)北斗卫星定位系统
北斗卫星定位系统北斗卫星定位系统(COMPASS，中文音译名称Bei Dou)，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。
二颗导航定位卫星的发射时间分别为：
2007年4月14日4时11分，一颗北斗导航卫星从西昌卫星发射中心被用“长征三号甲”运载火箭送入太空。
2009年4月15日0时16分，一颗（COMPASS-G2）由长征三号丙顺利发射，位于地球同步静止轨道。
有中国特色的北斗卫星定位系统“北斗一号”卫星定位系统由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校
系统和各类用户机等部分组成。
系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，径卫星转发器项服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，径卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星系统和各类用户机等部分组成。系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，径卫星转发器项服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，径卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。
“北斗一号”的覆盖范围是北纬5°一55°，东经70°一140°之间的心脏地区，上打下小，最宽处在北纬35°左右。其定位精度为水平精度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。系统能容纳的用户数为每小时540000户。
美国全球卫星定位系统对美国军队的作战支持是难以估量的北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。缺点是不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受一定限制。但最重要的是，“北斗一号”导航系统是中国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。此外，该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。相反，在此基础上还将建立中国的GPS广域差分系统。可以使受SA干扰的GPS民用码接收机的定位精度由百米级修正到数米级，可以更好的促进GPS在民间的利用。
中国自行研发的北斗卫星定位系统“一代‘北斗’只用双星定位，比ＧＰＳ等投资小、建成快，”范本尧说这是中国国情决定的，也对一代“北斗”的技术路线提出了特殊的要求，“所以我们的定位系统具有自己的特点。”
美国的ＧＰＳ和俄罗斯的ＧＬＯＮＡＳＳ，都是使用２４颗卫星（ＧＰＳ还另有３颗备份卫星，ＧＬＯＮＡＳＳ则因经费问题损失了几颗卫星）组成网络。这些卫星不中断地向地面站发回精确的时间和它们的位置。ＧＰＳ接收器利用ＧＰＳ卫星发送的信号确定卫星在太空中的位置，并根据无线电波传送的时间来计算它们间的距离。等计算出至少３～４颗卫星的相对位置后，ＧＰＳ接收器就可以用三角学来算出自己的位置。每个ＧＰＳ卫星都有４个高精度的原子钟，同时还有一个实时更新的数据库，记载着其他卫星的现在位置和运行轨迹。当ＧＰＳ接收器确定了一个卫星的位置时，它可以下载其他所有卫星的位置信息，这有助于它更快地得到所需的其他卫星的信息。
“１９８３年，‘两弹一星’功勋奖章获得者陈芳允院士和合作者提出利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想，经过分析和初步实地试验，证明效果良好，”中国计量科学研究院的黄秉英研究员说，这一系统被称为“双星定位系统”。
一代“北斗”采用的基本技术路线最初来自于陈芳允先生的“双星定位”设想，正式立项是在１９９４年。北斗卫星导航系统由空间卫星、地面控制中心站和用户终端等３部分构成。空间部分即“北斗”一号由两颗工作卫星和一颗备份卫星组成，近日发射的是备份卫星，两颗定位卫星分别发射于２０００年１０月３１日和１２月２１日。
用户利用一代“北斗”定位的办法是这样的，首先是用户向地面中心站发出请求，地面中心站再发出信号，分别经两颗卫星反射传至用户，地面中心站通过计算两种途径所需时间即可完成定位。一代“北斗”与ＧＰＳ系统不同，对所有用户位置的计算不是在卫星上进行，而是在地面中心站完成的。因此，地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息，并负责整个系统的监控管理。
北斗卫星定位系统“一代‘北斗’采用的是有源定位，ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ等都是无源定位，”范本尧说，“这是它们质上的不同点。”
所谓有源定位就用户需要通过地面中心站联系导航定位卫星，而无源定位是用户直接与卫星联络确定自己的位置。我国采用有源定位是因为单靠双星定位只能确定用户所在的两维位置，不能同时得到用户所在地的海拔高度。而地面中心站在获得卫星返回的用户两维位置后，可以根据计算机里的数据对应确定用户所在地的海拔高度。ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ的主要功能都是定位和授时，应该说，从用户获得这两项服务的便利和精确程度来看，一代“北斗”还处劣势。但一代“北斗”也比这两种全球定位系统多了一项功能---通讯。这样的好处是用户不必另携带一套通信设备。范本尧说，登山者不仅仅需要了解自己所处的时间和位置，与大本营联系也很重要，通过“北斗”一号及地面中心站的传输，通讯就不必通过其他的通讯卫星了，一星多用符合我国国情。ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ没有设计通讯功能，主要原因就在于不需要地面站中转服务的无源定位不能提供通讯服务。
中国2009年前后将发射12颗北斗卫星一代“北斗”是区域卫星导航系统，只能全天候、全天时用于中国及其周边地区；而ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ都是全球导航定位系统，在全球的任何一点，只要卫星信号未被遮蔽或干扰，都能接收到三维坐标。“区域性是中国双星定位的技术特点、水平以及国家需求决定的，”范本尧说。
ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ的空间部分是高度在２万千米左右的卫星组成的网络。ＧＰＳ的卫星平均分布在６个轨道平面上，ＧＬＯＮＡＳＳ卫星平均分布在３个轨道平面上，不停地绕地球旋转。这样，在全球的任何位置、任何时间都可同时观测到４颗以上的卫星，通过它们就可以获得高精度的三维定位数据。
“北斗”一号是双星定位，轨道偏高，距离地面３万６千千米，是地球同步静止轨道卫星。之所以要在这么高的高度是因为我们只有两颗定位卫星，不能覆盖整个地球，如果在较低轨道上绕地运行，每天就要有一定时间不能监控我国所在区域。
“２０世纪原子钟最辉煌的应用莫过于由它构成了全球定位系统的核心，”黄秉英说，导航星和地面站全离不开它。目前的原子钟主要有３种：铷钟、铯钟和氢钟。结构紧凑、可靠性高、寿命长的原子钟正是发展全球定位系统必需的。在结构方面，铷钟最小体积已达到６立方厘米；在频率稳定度方面，氢钟最好；而在长期频率稳定度和准确度方面，则以铯钟最佳。目前，设在中国计量科学研究院的国家授时中心使用的就是被称为“激光冷却－铯原子喷泉频率基准”的铯钟，我国的授时基准---ＵＴＣ（ＮＩＭ）都是由它提供并不断同国际基准校正的，而“北斗”一号的时间基准也是由此而来。该院负责深入开展相关基础研究的李天初研究员说，目前他们正在开展基准钟的研究，以进一步提高其准确度，为将来的导航系统提供基础服务。“‘北斗’一号的星载钟还不是我们自己制造的，”范本尧说，“但中国科学院、北京大学以及中国空间技术研究院等单位正在开展相关应用技术的攻关。”
“北斗”的用户终端---导航定位接收机也在进一步发展完善。“个人用的接收机大小同于‘大哥大’，车载接收机也不过书本大小，”范本尧说，“但是由于接收机的一些重要部件还需要依靠进口，目前的产量很小，价格也高过ＧＰＳ终端的许多倍。”现在国内的不少单位都在开展相关的研究。
范本尧说，２０１０年前，集无源和有源定位于一体的我国导航定位系统---二代“北斗”将建成，届时，国民经济各领域都将从中获得更大的效益。
北斗卫星定位系统北斗导航定位和GPS定位系统，首先都是导航定位系统，采用的定位技术不同，定位的范围也不相同。目前，北斗还不是全球定位。北斗是双星定位，而非三星定位。“北斗一号”卫星导航系统与GPS系统的主要区别是：
（1）覆盖范围：北斗导航系统是覆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°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统。
（2）卫星数量和轨道特性：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。
（3）定位原理：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。
（4）定位精度：北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。
（5）用户容量：北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统，系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率，北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS是单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，GPS的用户设备容量是无限的。
（6）“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点，其具备的短信通讯功能是GPS所不具备的。
综上所述，北斗导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前中国陆、海、空运输导航定位的需求。最重要的是，“北斗一号”导航系统是我国独立自主建立的卫星导航系统。
快速定位：北斗系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度20—100m；
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；
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。
同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；
覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；
特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；
独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”；
自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
