BDS北鬥衛星定位導航系統原理以及定位接收機組成結構
2012年12月27日，北鬥衛星導航系統（BDS）正式向亞太大部分地區提供連續無源定位、導航、授時等服務。并了北鬥系統空間信号接口控制檔案（ICD）正式版，為國内外相關企業參與北鬥應用終端的研發提供必要條件，将推動BDS的廣泛應用。
BDS現狀
北鬥衛星導航系統，官方英文名稱BeiDou Navigation Satellite System，縮寫為BDS。是大陸正在實施的自主發展、獨立運作的全球衛星導航系統（GNSS）。系統建設目标是：建成獨立自主、開放相容、技術先進、穩定可靠的覆寫全球的北鬥衛星導航系統，促進衛星導航産業鍊形成，形成完善的國家衛星導航應用産業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。
BDS由空間端（空間星座）、地面端（地面控制）和使用者終端三部分組成，系統建成後，空間端将包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星；地面端包括主要站、注入站和監測站等若幹個地面站；使用者終端包括北鬥使用者終端以及其他與BDS相容的終端。截止2012年底，系統已發射了16顆衛星，形成了區域服務能力。2020年左右，系統将全面建成，形成全球服務能力。
BDS現階段的區域公開服務：
主要功能：定位、測速、授時、短封包通信；
服務區域：中國及周邊地區；
性能名額：平面小于10米、高程小于10米；測速精度每秒0.2米；授時精度為單向50納秒；短封包通信120個漢字/次。
系統全面建成後公開服務的主要性能改善：
服務區域：全球；
定位精度：優于10米，中國及周邊優于1米；
授時精度：20納秒；
BDS的顯著特點
相比于GPS，BDS的顯著特點是：一是BDS首次定位速度更快，系統建成後首次定位僅需幾秒鐘，而GPS需要幾分鐘；二是具有短封包通信功能，在移動通信信号盲區使用者可以發送短信，做到不僅自己知道在哪，也能讓别人知道他在哪裡；三是具備相容性，相容美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯系統（GLONASS）、歐洲的伽利略系統（GALILEO）。使用者使用多模接收機可以單獨或同時接收多種衛星導航系統的信号，同時接收時可以提高定位精度。
BDS的公開服務
BDS是軍民兩用的系統，其服務分為授權服務和公開服務兩種。除了軍事、國家安全等的授權服務外，BDS的公開服務（也稱開放服務）應用于民用領域，将在很多方面改善生産建設、社會生活現狀。BDS的民用領域大緻可分為行業應用和大衆應用兩個方面。
在行業應用方面，BDS的前期試驗營運，已在氣象、交通、通信、規劃、測繪、勘探、林業、農業、漁業、金融、電力、物流、搶險救災、環境保護等各行各業發展了廣泛的應用，以後将對各行業進一步産生深遠的影響。
在大衆服務方面，随着BDS的正式營運，大家所熟知的GPS導航，将逐漸過渡到BDS導航，或BDS/GPS雙模、多模導航；老人、兒童穿戴帶有BDS晶片的服飾、器具，能使家人了解他們的具置；具有BDS晶片的手機、平闆電腦等智能終端，能使攜帶人利用BDS的短電文通信功能，在通信信号盲區實作通信、報警、救援；等等。
BDS民用終端機技術
BDS民用終端包括獨立的導航接收、通信、位置報告等，也包括與BDS相容的其他終端，獨立的或與其他裝置相容的導航接收機是最主要的民用終端。
衛星定位導航基本原理
定位導航作為系統的主要功能，其原理并不複雜。地球到衛星之間無線電波的傳播速度為光速，根據兩點之間電波傳播的時間即可計算出兩點的距離，這種方法稱為時間測距。目前衛星定位導航的時間測距方法有有源時間測距和無源時間測距兩種。
所謂有源時間測距，即使用者終端主動通過導航衛星向地面主要站發出定位申請，而後地面主要通過衛星發出測距信号，根據信号傳輸的時間測定使用者到兩顆衛星的距離，計算出使用者的位置，報告給使用者終端。有源方式需要使用者與衛星、主要的來回通信，占用信道，是以使用者數量受到限制。
采用無源時間測距的技術時，使用者同時接收至少四顆導航衛星發出的信号，根據信号傳輸時間測定使用者到這些衛星的距離，然後通過數學運算得到使用者的三維坐标與速度。衛星與使用者的三維坐标通常是以地球質心為原點的直角坐标系，四顆衛星設為A、B、C、D，它們發送的信号中包括各自的坐标資訊和時間資訊，坐标分别表示為A（xa， ya，za），B（xb， yb，zb ），C（xc， yc， zc ），D（xd， yd， zd ），而使用者接收機P的坐标是待求的，用P（x，y，z）表示。首先用時間測距方法測出使用者接收機到這四顆衛星的距離，分别為Ra、Rb、Rc、Rd；然後可求解使用者的坐标。
應用直角坐标系中兩點間距離的表達式，可得：
（x-xa）2+（y-ya）2+（z-za）2 = Ra2 3-1
（x-xb）2+（y-yb）2+（z-zb）2 = Rb2 3-2
（x-xc）2+（y-yc）2+（z-zc）2 = Rc2 3-3
（x-xd）2+（y-yd）2+（z-zd）2 = Rd2 3-4
解方程組求出x，y，z，就得到使用者接收機的位置。本來求解3個未知數，有3個方程式即可。但因為是二次方程，由3個方程式求解3個未知數，每個未知數各有兩個根，是以，需要用第4個方程，來進一步确定兩個根中哪一個是真解。無源時間測距方式中，使用者僅單向接收，是以使用者數是無限的，是以與GPS一樣，BDS的定位導航也采用無源方式。
民用終端的設計依據
BDS民用終端的設計依據是中國衛星導航系統管理辦公室的北鬥衛星導航系統空間信号接口控制檔案，簡稱ICD。2012年12月了公開服務信号B1I（1.0版），即頻點B1的公開信号（I支路信号）的标準；2013年12月了空間信号接口控制檔案公開服務信号（2.0版），該版本修訂完善B1I的空間信号接口控制檔案進行，同時新增了B2I的信号内容。ICD定義了衛星導航系統空間星座和使用者終端之間公開服務信号的相關内容。同樣，BDS/GPS相容接收機的設計還需依據GPS的ICD檔案。
B1、B2信号由I、Q 兩個支路的“測距碼+導航電文”正交調制在載波上構成，載波頻率分别為1561.098MHz和1207.140MHz，調制方式為正交相移鍵控（QPSK）調制。其中I支路為公開服務信号。B2I信号将随着全球系統建設逐漸被性能更優的信号取代。
民用導航接收機的構成
導航接收機是應用最廣泛的衛星導航系統民用終端。根據ICD檔案，接收機首先需要能接收到B1信号的電路，該電路為中心頻率是1561.098 MHz的天線和射頻放大器，射頻放大器通常采用低噪聲放大器（LNA）；然後需要下變頻電路把接收到的信号的載波頻率降為中頻，再進行解調。解調後獲得測距碼和導航電文信号。
測距碼和導航電文送到基帶電路進行解碼、運算和處理，并把結果輸出，以達到定位和導航目的。基帶電路可以由FPGA等數字邏輯器件和ARM等微處理器組成。使用者顯示和控制電路：基帶電路處理的結果輸出給使用者顯示單元，結合使用者内置的地圖等地理資訊，在使用者界面即能直覺地顯示出位置資訊和導航建議。使用者界面同時還實作使用者的操作和控制。
BDS民用終端的主要技術關卡
從上節導航接收機的結構看，似乎接收終端各部分電路都有現成的技術和器件，另外還有GPS可供借鑒，而僅需根據北鬥的信号特性進行調整和軟體設計即可。但事實并不如此簡單。目前，國内民用導航市場被GPS占領，BDS應用要得到迅速推廣，需要解決一些技術關卡。
天線
導航衛星離地球的高度在兩三萬公裡，衛星信号到達地球後非常微弱，例如BDS的B1I支路最小保證電平為-163 dBW[2]，是以不同終端的天線需要有針對性的設計，以達到較高的收發增益。
射頻子產品、基帶子產品的內建化
GPS接收機經過幾展，射頻子產品和基帶子產品已經達到較高的內建度，能內建到手機、平闆電腦内。而BDS的電路內建剛剛起步，尺寸、功耗、成本還達不到要求。
相容性
BDS允許終端與GPS以及GLONASS、GALILEO相容，該相容不僅僅是終端能通過切換來接收不同導航系統的信号，而是還要能同時接收多個導航系統的信号。這樣做的優勢是能提高定位導航的可靠性，同時也能提高精度。而目前GPS終端是不相容的。雖然BDS的相容技術目前已經取得突破，但實用上經驗積累較少，需要不斷研究提高。與個人智能終端的融合BDS隻有在大衆服務上得到廣泛應用，才能與GPS并駕齊驅。盡快使BDS終端與手機、平闆電腦等個人智能終端融合，才能使大衆服務得以較快推廣。
短封包通信
短封包通信是BDS的優勢功能，但需要增加終端機的資訊采集、編碼、調制、射頻發射等電路，是以具備此功能的終端機具有收與發的雙向通信，與GPS僅有單向接收相比，要複雜得多。而且要做到小型化、便攜式，更不是很簡單的事。
大家都在搜： 智能打樁定位系統、 智能壓實度監測系統、 智能路面攤鋪系統、 拌合站品質監管系統、 智能測斜儀、 智能表面沉降監測儀、 地下水位監測系統、 尾礦庫監測系統、 邊坡監測系統、 山體滑坡應急監測箱、 工程機械智能引導系統、 地面沉降監測系統