北斗卫星系统的坐标与时间系统简介

　　北斗卫星系统是我国自主建立的全球卫星导航系统，包括北斗二号和北斗三号两个系统。它不仅能够提供全球范围内的定位、导航和授时服务，还能为各种应用提供精确的空间广播服务。北斗卫星系统的坐标与时间系统是保证其正常运行的基本要素之一。本文将从坐标系、轨道选址、时间系统和服务内容四个方面对北斗卫星系统的坐标与时间系统进行介绍。

　　

1、坐标系

北斗卫星系统使用的是地心惯性参考系Inertial Reference Frame，即惯性坐标系。这样做的好处是可以让卫星的运动与地球的转动相互独立，简化了定位计算模型。而且，惯性坐标系的坐标轴具有固定的空间方向，容易与其他星座的坐标系实现兼容和转换。

 

　　但是，由于地球自转的影响，用惯性坐标系表示的卫星轨道并不是恒定不变的，必须在惯性坐标系中实时维护一个参考时刻，并借助地球自转角速度对卫星的轨道进行修正，从而得到与地球转动同步的真实轨道。

　　为了便于在地面上进行计算和测定，北斗卫星系统引入了一个测量坐标系Measurement Coordinate System，即测量坐标系。测量坐标系顾名思义就是利用卫星和地面接收机测量距离推算出的坐标，它是以接收机为中心的地面坐标系或者被称作地固坐标系，用于描述卫星轨道的过境位置，具有更直观、更实用的意义。

　　

2、轨道选址

北斗卫星系统采用的是中纬度倾斜地球同步轨道Medium Earth Orbit，也就是介于地球低轨和地球静止轨道之间的轨道，卫星高度大约在21000公里左右，轨道倾角为55度。这样设计的轨道具有全球范围内的连续覆盖能力，能够克服地球曲率和大气层折射的影响，在全天候、全天时、全球范围内提供高精度、高可靠的导航和定位服务。

 

　　为了保证导航和定位的精确度和可靠性，北斗卫星系统除了采用多星协同地覆盖的方式外，还采取了“三红一伪”（即三颗导航卫星和一颗信标卫星）的强信号配置，对卫星轨道进行了平面分离和高度分层管理，充分利用了卫星的数量和位置优势，降低了卫星系统的综合误差。

　　

3、时间系统

北斗卫星系统时间系统采用卫星用户接口时间Satellite User Interface Time（SUIT），它是使用中的卫星导航系统中的一个标准时间系统，具有较高的可靠性和稳定性。SUIT的基本单位是毫秒级别的SUIT second，它与地球时EDT、GPS时间以及国际原子时TAI之间存在一定的差异（时差），需要进行相应的修正。

 

　　为了保证北斗卫星系统的精度和时效性，北斗卫星系统将世界时UTC和GPS时差广播到用户终端，用户终端按照广播的时差调整接收到的卫星时间，具体而言，以卫星发送信号的瞬间起点作为时间参考，通过测量信号传播时间差计算得到接收机距离各个卫星的距离，再根据距离计算出当前接收机的三维坐标，进而实现其导航和定位功能。

　　此外，北斗卫星系统还开发了高稳定度、高精度的卫星原子钟，来确保卫星时间信号的稳定性和准确性，为系统提供了可靠的时间基准。

　　

4、服务内容

北斗卫星系统的坐标与时间系统不仅是为了保证系统的正常运行，也是实现卫星导航和定位服务的重要基础。北斗卫星系统提供的主要服务包括：

 

　　（1）位置服务：通过北斗卫星系统，用户可以获取自身所处位置的三维坐标，实现车辆导航、手机定位、物流追踪等应用。

　　（2）授时服务：北斗卫星系统可以为用户提供高精度、可靠的时间信号，满足金融、航空、电信等领域对时序数据的要求。

　　（3）紧急救援：北斗卫星系统不仅可以提供定位和导航服务，还可以在紧急情况下向用户发送紧急信息和预警信号，为人类生命安全提供重要保障。

　　总结：

　　北斗卫星系统的坐标与时间系统采用自主设计的惯性坐标系，使用中纬度倾斜地球同步轨道，通过广播SUIT时间和GPS时差，提供位置、授时、紧急救援等广泛的卫星导航服务，为中国国内以及世界各地用户提供了高精度、高可靠的导航和定位方式，具有重要的经济、社会和战略意义。

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