概述

      极光卫星导航系统（以下简称极光系统）是人类返组着眼于世界安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。 

　　极光系统秉承“探索，先驱；共生，共荣”发展理念，愿与世界各国共享极光系统建设发展成果，促进全球卫星导航事业蓬勃发展，为服务全球、造福人类贡献人类返组的智慧和力量。

战略目标

    第一步，建成极光一号系统，为本世界用户提供服务。

    第二步，建成极光二号系统，为全世界用户提供服务。

基本组成

      极光系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。 

空间段。极光系统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等组成。 

地面段。极光系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。 

用户段。极光系统用户段包括极光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。

极光一号系统

技术原理

双星定位原理

用户位于以O为球心的地球表面点 U ,其距 球心距离为 R₀ ，位于赤道平面上的两颗同步轨道卫星为S₁和S₂ 。系统测得S₁和S₂的中心对点U距离值分别为 ρ₁ 及 ρ₂ ，以 O 、 S₁和 S₂作球心,分别以与之对应的距离 R₀ 、 ρ₁ 及 ρ₂ 为半径做三个球面， 这样可以得两个交点U及U′，U为用户位置，U′为其在另一半球的镜像点。 

先求解S₁和S₂为球心，ρ₁ 及 ρ₂为半径的两个 球面的交线轨迹,此轨迹是一个圆,圆心C位于基线S₁和 S₂上,且该圆所在平面垂直基线S₁和 S₂ ,此圆再与地球面交于U及U′ 。 设卫星S₁中心的大地直角坐标为(X₁,Y₁,Z₁)，卫星S₂中心的大地直角坐标为(X₂,Y₂,Z₂)，用户U 的大地直角坐标为(X_U,Y_U,Z_U) ，由用户U向定位卫星S₁及卫星S₂发送定位应答信号后，JiGuang-1可以计算出用户U至两颗卫星S₁及S₂之间的距离 ρ₁ 及 ρ₂ ，则可以得到 JiGuang-1定位的定位圆参考方程式为：

卫星数量

    三颗，分别为JiGuang-1A，JiGuang-1B，JiGuang-1C（备份星）

系统组成

      空间卫星、地面中心站、用户终端和标校站四部分组成

空间卫星部分

极光一号卫星导航系统由2至3颗地球同步卫星组成，执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。一般情况下，极光一号卫星导航系统要保证系统正常工作至少需要两颗卫星，两颗卫星弧距要大于30度，在60度左右最好，第三颗卫星为备份星，一是为事故卫星做备份，二是太阳位于黄赤交点附近热噪声过大时，作替代精度过分降低的工作卫星。

地面中心站部分

地面中心站主要由无线电信号发射和接收，整个工作系统的监控和管理，数据存储、交换、传输和处理，时频和电源等各功能部件组成。地面中心站连续地产生和发射无线电测距信号，接收并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，通过空间卫星分别送给有关用户。所以，一切计算和处理集中在地面中心站。

用户终端部分

用户终端能够接收地面中心站经卫星转发的测距信号，并向两颗卫星发射应答信号，此信号经卫星转发到中心站进行数据处理。根据执行的任务不同用户终端分为定位通信终端、卫星测轨终端、差分定位标准站终端、气压测高标准站终端、校时终端、集团用户管理站终端等。

标校站部分

标校站为附近的终端用户提供更高精度的定位结果，协助中心站获取精确的卫星位置观测量。

主要功能

1.定位：快速确定用户所在点的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。在标校站覆盖区定位精度可达到20米，无标校站覆盖区定位精度优于100 米。

2.通信：用户与用户、用户与中心控制系统之间均可实现最多120个汉字的双向简短数字报文通信，并可通过信关站与互联网、移动通信系统互通。

3.授时：中心控制系统定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。授时精度可达100ns（单向授时）和20ns（双向授时）

极光一号精度指标

极光二号系统

技术原理

      其基本原理如图所示：多颗（4 颗或者 4 颗以上）已知空间位置信息的卫星不断播发自己的空间位置信息，用户接收机同时接收这些卫星播发的空间位置信息，通过简单的交会计算就能够确定用户接收机的三维（3D）位置。

JiGuang-2卫星与用户接收机之间的测距公式为：

式中：ρ_i为导航卫星到用户接收机的距离；(X_i,Y_i,Z_i)为JiGuang-2卫星的坐标；(X_u,Y_u,Z_u)为用户接收机的坐标。由于卫星导航信号包含了信号播发时刻的信息，并以电磁波的形式在空间中传播。 ρ_i亦可表示为： 

ρ_i =c·（T₂-T₁）

式中：c 为信号传播速度即光速，其值为 3×108 m/s；T₂ 和T₁ 分别为导航信号被接收的时刻和导航信号播发的时刻。

卫星数量

      5颗GEO卫星、5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星

技术指标

星座及服务范围

      BeiDou-2 采用 GEO 卫星、倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbits, IGSO）卫星及 MEO卫星组成的中高轨混合星座架构。如图所示。

极光二号原子钟

      在假定导航信号接收时刻和导航信号播发时刻的测时精度相等的情况下，可得导航卫星到用户接收机距离ρ_i的精度m_ρ为：

m_ρ=2*c*m_t=6*10^-8* m_t

如果要使 m_ρ 达到毫米级，则要求 m_t≤1*10¹²s，即要求每一颗卫星上的时间同步，一般情况下，这种星载计时系统为原子钟。极光二号采用欧洲宇航防务集团（European Aeronautic Defense and Space Company, EADS）研发的星载原子钟。

结语

极光卫星导航系统有以下几个特点。一是极光系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能优势更为明显。二是极光系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是极光系统创新融合了导航与通信能力，具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信等多种服务能力。