摘要：卫星导航系统的基本功能之一是实现对用户的定位，并尽量减少定位误差。因此，为实现对用户目标的准确定位，分别研究了“北斗一代”系统的双星三球交汇定位方法和“北斗二代”导航系统RNSS定位方法。同时利用最小二乘法来求解用户位置坐标，满足电力系统用户精确定位的需求。鉴于此，本文主要分析北斗卫星导航系统现状及通信中的应用。
关键词：北斗卫星导航系统；通信；应用
中图分类号：TM76 文献标识码：A
1、概述
北斗卫星导航系统（BDS）历经北斗一号、北斗二号系统工程建设，于2018年12月27日完成北斗新一代卫星导航基本系统阶段建设，通过18颗MEO卫星为“一带一路”区域用户提供基本导航服务，并计划于2020年提供全球覆盖全天候连续精确的定位、测速、授时、位置报告与报文通信等功能服务，为我国国防建设和经济社会发展提供时空定位领域的基础保障，促进我军整体作战效能大幅提升、部队信息化建设的跨越式发展，同时带动导航、通信等基于时空定位的现代高科技信息产业的发展，提升我国作为世界大国的国际地位。从工程建设到运行维护再到应用推广的各个环节，都迫切需要通过标准化手段进行协调、统一和规范，以保障工程研制建设的顺利开展，保证系统的稳定运行，规范并推动北斗广泛应用。
综合陆、海、空、天等各类军民用户定位、导航、授时、位置报告等各类使用需求，卫星导航系统需要提供的服务，按照服务功能特征不同，应包括基本导航服务、位置报告与报文通信服务、星基增强服务三大类，其中，基本导航服务是指运用卫星无线电导航业务（RNSS）原理实现全球范围的连续实时定位、导航、授时服务能力。
仅就BDS基本导航服务而言，基本导航服务体系建立与维持如果能够与实际系统紧密结合，适时的进行补充、修改、完善，可以全面、系统的展现当前和未来一段时间内规划的基本导航服务标准编制修订情况，可以指导和规划标准的编制工作，这不但是系统自身建设和不断完善发展的内在需要，更是我国卫星导航系统标准化建设的必然要求，也是为我们参与国际合作、占领国际市场提供基础和推广支撑。
2、北斗卫星导航系统定位原理
我国建设的“北斗一代”和“北斗二代”全球卫星导航系统的基本定位原理均采用了伪距定位的思想。伪距定位的基本原理是根据GNSS（全球卫星导航系统，Global Navigation SatelliteS ystem）接收机接收到同步卫星发送的卫星信息之后，进行时间对标。然后解算卫星伪距并利用空间几何距离交会，实现对接收机的定位。
由于卫星信号是以电磁波形式传播的，其传播速度为光速。无线电磁波由卫星发射，通过大气层中的电离层和对流层时会受到空间电场长的干扰，因此测量距离s和实际卫星距离s′之间存在测量误差。此情况下，测量距离即被称之为伪距。
测量距离是通过测量北斗卫星导航系统发射的测距信号到达地面用户接收机的时间，来计算得到用户和卫星之间的距离。即：
s=Δt?c（1）
式中，Δt是测距信号的传播时间；c是北斗卫星导航系统的信号传播速度，即光速c=2.998×108m/s。
由式（1）得到的测量伪距和卫星与用户之间的真实距离可以用下式来表示：
s=s′+δs1+δs2+δt1?c-δt2?c（2）
式中，δs1和δs2表示卫星测量电磁波信号通过大气对流层和电离层收到干扰而引起的修误差项；δt1是用户接收机时钟的偏差；δt2是北斗卫星导航系统的时钟偏差。
为了对用户接收机的位置进行解算，北斗卫星系统的时钟差通常通过导航数据进行修正。
其中，修正参数记为δt，则有：
δt=δt1-δt2（3）
通过使用误差模型的修正可避免由于电磁波信号通过大气电离层和对流层对传输信号带来的干扰，结合上述内容将伪距的总误差记为e，则式（2）可以改写为：
s=s′+δt?c+e（4）
通过对式（4）的求解，即可精确获得用户的位置。由于伪距定位方法在使用的过程中具有定位速度快、定位精确、无冗余性问题等优点，因此是“北斗一代”和“北斗二代”导航卫星最基本的定位方法。
3、北斗卫星导航系统在通信中的应用及关键技术
3.1、信号的捕获
（1）并行频率搜索，即在一个码相位中，搜索其所有频率。其算法步骤如下：首先接收机收到的中频信号与相载波进行混频得到一路结果，接收机收到的中频信号与内部载波发生器正交得到一路结果，将以上两路结果，再分别与本地产生的测距码进行相关，得到相关结果；然后将相关结果变换到频域，由此得到在不同的频率下，相关结果的不同大小；最后求频域信号在不同频率上的幅值，多普勒频移值即为幅值最大的点所在的频率值，捕获到的码相位就是对应的码相位。在实际应用中，对搜索的速度要求较高，可以借助并行相关器，在时域和频域分别进行并行处理。（2）线性搜索，首先确定频率搜索范围的中间值，然后从这个中间值开始，搜索这个频带上所有的码相位，然后到下一个频率值，再搜索这个频率带上所有的码相位，这样一直进行下去，直到捕获到了符合要求的结果。线性搜索的优点是：应用范围广，原理易于理解，各种不同的信号搜索都可使用。其缺点：搜索速度最慢。（3）并行码相位搜索，该方法是在某个频率下，对所有的码相位并行搜索，这种算法的优势是可以将相对复杂的运算转变成频域的相乘运算，降低了运算的复杂度，提高了运算的速度。
3.2、信号的跟踪
为了得到更为精确的载波频率和伪码相位，需要对信号进行更进一步的捕获，也就是跟踪。从整体来看，信号跟踪是一种自适应反馈机制的环路算法，来使得到的更为精准的信号的状态更为稳定的处理方式。其包含了两个环路，即码环和载波环，两个环路相互合作，相互耦合。
3.3、二次编码解调
二次编码能够改善原序列的相关性。在北斗导航系统中，为了提高北斗的工作性能，通常将测距码码长定为2倍的C/A码，但是该方式会增长捕获的时间，
使接收机的效率降低。
为了解决上述问题，减少捕获代价的同时提高北斗工作的灵敏度，可以通过两种不同的类型的码进行调制得到新的扩频码，比如将周期短，码率高的CB1I码和刚巧相反的NH码进行调制，得到一个码率高且周期长的扩频码。另外，在信号总功率不变的前提下，二次编码还可以通过加载NH码减少信号的功率谱的谱线宽度，提高窄带的抗干扰能力。
二次编码解调一般采用后置解调算法，在信号跟踪后，对NH码进行解调处理。利用NH码的自相关性，将NH码和导航信号进行自相关，得到其自相关值，通过比较阈值的算法，可以判断信号中的NH码和本地的NH码是否匹配。
总之，短报文通信服务作为北斗卫星系统区别于其他卫星系统的标志，双向通信功能和保密程度受到大家喜爱。基于北斗短报文功能的产品持续进入市场，立足于实际需求，解决了当前某些特殊地方和特殊时刻对其的需求，并且在政府和各级组织的支持下，基于北斗短报文功能的产品相较于同期产品具有价格低廉，使用方便的优势。在未来发展中，这一技术也将会在应用于更多领域。
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