知識篇從五個維度講述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本概念，包括導航技
術(shù)的發(fā)展簡史、全球衛(wèi)星導航的標桿美國的 GPS、全球衛(wèi)星導
航系統(tǒng) (GNSS）、北斗系統(tǒng)的前世今生、北斗衛(wèi)星導航工程。技術(shù)篇
從五個維度講述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的工作原理和性能，包括衛(wèi)星導航系
統(tǒng)工作原理、導航接收機工作原理、衛(wèi)星導航系統(tǒng)性能指標、衛(wèi)星
導航系統(tǒng)對抗措施、衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)。應(yīng)用篇從六個維度講述北
斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應(yīng)用模式，包括北斗系統(tǒng)服務(wù)類型、定位服務(wù)、
導航服務(wù)、授時服務(wù)、短報文通信與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、北斗系統(tǒng)應(yīng)用
公眾關(guān)注熱點。發(fā)展篇給出衛(wèi)星導航系統(tǒng)的四個發(fā)展方向，包括組
合導航、低軌導航與低軌導航增強系統(tǒng)、綜合 PNT 與微 PNT、衛(wèi)星
導航系統(tǒng)與通信系統(tǒng)融合。各篇內(nèi)容相對獨立，相信可以讓更多的
用戶、科研和管理人員系統(tǒng)地理解衛(wèi)星導航系統(tǒng)內(nèi)涵，推進北斗衛(wèi)
星導航及其增強系統(tǒng)的規(guī)�；a(chǎn)業(yè)化和國際化應(yīng)用。
夜空深邃，斗轉(zhuǎn)星移。北斗七星自古就作為一個時空基準用來
定方向、辨四季、定時辰�！稌x書·天文志》說北斗七星在太微北，
樞為天，璇為地，璣為人，權(quán)為時，衡為音，開陽為律，瑤光為星。
我們的祖先利用北斗七星來確定北極星的方位，再通過觀測北極星
辨別方向，漢樂府有詩云：玉衡指孟冬，眾星何歷歷。所以我
國衛(wèi)星導航系統(tǒng)以北斗命名。昔有指南針，今有北斗衛(wèi)星導航
系統(tǒng)（以下簡稱北斗系統(tǒng)），這是中華民族創(chuàng)新智慧的跨時空接力。
北斗系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建
設(shè)運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、
高精度的定位、導航和授時以及短報文通信服務(wù)的國家重要時空基
礎(chǔ)設(shè)施。北斗系統(tǒng)的功能說起來很復雜，但對我們普通人來說，其
實就是指引我們到達想去的地方。唐代詩人杜甫在《秋興八首》一
詩中給出了最生動的描繪：夔府孤城落日斜，每依北斗望京華。
唐代詩人杜牧在《清明》一詩中給出了最形象的畫面：借問酒家
何處有，牧童遙指杏花村。北斗系統(tǒng)就是那個可愛的充滿活力的
牧童。
北斗系統(tǒng)是黨中央決策實施的國家重大科技工程，是我國迄今
為止規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣、服務(wù)性能最高、與百姓生活關(guān)聯(lián)最
緊密的巨型復雜航天系統(tǒng)。作為我國自主創(chuàng)新的結(jié)晶，北斗系統(tǒng)的
前 言
發(fā)展?jié)饪s著我國科技創(chuàng)新的非凡之路。
從 1994 年北斗一號工程立項開始，到 2020 年 6 月 23 日北斗
三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星完成部署，26 年，44 次發(fā)射，中國先后
將 4 顆北斗一號衛(wèi)星，20 顆北斗二號衛(wèi)星，35 顆北斗三號衛(wèi)星送入
太空，完成了全球組網(wǎng)。在北斗系統(tǒng)研制建設(shè)過程中，形成了符合
國情的三步走發(fā)展戰(zhàn)略。面對缺乏頻率資源、沒有自己的原子
鐘和芯片等難關(guān)，廣大科技人員集智攻關(guān)，首獲占頻之勝、攻
克無鐘之困、消除缺芯之憂、破解布站之難，走出一
條自主創(chuàng)新的發(fā)展道路。
2000 年，我國建成北斗一號系統(tǒng)，向中國提供服務(wù)；2012 年，
建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；2020 年，建成北斗三號
系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。北斗系統(tǒng)具有以下特點：一是空間段采用
三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比，高軌衛(wèi)
星更多，抗遮擋能力強，尤其在低緯度地區(qū)其性能優(yōu)勢更為明顯；
二是提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式
提高服務(wù)精度；三是創(chuàng)新融合了導航與通信功能，具備定位導航授時、
星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多
種服務(wù)能力。
2020 年 7 月 31 日，習近平總書記出席北斗三號全球衛(wèi)星導航
系統(tǒng)建成暨開通儀式，宣布北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通。
此后，北斗系統(tǒng)提升質(zhì)量、拓展應(yīng)用、面向全球、深化合作，不斷
推動系統(tǒng)健康、穩(wěn)定、快速發(fā)展。經(jīng)全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)實時測
試表明，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行，服務(wù)性能穩(wěn)中
有升。北斗系統(tǒng)性能指標先進，全球范圍實測定位精度水平方向優(yōu)
于 2.5 m，垂直方向優(yōu)于 5.0 m，測速精度優(yōu)于 0.2 m/s，授時精度優(yōu)
于 20 ns，系統(tǒng)連續(xù)性指標提升至 99.998%。北斗三號全球衛(wèi)星導航
系統(tǒng)正在高可靠、高質(zhì)量運行，在多個方面取得重要成績。
仰望星空，北斗璀璨。腳踏實地，行穩(wěn)致遠。
北斗系統(tǒng)歷經(jīng) 26 載，北斗系統(tǒng)工程總師楊長風院士曾將北斗衛(wèi)
星導航系統(tǒng)比喻為五千萬工程，即調(diào)動千軍萬馬、歷經(jīng)千難萬
險、付出千辛萬苦、走進千家萬戶、造福千秋萬代。中國北斗，
服務(wù)全球，這是北斗系統(tǒng)不變的初心，更是時代賦予北斗系統(tǒng)的
歷史使命。北斗系統(tǒng)秉承中國的北斗、世界的北斗、一流的北斗
發(fā)展理念，踐行自主創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作、攻堅克難、追求卓越的
北斗精神，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供重要時空信息保障，是中國實施改
革開放 40 余年來取得的重要成就之一，是中華人民共和國成立 70
余年來重大科技成就之一，是中國貢獻給世界的全球公共服務(wù)產(chǎn)品。
中國愿與世界各國共享北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展成果，促進全球衛(wèi)星導航
事業(yè)蓬勃發(fā)展，為服務(wù)全球、造福人類貢獻中國智慧和力量。
展望未來，征途漫漫。
計劃到 2035 年，以北斗系統(tǒng)為核心，建設(shè)完善更加泛在、更加
融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系。
習近平總書記指出：探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航
天強國，是我們不懈追求的航天夢。今年是中國共產(chǎn)黨成立 100
周年，恰逢中國航天事業(yè)創(chuàng)建 65 周年。在黨中央的親切關(guān)懷和堅強
領(lǐng)導下，中國航天有力支撐了國防能力提升和國民經(jīng)濟建設(shè)。北斗
系統(tǒng)的建設(shè)實踐，走出了在區(qū)域快速形成服務(wù)能力、逐步擴展為全
球服務(wù)的中國特色發(fā)展路徑，豐富了世界衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展模式。
斗轉(zhuǎn)星移，北斗前進的腳步?jīng)]有停止，創(chuàng)新發(fā)展的精神也不會停歇。
北斗系統(tǒng)能否發(fā)展壯大并贏得國內(nèi)外市場，取決于用戶對北斗
衛(wèi)星導航系統(tǒng)的認識。為了讓更多的用戶、科研和管理人員能夠快
速、全面地了解衛(wèi)星導航系統(tǒng)內(nèi)涵，更好地認識和用好北斗衛(wèi)星導
航系統(tǒng)，我們組織編寫了本書。全書分為知識篇、技術(shù)篇、應(yīng)用篇、
發(fā)展篇四個部分，從衛(wèi)星導航系統(tǒng)是什么、怎么干、干什么到未來
怎么發(fā)展，全面系統(tǒng)地講述了衛(wèi)星導航系統(tǒng)知識。
知識篇從五個維度講述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本概念，包括導航技
術(shù)的發(fā)展簡史、全球衛(wèi)星導航的標桿美國的 GPS、全球衛(wèi)星導
航系統(tǒng) (GNSS）、北斗系統(tǒng)的前世今生、北斗衛(wèi)星導航工程。技術(shù)篇
從五個維度講述衛(wèi)星導航系統(tǒng)的工作原理和性能，包括衛(wèi)星導航系
統(tǒng)工作原理、導航接收機工作原理、衛(wèi)星導航系統(tǒng)性能指標、衛(wèi)星
導航系統(tǒng)對抗措施、衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)。應(yīng)用篇從六個維度講述北
斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應(yīng)用模式，包括北斗系統(tǒng)服務(wù)類型、定位服務(wù)、
導航服務(wù)、授時服務(wù)、短報文通信與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、北斗系統(tǒng)應(yīng)用
公眾關(guān)注熱點。發(fā)展篇給出衛(wèi)星導航系統(tǒng)的四個發(fā)展方向，包括組
合導航、低軌導航與低軌導航增強系統(tǒng)、綜合 PNT 與微 PNT、衛(wèi)星
導航系統(tǒng)與通信系統(tǒng)融合。各篇內(nèi)容相對獨立，相信可以讓更多的
用戶、科研和管理人員系統(tǒng)地理解衛(wèi)星導航系統(tǒng)內(nèi)涵，推進北斗衛(wèi)
星導航及其增強系統(tǒng)的規(guī)�；a(chǎn)業(yè)化和國際化應(yīng)用。
在本書成稿過程中，得到了相關(guān)專家的指導和幫助。中國空間
技術(shù)研究院總體部皇甫松濤高工，遙感部崔勇軍高工，通導部董海
青研究員、申楊赫高工編寫了知識篇部分內(nèi)容；中國空間技術(shù)研究
院通導部聶欣研究員、總體部徐峰高工、航天工程研究所陳雷高工
編寫了技術(shù)篇部分內(nèi)容；中國空間技術(shù)研究院通導部常希諾高工、
康成斌研究員、劉慶軍高工，總體部徐峰高工，遙感部劉彬高工編
寫了應(yīng)用篇部分內(nèi)容；中國空間技術(shù)研究院通導部張弓高工、張建
軍高工，中國空間技術(shù)研究院航天恒星科技有限公司云崗地面站劉
天惠工程師編寫了發(fā)展篇部分內(nèi)容。在此，感謝大家對本書所作出
的努力！
衛(wèi)星導航系統(tǒng)涉及多個學科的專業(yè)知識，相關(guān)工作隨著我國北
斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設(shè)而發(fā)展，限于作者專業(yè)水平，工作之余成稿
時間倉促，難免存在不妥與疏漏之處，敬請讀者批評指正。
劉天雄
二○二一年國慶節(jié)于北京
劉天雄，博士，中國空間技術(shù)研究院研究員。
第一篇 知 識 篇
導航技術(shù)的發(fā)展簡史
1. 什么是定位？什么是導航？什么是授時？ / 6
2. 古代的人們靠什么導航？ / 11
3. 導航技術(shù)的發(fā)展歷史是怎樣的？ / 15
4. 陸基無線電導航系統(tǒng)主要有哪些？ / 17
5. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展歷史是怎樣的？ / 19
6. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)有哪些局限性？ / 32
全球衛(wèi)星導航的標桿 美國的 GPS
1. 世界第一個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)是哪個？ / 38
2. 為什么說 Bradford Parkinson 是衛(wèi)星導航系統(tǒng)之父？ / 43
3. 美國為什么要啟動 GPS 現(xiàn)代化計劃？ / 48
全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）
1. 什么是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)？ / 55
2. 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的工作原理是什么？ / 60
3. 北斗系統(tǒng)和 GPS 播發(fā)的導航信號一樣嗎？ / 67
4. 什么是 GNSS 兼容互操作技術(shù)？ / 71
5. 什么是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的增強系統(tǒng)？ / 79
目 錄
第一章第二章第三章
II
導航中國
北斗導航知識問答
北斗系統(tǒng)的前世今生
1. 北斗系統(tǒng)的三步走戰(zhàn)略是什么？ / 84
2. 北斗系統(tǒng)共發(fā)射了多少顆衛(wèi)星？ / 93
3. 如果一顆北斗衛(wèi)星失效，會影響系統(tǒng)運行嗎？ / 96
4. 既然有 GPS，且對全球民用服務(wù)免費使用，為什么我國還要
建設(shè)自己的北斗系統(tǒng)？ / 101
5. 北斗一號衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點是什么？ / 105
6. 北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點是什么？ / 111
7. 北斗三號衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點是什么？ / 114
8. 同 GPS 相比，北斗系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢？ / 124
北斗衛(wèi)星導航工程
1. 北斗系統(tǒng)由哪些部分組成？ / 127
2. 導航衛(wèi)星由哪些部分組成？ / 133
3. 導航衛(wèi)星軌道設(shè)計需要考慮哪些因素？ / 137
4. 北斗系統(tǒng)為什么要選擇混合軌道星座設(shè)計？ / 142
5. 北斗系統(tǒng)是軍用系統(tǒng)還是民用系統(tǒng)？ / 145
6. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)民用和軍用有什么區(qū)別？ / 148
7. 什么是北斗系統(tǒng)的時間和空間基準？ / 150
第二篇 技 術(shù) 篇
衛(wèi)星導航系統(tǒng)工作原理
1. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)無線電導航業(yè)務(wù)（RNSS）的工作原理是什么？ / 157
2. 北斗系統(tǒng)無源定位與有源定位的區(qū)別是什么？ / 164
3. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)為什么要規(guī)定坐標框架和時間基準？ / 165
4. 北斗衛(wèi)星播發(fā)的導航信號中含有哪些信息？ / 170
第四章第五章第六章
目 錄
III
導航接收機工作原理
1. 北斗接收機由哪些部件組成？ / 176
2. 接收機是怎么計算出用戶位置的？ / 183
3. 用戶接收機的典型實現(xiàn)方案是什么？ / 188
4. 支持北斗系統(tǒng)的手機有哪些？ / 194
5. 如何區(qū)分北斗接收機硬件產(chǎn)品性能優(yōu)劣？ / 197
6. 為什么北斗接收機有時工作會不穩(wěn)定？ / 198
7. 北斗系統(tǒng)如何實現(xiàn)短報文通信服務(wù)？ / 203
8. 接收北斗信號的典型芯片有哪些？ / 206
9. 全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容互操作是什么意思？ / 214
衛(wèi)星導航系統(tǒng)性能指標
1. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標有哪些？ / 221
2. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的誤差有哪些？ / 230
3. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的安全性如何？存在哪些薄弱環(huán)節(jié)？ / 233
衛(wèi)星導航系統(tǒng)對抗措施
1. 美國 GPS 為什么制定選擇可用性（SA）措施，為什么又主
動放棄了，還會重啟嗎？ / 243
2. 美國 GPS 反電子欺騙（AS）技術(shù)主要包括哪些內(nèi)容？ / 247
3. 美國為什么要提出導航戰(zhàn)？ / 250
4. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的授時戰(zhàn)是什么意思？ / 259
5. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)綜合 PNT 體系是什么概念？ / 262
衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)
1. 為什么要建設(shè)衛(wèi)星導航星基增強系統(tǒng)？ / 267
2. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的增強系統(tǒng)有哪些種類？ / 272
3. 什么是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的差分改正系統(tǒng)？ / 275
4. 衛(wèi)星導航系統(tǒng)連續(xù)運行參考站的工作原理是什么？ / 279
5. 北斗系統(tǒng)的星基增強系統(tǒng)（BDSBAS）性能如何？ / 288
第七章第八章第九章第十章
IV
導航中國
北斗導航知識問答
6. 什么是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的地基增強系統(tǒng)（GBAS）？ / 294
7. 什么是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的機載增強系統(tǒng)（ABAS）？ / 300
8. 什么是低軌衛(wèi)星導航系統(tǒng)？ / 302
9. 什么是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的低軌增強系統(tǒng)？ / 312
第三篇 應(yīng) 用 篇
北斗系統(tǒng)服務(wù)類型
1. 北斗系統(tǒng)提供哪些服務(wù)？ / 319
2. 北斗系統(tǒng)定位導航和授時服務(wù)是否收費？ / 328
定位服務(wù)
1. 如何利用北斗系統(tǒng)進行大地測量和地籍測量？ / 330
2. 北斗系統(tǒng)如何助力珠峰高度測量？ / 333
3. 北斗系統(tǒng)如何實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測？ / 339
4. 2020 年武漢新冠疫情阻擊戰(zhàn)中，北斗系統(tǒng)發(fā)揮了什么作用？ / 342
5. 北斗系統(tǒng)在路橋施工中有什么作用？ / 344
6. 北斗系統(tǒng)如何為老人兒童提供安全保障服務(wù)？ / 347
7. 北斗系統(tǒng)如何促進精準農(nóng)業(yè)發(fā)展？ / 349
8. 衛(wèi)星導航技術(shù)在野化放歸大熊貓時是如何發(fā)揮作用的？ / 353
9. 智慧城市中北斗系統(tǒng)如何發(fā)揮作用？ / 356
10. 北斗系統(tǒng)在物流運輸管理中如何發(fā)揮作用？ / 358
導航服務(wù)
1. 什么是動態(tài)交通導航？ / 359
2. 北斗系統(tǒng)如何在車輛導航中應(yīng)用？ / 361
3. 北斗系統(tǒng)如何支持農(nóng)機導航？ / 364
4. 北斗系統(tǒng)如何監(jiān)控鐵路運營？ / 368
5. 如何利用北斗系統(tǒng)確認船舶方向、位置、航速和時間？ / 372
6. 如何利用北斗系統(tǒng)實現(xiàn)民航飛機導航服務(wù)？ / 375
第十一章
第
十二章
第
十三章
目 錄
V
7. 空間中的衛(wèi)星如何利用北斗系統(tǒng)確定軌道位置？ / 377
8. 北斗系統(tǒng)如何為無人機提供服務(wù)？ / 379
授時服務(wù)
1. 北斗系統(tǒng)如何為通信系統(tǒng)提供時間同步服務(wù)？ / 381
2. 北斗系統(tǒng)如何為電力系統(tǒng)提供時間同步服務(wù)？ / 385
3. 北斗系統(tǒng)如何為金融網(wǎng)絡(luò)提供時間同步服務(wù)？ / 392
4. 授時戰(zhàn)的內(nèi)涵是什么？ / 397
短報文通信與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)
1. 北斗系統(tǒng)的短報文通信服務(wù)是什么？ / 399
2. 發(fā)生緊急事件時，如何利用北斗系統(tǒng)傳遞信息？ / 401
北斗系統(tǒng)應(yīng)用公眾關(guān)注熱點
1. 在日常生活中，北斗系統(tǒng)與我們有什么關(guān)系？ / 404
2. 北斗系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事對抗嗎？ / 407
3. 北斗系統(tǒng)第一知多少？ / 408
4. 北斗系統(tǒng)在全世界任何地點都能提供服務(wù)嗎？ / 411
5. 怎樣知道自己的手機是否支持北斗系統(tǒng)導航？ / 413
第四篇 發(fā) 展 篇
組合導航
1. 什么是組合導航系統(tǒng)？ / 421
2. 北斗系統(tǒng)與慣導系統(tǒng)如何組合？ / 424
3. 北斗系統(tǒng)與視覺導航系統(tǒng)如何組合？ / 428
第
十四章
第
十五章
第
十
六
章
第
十
七
章
VI
導航中國
北斗導航知識問答
低軌導航與低軌導航增強系統(tǒng)
1. 低軌導航系統(tǒng)的工作原理是什么？ / 430
2. 目前國內(nèi)外有多少低軌導航系統(tǒng)？ / 432
3. 低軌導航增強系統(tǒng)的工作原理是什么？ / 435
4. 目前國內(nèi)外有多少低軌導航增強系統(tǒng)？ / 439
綜合 PNT 與微 PNT
1. 什么是綜合 PNT 體系？ / 441
2. 什么是微 PNT 系統(tǒng)？ / 447
3. 什么是彈性導航系統(tǒng)？ / 451
衛(wèi)星導航系統(tǒng)與通信系統(tǒng)融合
1. 銥星對 GPS 增強的原理是什么？ / 454
2. 銥星 STL 信號如何提供獨立定位和授時服務(wù)？ / 457
3. 北斗系統(tǒng)如何與通信系統(tǒng)融合？ / 460
4. 一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點是什么？ / 469
5. 北斗全球組網(wǎng)之后，接下來的規(guī)劃是什么？ / 474
國外全球?qū)Ш较到y(tǒng)最新進展
1. 美國 GPS 提升戰(zhàn)時抗干擾能力的計劃是什么？ / 476
2. 俄羅斯 GLONASS 現(xiàn)代化進展如何？ / 481
3. 歐洲為什么要建設(shè) Galileo 衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其進展如何？ / 484
書單推薦
