 I 支路提供 RNSS 服务，中心频率为 1207.14MHz，带宽为 20.46MHz，采用 BPSK（10）调制，极化方式为 RHCP；
d）B1I 信号：中心频率为 1561.098MHz，带宽为 4.092MHz，采用 BPSK 调制，极化方式为 RHCP；
e）B3I 信号：中心频率为 1268.52MHz；带宽为 20.46MHz，采用 BPSK 调制，极化方式为 RHCP。

2.4 北斗导航电文类型及信息

RNSS 服务的 5 个空间信号所采用的导航电文类型分别为：
B1C 信号导航电文采用 B-CNAV1 电文格式，导航信息帧格式详细参见 BDS-SISICD-B1C-1.0 的规定。
B2a 信号导航电文采用 B-CNAV2 电文格式，导航信息帧格式详细参见 BDS-SISICD-B2a-1.0 的规定。
B2b 信号导航电文采用 B-CNAV3 电文格式，导航信息帧格式详细参见 BDS-SISICD-B2b-1.0 的规定。
B1I 和 B3I 信号的导航电文分为 D1 电文格式和 D2 电文格式。所有 MEO/IGSO 卫星
的 B1I 和 B3I 信号播发 D1 导航电文，所有 GEO 卫星的 B1I 和 B3I 信号播发 D2 导航电文。
导航信息帧格式详细参见 BDS-SIS-ICD-B1I-3.0 和 BDS-SIS-ICD-B3I-1.0 的规定。

导航电文主要包含：
a）卫星星历参数，更新周期 1 小时；
b）卫星钟差参数，更新周期 1 小时；
c）群延迟时间改正（TGD），更新周期 2 小时；
d）电离层延迟改正参数，更新周期 2 小时；
e）卫星健康状态，根据卫星及空间信号当前状态实时更新；
f）完好性参数，根据卫星及空间信号当前状态实时更新；
g）BDT-UTC 时间同步参数，更新周期小于 24 小时；
h）星座状况（历书信息），更新周期小于 7 天。

三、北斗导航系统市场规模

北斗系统已由导航定位服务升级为时空信息服务，不断催生北斗应用新业态，特别是与 5G、互联网 +、人工智能等新兴技术融合应用，与新基建、共享经济等方向深度交叉。尤其，在打造智能交通、智慧能源、智慧农业及水利、智能制造、智慧教育等数字化应用场景等方面，卫星导航与位置服务产业已发挥出重要的时空赋能作用，加快推动了产业数字化，为我国数字经济的发展赋予强大的生命力。

北斗的应用市场主要可以分为行业应用、大众消费和特殊应用三大市场。每个应用市场上有众多的应用领域，针对每个应用领域又可以再细化出具体的应用场景。

北斗系统在行业应用市场中拥有丰富应用场景，并且由于各方都在持续推进北斗应用，因此部分细分领域的北斗应用比例已接近 100%，如在电力调控、管理信息领域全面应用北斗授时信号、频率同步骨干网全部接收北斗授频、电力行业车辆全部安装北斗车载终端等方面，同时，在自动驾驶、智能航运等先导应用方面已经开始启动试点。以下将针对部分发展较为成熟、规模较大的北斗系统应用领域做简单的介绍。

3.1、智慧交通

卫星导航定位模组作为基础产品，是终端产品实现定位导航的前提条件。作为北斗系统最大的民用用户之一，车船监管市
场的发展相对平稳，全国安装北斗车载终端的重点运营车辆已超过 780 万辆、邮政快递干线车辆超 4 万多辆、船舶超过 4.7
万多艘。根据北斗系统应用一览图，在智慧交通领域中，主要的应用场景涉及公路、铁路、海事、民航、智能网联汽车等。

3.2、智慧物流

近年来，中国智慧物流市场规模呈高速增长状态。数据显示，2020 年中国智慧物流市场规模近 6000 亿元，2021 年中国智慧物流市场规模达 6477 亿元，同比增长 10.9%。随着物流业与互联网融合的进一步深化，我国智慧物流市场规模不断增长。有研究机构预测，2023 年中国智慧物流市场规模将达 7903 亿元。
在智慧物流领域，北斗扮演不可或缺的重要角色，目前主要应用于物流配货、车辆调度与监控、快件监控、物流无人车等方面，众多物流企业采用了北斗终端设备，北斗与物流业的融合加快了建设智慧物流的步伐。
通过对车辆速度和路线的实时监控，保障驾驶安全；结合北斗系统的地理位置数据，进行数据分析和挖掘，定制了仓储和站点急需上门接货的位置信息，定制服务线路，提高物流效率，管控成本，也让信息更透明，让查看物流信息的买家看到最便捷的配送路线。 此外，一些电商平台也开始利用北斗使物流变得更智慧，国内电商平台还研制出了北斗智能车载终端及人员佩戴式手环设备等北斗产品，据初步测算，超过万家的传统商贸企业、中小企业、物流企业享受到了基于北斗导航技术的电商物流体验。将北斗卫星导航技术应用到智慧物流中，将让运输信息透明化、数字化、可追溯化，帮助管理者做出更加科学高效的决策，最大限度地提升用车率和控制运营成本，极大促进智慧交通、智慧城市、智慧生活的发展建设。

3.3、城市综合管理

城市综合管理的范围比较宽泛，一般包含市容市貌管理、环境卫生管理、“两违”治理、渣土管控、案件办理、景区 管理等多类需求。而北斗系统在城市综合管理方面的应用涉及到文旅方面的景区管理和文物管理相关场景，环卫方面的车辆 / 人员监控和调动以及其他的市政管理等内容。当前，随着移动位置服务、智慧城市建设、物联网建设的快速发展，北斗系统正以更加开放和融合的姿态拥抱城市建设，未来也将进一步向着多源融合，越来越适应复杂室内外综合环境的高精度、大覆盖、高实时、高可靠、低成本、可扩展等要求，最终实现真正的智慧城市的成熟应用。

四、北斗模块-北斗二号模块，北斗三号模块

SKYLAB针对车载、工控及消费类等应用推出了一系列高品质多系统GNSS模块，高定位精度，超低功耗，尺寸小巧，支持多系统联合定位以及单系统独立定位。此系列模块内部Flash可以进行程序升级以支持不同的应用。拥有额外的前置LNA用于优化RF性能，易于与天线集成，且前置SAW滤波器加强了抗干扰性能。

工作温度：-40~85℃
工作电压：3.3V
灵敏度：-165/-148dBm
定位精度：2-3m
速度精度：0.1m/s
最大更新速率：10Hz，默认1Hz
数据格式： NMEA 0183 可定制
通信接口：UART
天线类型：支持无源、有源天线
应用：定位系统LBS、车载导航、行车记录仪、执法仪、高清摄像机、测量测绘、手持设备、智慧农业等。

4.1、北斗二号定位模块

北斗二号定位模块是指基于北斗二号芯片方案研发的一款工业级标准的高性能导航定位模块，支持北斗二号的卫星接收，定位范围覆盖全球，使定位更快，精度更高，产品性能更可靠。

4.2、北斗三号定位模块

北斗三号定位模块是指基于北斗三号芯片方案研发的一款工业级标准的高性能导航定位模块，支持北斗二号，北斗三号的卫星接收，定位范围覆盖全球，使定位更快，精度更高，产品性能更可靠。

总结

在技术已经相当成熟的今天，定位服务的成功已经不再是单纯拼的产品，加之基于物联网的碎片化的特点，市场越来越需要从数据采集、传输、分析、决策和执行的闭环解决方案，所以在丰富产品线的方向上越需要以场景化为主，围绕场景化进行拓展。因此，能否打造可行的“场景化解决方案”实现商业落地，这背后体现的不仅有一家企业的技术积累，还有整合能力及服务能力。

今天的文章北斗导航模块_北斗导航系统的应用及定位原理分享到此就结束了，感谢您的阅读。