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中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2008 年 第 38 卷 第 12 期 : 1615 ~ 1633 SCIENCE IN CHINA PRESS 基于通信卫星的定位系统原理 ①* ① ② ② ② 艾国祥 , 施浒立 , 吴海涛 , 李志刚 , 郭际 ① 中国科学院国家天文台,北京 100012 ② 中国科学院国家授时中心, 临潼 710600 * E-mail: aigx@ 收稿日期: 2008-09-04; 接受日期: 2008-09-30 国家重点基础研究发展计划(编号: 2007CB815500)、国家高技术研究发展计划(编号: 2004AA105030)、中国科学院知 识创新工程重大项目(编号: KGCX1-21)和国家自然科学基金(批准号:资助项目 摘要 介绍了基于通信卫星的中国区域定位系统(CAPS)的原理. 该系统首 关键词 次采用通信卫星转发地面生成的导航信号, 从而把通信卫星用作导航星来为 卫星导航 用户提供位置、速度和时间信息服务, 实现卫星导航定位功能. 基于关键技 通信卫星 术研究和有关技术的发展, 为 CAPS 设计和建设了一个验证系统,选用位于 天文学应用 87.5°E, 110.5°E, 134°E 和142°E 处的4 颗GEO 通信卫星作为验证系统的星座. 气压测高作为虚拟星座. 结果表明, 自主发明的基于通信卫星的转发式卫星 定位的原理是正确的, 其技术可行, 以此组建的卫星定位系统具有投资小、 研发周期短、功能全、精度高等优点. 作者认为, 一个创新的系统正在发展, 这可能是未来卫星导航定位发展的一种方向. 1 概述 关于时间和空间的研究, 20 世纪早期相对论的发现取得了伟大的理论成就, 20 世纪末GPS 的发明取得了伟大的应用成果. 长久以来, 人们仍梦想拥有具备通信和导航两种功能的卫星 系统, 本文是发展这种系统的一个尝试. 首先, 提出了CAPS原理1), 对关键问题和相关技术进 行了研发, 建立了CAPS验证系统和进行了检测验证[1]. 现在采用通信卫星发射导航信号的 CAPS系统正崭露头角. 根据 CAPS 概念, 需要在原有卫星通信系统基础上建立一套与导航相关的地面设施. 地面 系统负责测定通信卫星轨道, 测量并计算信号从卫星发出的时刻, 把卫星信号的载波调整到 指定频率, 编辑导航信息并根据系统设计生成和发射导航信号的伪随机(PRN)码. 通过卫星转 1) 艾国祥, 施浒立, 吴海涛, 等. 2004. 转发器卫星通信导航定位系统. 中华人民共和国国家知识产权局, 发明 专利, 申请号: 200410046064.1 1615 艾国祥等: 基于通信卫星的定位系统原理 发与典型导航星信号类似的信号, 在系统覆盖区域内, 使用户接收机可以与已存在的 3“G”系 统(GPS, GLONASS 和 GALILEO)一样[2,3], 获得实时的位置、速度和时间信息. CAPS 原理示于 图 1. 图 1 CAPS 原理示意图 研究发现, 除了使用分布在赤道上空地球同步轨道(GEO)通信卫星外, 为给导航用户提供 合适的卫星星座的几何结构, 实现三维定位, 还需要有 3 种解决方案. 第 1 种是采用气压测高, 第 2 种是采用退役的 GEO(RGEO),