为什么北斗卫星导航系统需要 35 颗卫星才能覆盖全球，而 GPS 只要 24 颗就够了呢？（图）来源：作者/DD YY&&& 知乎网&&&& 反对目前的两个不靠谱回答！需要的卫星数目和别人占坑没有任何关系，我就讲讲课堂里老师永远不会教的东西吧。老师最多只会给你讲有多少颗星，各自功能是什么，永远不会讲为什么这样。&&&& 先上图，取自wikipedia&&&&&&&& GLONASS（俄罗斯的全球定位系统）、GPS（美国）、 COMPASS（即北斗，中国）的一部分和Galileo（欧洲）的卫星都运行在地球中轨道(MEO)，高度分别为19,100km、20,200km、21,500km 、23222km。别家需要全球覆盖的的卫星数目分别为24、24和27。&&&& 先简单讲讲GPS。GPS需要24颗卫星只是最基本的数目。这个数目可以保证全球每个地方任何时刻至少能看见4颗卫星，通过4个方程可以解出空间三维坐标和时间四个变量。这24颗卫星分布在6个轨道面，每个轨道面有4颗卫星。 GPS系统的接收机都是采用无源定位方式（就是接收机不需要发送信号）。&&&& 好，下面开始讲为什么北斗要35颗：&&&&&&&&&1.北斗的工作原理和和GPS一样，而轨道高度比GPS略高比Galileo略低，理论上24颗也能提供GPS一样的无源定位服务了――实际上北斗和伽利略一样用了27颗地球中轨道卫星，一个原因是因为他们的轨道高一些，需要略多数目保证卫星离接收机不太远，另一个主要原因是这些卫星的轨道同GPS不同，只有3个轨道面，每个轨道面9颗，轨道面之间为相隔120°均匀分布。这种分布方式是北斗需要比GPS多3个卫星的原因。慢着――没完呢，北斗不是35颗吗，还有8颗哪里去了？&&&&&&&&& 2. 这要涉及到卫星系统这样的庞大系统工程的周期问题，上述27颗卫星的发射是漫长的过程，即使是初步覆盖中国全境也需要20颗左右才能做到，从发射第一颗到最后一颗中间有可能会有10~20年的时间，而且先发射的使用寿命只有8年――27颗没有准备齐呢，老的卫星开始往下掉了，显然这种做法浪费太大了，在前十几年系统根本不能正常使用！如何让系统尽快工作呢？于是北斗发明了一个巧妙的想法――首先发射3颗倾斜同步轨道卫星，这些倾斜同步轨道卫星高度和地球同步卫星类似，绕地球一周也是24小时，但是轨道并不正好在赤道上，而是和地球赤道面有个夹角。这种卫星在地球固定一个位置看到的轨迹是这样的类似于日行线的形状，同经线平行的一个8字形（需要一点儿想象力才能理解）。这3颗卫星虽然不是完全同地面静止，但是大部分时候中国境内仍然能看到，所以对系统立即可用帮助很大――可是还差5颗呢？。&&&&&&&&& 3. 这就要回到北斗系统本身来讲，北斗除了像GPS一样用无源接收机工作之外，还有两个独到的功能，就是用有源接收机（接收机主动发信号给卫星）和收发短报文（卫星短信）功能。最后还有5颗地球同步轨道卫星就是主要针对这两个功能都要求发上去的。当然，这5颗星也支持无源定位方式。下图就是地球同步轨道卫星的照片，可以看到卫星真的不动，周围的星星会在天空划出轨迹。&&&&&&&&& 4.下图就是北斗目前的状态，以及未来最终的样子。再强调一遍：为了能尽早发挥作用，北斗系统实际上是（不太严格地）按照上述3（地球同步轨道）、2（地球倾斜轨道）、1（中轨道）的顺序发射部署的，甚至倾斜同步轨道卫星发了4颗。未来理论上来讲，只要27颗中地球轨道卫星就能完成全球定位功能的覆盖了，但是3和2两部分卫星主要覆盖中国及周边国家，对于提高国内的定位精度和提供特殊服务（比如卫星短信）有重要作用。&&&& 补充：事实上目前GPS正在运行的也不是24颗，而是有32颗卫星；而GLONASS实际上有29颗。多出来的星除了做备份，还可以增加系统精度，比如GPS可以保证绝大部分地方通常能看到至少9颗卫星，能明显提高定位精度。Galileo目前因为欧洲各国扯皮，进展缓慢，只放上去4颗（功能不全）的卫星，未来什么时候发挥作用还是猴年马月的事情。相比之下中国放上去四五颗卫星立即就能提供定位服务和特殊服务，加速技术向市场转化速度，这个思路还是非常值得称赞的。所以，中国人还是有创造力的！（贩卖私货：我在这里的回答：为什么中国人缺少创造力？）&&&& 不过话说回来，在北斗系统现在每套近万元的情况下，利用垄断的力量强制货运车辆安装这种流氓做法我个人表示鄙视。&&&& 要学到的东西：技术需要尽早拿到市场上检验，不要像欧洲人那样追求完美，最好初期就能开始盈利，若有可能可以借助行政力量，但是未来还是要靠市场运作。&&&& 再上点儿花絮：谷歌地图上可以看到所有的卫星&&&& 这些卫星的名字：&&& 编辑于 & &&&&& 网民（Liang Heng ）&&&& 最高票的回答有误，我来纠正一下。&&&& 北斗和伽利略一样用了27颗地球中轨道卫星，一个原因是因为他们的轨道高一些，需要略多数目保证卫星离接收机不太远，另一个主要原因是这些卫星的轨道同GPS不同，只有3个轨道面，每个轨道面9颗，轨道面之间为相隔120°均匀分布。这种分布方式是北斗需要比GPS多3个卫星的原因。&&&& 首先，轨道越高，所需卫星总数越少，因为每个卫星覆盖的面积更大。原答案中“需要略多数目保证卫星离接收机不太远”是完全错误的。北斗和 Galileo 会适当增大卫星发射功率以保证地面接收到信号的信噪比，而不是增加卫星数。&&&& 其次，GPS 六个轨面，并不一定比北斗和 Galileo 的三轨面设计更优。事实上，四大 GNSS 系统，只有 GPS 用了六轨面，其他三个系统都采用了三轨面。下面这篇论文详细说了为什么 Galileo 选择了三轨面。&&&& 最后，我来简单回答一下为何北斗卫星导航系统需要 35 颗卫星才能覆盖全球，而 GPS 只要 24 颗就够了。关键在于如何定义“够”。&&&& 在设计 GPS 的时候，“够”的定义是保证地球上任何地点任何时间都可以定位――能看到至少 4 颗卫星。按照这个要求，在六轨面和轨道高度 20,200km 的前提下，只要 21 颗卫星就够了。所以，GPS 选择了 21 工作卫星 + 3 备份卫星的基础星座。同时代的 GLONASS 的设计是三轨面 21 工作卫星 + 3 备份卫星，同样可以保证全球任何时间都能看到至少 4 颗卫星。&&&& 在实际运行中（1990 年到现在），GPS 卫星数总是多于 24 颗，很多时候有 32 颗在天上，超过 30 颗可用。这样，地球上很多地方都能看到 8 颗以上卫星（开阔地、无遮挡）。人们发现多出来的卫星可以提高 Geometric Dilution of Precision (GDOP) 进而提高准确度（accuracy），并且可以通过 RAIM (Receiver autonomous integrity monitoring) 提高完好度（integrity）。RAIM 需要至少 6 颗卫星才能有较好的性能。&&&& 所以，在设计北斗和 Galileo 时，“够”就不仅仅是任何地点任何时间都可以定位，而是要提供尽可能高的 RAIM 可用性（availability），所以 Galileo 和北斗 MEO 都使用了 27 工作卫星 + 3 备份卫星的星座设计。北斗额外加了 5 颗 GSO 卫星提高亚太地区的性能。&&&& 总结：GPS 24 颗卫星只能保证基本的定位，北斗 30 颗（或 35 颗）保证了更准确、更可靠的定位。 &&&& 发布于 & &&&&& 网民（本本，努力完善自己） &&& 一直对这个关注比较多，前天在学校刚听了北斗的院士组长的报告。&&& 六个卫星就能实现基本的功能，但是这种系统对实时性精准度要求很高，紧紧是达到基本要求是远远不够的，你能想象飞机盲降对精度的要求有多高么……&&& 北斗还有很长的路要走，不过国家是很重视的，最近又投了小1000亿，相信未来北斗会不断完善的？&&& 当然应该感谢中国有了这些奉献的科学家们！！！&&& 另外提醒各位涉密不上网。&&&& 编辑于 & &
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发表于：16-03-21 23:32
发表于：16-03-21 23:39
北斗卫星导航系统明年进入大众手机（图）来源：& 长江网中国工程院院士刘经南　&&长江网讯(记者 吴晓敏 通讯员 陶虹)“北斗技术将应用于人们的衣食住行!”3月20日上午，武汉市科协八届五次全委(扩大)会议在武汉会议中心召开，中国工程院院士刘经南在会上作了题为《北斗卫星导航系统现状及应用发展趋势》的报告。刘经南院士表示，2017年北斗卫星导航系统有望进入大众手机，能够向国内各行业和省区市提供高精度定位导航授时服务，实时导航、精密授时、事后定位等功能。&&&& 刘经南介绍，作为中国的“GPS”，北斗导航试验系统同时解决空间和时间的问题，目前已在许多领域广泛应用，上至气象天文，下至地震灾害监测、农业、智能交通、智慧城市以及产业的转型等方面都发挥重要作用。“如你现在叫车需要定位，开车需要导航，遭遇地震灾害需要短消息功能，都能用北斗实现”。刘经南认为，未来北斗技术将应用于人们的衣食住行以及城市的产业转型发展。&　　刘经南透露，目前北斗系统正在申请国际标准，预计2017年初，能够向国内各行业和省区市提供高精度定位导航授时服务，实时导航、精密授时、事后定位等功能，2020年将要建成的北斗全球卫星导航系统，加载天基增强信号能够覆盖亚太地区甚至更大的区域，与GPS相比，北斗导航系统的优势在于，全球星座和区域星座结合既能确保全球精确度和可用性又可确保中国及亚太区域的高精度性和高可用性。&　　据了解，武汉被列入北斗产业化试点城市，“武汉是北斗技术核心研发基地，将核心优势转化为经济优势需要一个过程。”刘经南指出，目前北斗技术的核心研究中心有导航卫星数据分析中心、数据中心以及电离层变化研究中心三个中心在武汉，武汉占有核心优势，但缺少缺战略性的金融投资者以及政府的政策支持，因而想要将核心优势转化为经济效益还需要一个长期的过程。
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两会嘭嘭车：中国人为什么要用自己的导航？
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央广军事记者采访杨元喜委员
　　记者三问北斗：有了GPS我们为什么还要使用北斗卫星导航系统？
　　杨元喜是一名从士兵成长起来的院士，他对国家安全利益有着极高的敏感性。在今年的两会上，他准备了几个提案，其中他最看重的就是呼吁国家核心基础设施使用北斗卫星导航系统。
　　“比如国防、公安等核心领域，应该使用中国的北斗卫星导航系统，一旦北斗卫星导航系统形成能力，用自主可控的卫星导航系统对国家安全是有帮助的。”
　　作为老百姓为什么也要使用北斗卫星导航系统呢？杨元喜举出MH370航班失联事件发人深思。日，载有239人的马来西亚航空公司MH370客机失联，机上有154位中国乘客。三年过后，依然没有人知道MH370去了哪里。它成为航空史上最难解开的谜团之一。
　　杨元喜说：“如果把所有的飞机上装上中国的北斗，那么MH370还能找不到吗？北斗有位置报告功能，有各种各样的功能，至少在MH370入海水瞬间，我们知道你从哪儿入海的，甚至偏航超出一定限度，我都会提醒你，北斗有这个能力。”
　　对于北斗卫星导航系统未来在中国的应用，杨元喜充满憧憬，他说中国人用自己的导航系统会有一种自豪感和获得感：“如果有一天，我们中国的老百姓打开他的手机，是中国的北斗给你提供的信号，是不是很自豪。如果有一天，我们的指挥平台是用中国的北斗进行时间同步，用北斗提供的信号进行定位、进行指挥，整个国防会有这种获得感。更重要的是我们的铁路、公路和航路等交通设施，如果都用中国的北斗，老百姓是不是有一种获得感？”
责编：刘鹏中国为何要建北斗卫星导航系统？--强国社区--人民网
中国为何要建北斗卫星导航系统？
南京涛声依旧
&&&&来源：&&&&&
　　目前全世界有4套卫星导航系统：中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”。　人民网强国社区(.cn)　　卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。日5时44分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第九颗北斗卫星送入预定转移轨道。这是北斗导航系统组网的第四颗倾斜地球同步轨道卫星。这次北斗导航卫星的成功发射，目前，北斗二号区域卫星导航系统的基本系统已建设完成。在“十二五”前期完成发射12颗到14颗卫星任务，组成区域性、可以自主导航的定位系统；在2020年前，有30多颗卫星覆盖全球。人民网强国社区(.cn)　　北斗二号民用价值人民网强国社区(.cn)　　将为中国及周边地区的军民用户提供陆、海、空导航定位服务，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用，为航天用户提供定位和轨道测定手段，满足导航定位信息交换的需要等。虽然民用上中国目前还基本上还没有脱离GPS，但应该相信，中国人彻底摒弃GPS的日子会越来越近，这才是真正兴奋的期待人民网强国社区(.cn)　　北斗卫星导航系统的军事战略意义人民网强国社区(.cn)　　"北斗二号”导航卫星系统组网成功 ，其意义并非很重要，中国拥有了自己的导航卫星系统也将彻底摒弃依赖美国的GPS，而重要的是，中国成为世界上拥有自己真正独立国防军事系统，这才是真缔。 谁都知道，现代战争拼的是高科技，高科技的武器都离不开卫星导航系统的制导，战争的爆发谁都不能预计，但做到防患于未然才是中国面对未来之根本。武器再精致，如果中国没有自己的卫星导航系统，中国所有的高精尖武器仍然依靠美国GPS导航，武器的灵魂脱离不了对方的控制，那才是最可怕的，战争爆发，美国拒绝提供提供GPS导航支持，或者在GPS导航系统里做手脚，中国的高精尖武器将失灵，未战就先输了一半。中国拥有了“北斗”导航卫星系统-尖端武器的灵魂，那么，我们所有的高精尖武器都不会受制于敌，保持强大的功能，什么样的敌手都将不敢轻易妄为。另外北斗导航卫星对中国军队战时的通讯指挥不受敌方干扰有着不可忽视的作用。我们“北斗二号”导航卫星系统现组网已经基本完成，区域导航将为中国及周边地区的军民用户提供陆、海、空导航定位服务，民用意义重大，军事意义更大，在未来防范美国对中国可能发生的海空战争中，中国可以有效的发挥中国高精尖武器的威力，立于不败之地。人民网强国社区(.cn)　　中国北斗二号导航系统质量怎么样人民网强国社区(.cn)　　距离地面几万公里的导航卫星，如何对其实现精密测控？在卫星上安装激光反射器是个很好的解决办法。记者昨天从中科院上海天文台获悉，由杨福民研究员主持研制的国产卫星激光反射器，经过北斗二代M1卫星两年多的运行证明，其性能已达到国际领先水平。这套激光反射器被国际激光测距组织确认为目前“最佳设计”，已引起美国宇航局、欧洲航天局、俄罗斯航天局同行的关注。卫星激光反射器是一种光学设备，通过将地面激光站发射到卫星的激光脉冲反射回地面站，实现对卫星距离、轨道的精确测量。但是，由于导航卫星一般都在数万米的高空，距离远，激光回波信号较弱，不易测量，激光发射器的设计、加工因此成为难点。由中科院上海天文台研制的激光反射器，采用国产石英玻璃，具有重量轻、面积较小、回波信号较强和测量精度高等特点，多项技术指标都优于美国、俄罗斯的同类产品。从2008年12月起，多套由不同国家生产的激光反射器分别安装在GPS导航系统、伽利略导航系统以及北斗导航系统的试验卫星上，开展性能“大比拼”。结果显示，中国北斗二代试验星安装的国产激光反射器，其返回信号显著强于其他卫星。人民网强国社区(.cn)　　中国北斗二号导航系统真的很优秀，咱们中国人应该为此自豪。　人民网强国社区(.cn)　　网上盛传的“中国北斗系统被美国破解，破解者为清华大学一女留学生”的消息，据悉，她破解的都是民用信号的编码，这个跟军用信号系统是不可同日而语的。破解军用卫星信号的编码难度肯定更大。当然，也不排除她有能力破解或已经破解了某些卫星的军用编码规则。 她是公开破解，及时通过学术渠道通知了中国方面，实际上是在帮助北斗系统的改进。 中国自己也有这方面非常厉害的人物，所以大家不要妄自菲薄。大家可以去查一查山东大学的女教授王小云，她破解了世界上最顶级的几种加密算法。她的成就，比这个破解卫星编码的女生要高不知多少倍。也就是说，我们也有顶尖的人才。 民用系统信号的破解没什么大惊小怪的，卫星信号编码应该会定期更换的，要不然美国GPS早就被破解了。所以大家不要乱了阵脚。 既然美国敢于公布，就说明，她所破解的信号都是无关紧要的，否则，老美早乐死了，在家里窃取我们的军用信息了。老美不会笨到公布于众。 加密与解密永远是不可分离的两面，对密码体系的公开破解只是学术领域的事情，而对敌方密码体系的隐蔽破解才是情报工作的范畴。人民网强国社区(.cn)原文地址：
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发短信上手机人民网据新华社报道，国务院新闻办公室16日发表的《中国北斗卫星导航系统》白皮书指出，20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了“三步走”发展战略：2000年年底，建成北斗一号系统（也称北斗卫星导航试验系统），向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务。据了解，我国于2009年启动北斗全球系统建设，继承北斗有源服务和无源服务两种技术体制；计划2018年，面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务；2020年前后，完成35颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。白皮书指出，北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座；地面段包括主控站、时间同步／注入站和监测站等若干地面站；用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。6月12日12日23时30分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射了第二十三颗北斗导航卫星。