北斗卫星定位仪

定义

卫星定位仪按所依赖的导航系统分为两大类，一类基于北斗系统，一类基于全球定位系统，北斗卫星定位仪即指前者^[1]。它与基于全球定位系统的产品在用途上大体相近，差别在于接收和处理的卫星信号来自不同系统^[1]。

从系统框架看，北斗卫星导航系统由空间段、地面段与用户段构成，定位仪属于用户段，是直接面向使用者的那一部分。按使用场景，它常被做成车载终端、船载终端以及手持或穿戴式终端等形态^[4]。

除定位、测速和授时外，部分北斗卫星定位仪还支持短报文通信，能在没有地面移动通信网络的地方收发文字消息^[2]。这种把定位与通信结合的设计，是北斗系统区别于其他卫星导航系统的一个特点^[5]。

原理

定位的第一步是获得接收机到卫星的距离。北斗定位仪不直接量取距离，而是测定卫星信号到达接收机的传播时延，再用时延换算距离^[6]。卫星与接收机各自产生相同的伪随机码，两段码对齐后即可读出时延；将时延乘以光速，就得到两者之间的距离^[6]。写成式子即 $\rho = c \cdot \Delta t$，其中 $\rho$ 为距离，$c$ 为光速，$\Delta t$ 为信号传播时间。

卫星上装有原子钟，为时延测量提供稳定的时间基准；接收机的时钟精度远低于卫星钟，因此测得的距离中含有钟差引起的误差，通常称为伪距^[6]。为同时解出三维坐标与接收机钟差，接收机需要观测至少 4 颗卫星^[7]。

在几何上，以每颗卫星所在位置为球心、以对应距离为半径作球面，3 个球面相交会得到两个交点，再依据用户位于地球表面这一约束舍去其中一个，即可定出用户所在位置，这就是三球交会定位原理^[8]。全球定位系统、格洛纳斯、伽利略与北斗四大卫星导航系统采用的几何原理相同^[8]。

按信号流向，北斗提供两种定位体制。无源定位对应卫星无线电导航业务(RNSS)，用户只接收信号，独立完成不少于 4 颗卫星的测距并自行解算位置、速度和时间；有源定位对应卫星无线电测定业务(RDSS)，用户机需向卫星发射信号，测距和位置计算由地面系统以应答方式完成^[2]。北斗二号、北斗三号同时保留两种体制，短报文通信即建立于 RDSS 之上^[9]。

发展历程

北斗卫星定位仪随北斗系统建设而逐步投入使用。1994 年北斗一号工程立项；2000 年发射 2 颗地球静止轨道卫星后系统建成并投入使用，采用有源定位体制，向中国用户提供定位、授时、短报文通信和广域差分等服务；2003 年又发射第 3 颗同类卫星以增强性能^[9]。这一阶段使中国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家^[9]。

2004 年北斗二号工程立项，2012 年完成 14 颗卫星发射组网，服务区域由中国扩展至亚太地区，并在兼容原有技术体制的前提下增加了无源定位体制，用户机不必再向卫星发信^[9]。2009 年北斗三号工程启动；2020 年 6 月 23 日，第 55 颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭送入轨道，30 颗组网卫星全部部署到位^[10]。2020 年 7 月 31 日，北斗三号全球卫星导航系统建成并正式开通服务^[11]。

终端与芯片环节同步推进，国产北斗芯片、模块等关键技术实现突破，多款芯片进入规模化应用，工艺水平达到 22 纳米，基础产品实现自主可控^[11]。2025 年，中国北斗产业总体产值突破 6290 亿元^[3]。

应用

交通运输是北斗终端应用规模较大的领域。按 2025 年公布的数据，全国营运车辆中超过 1200 万辆安装了北斗系统，车道级高精度导航覆盖 99% 以上的城乡道路^[3]。车载定位仪除实时定位和位置上传外，一般还具备超速报警、语音通话、油量监测等功能，部分产品支持远程断油断电与一键报警。

在海洋渔业中，2025 年约有 7 万艘渔船安装了北斗终端，用于海上遇险报警、搜救调度、渔船动态监管和短报文通信^[3]。船载终端多由定位通信单元和显控单元组成，可借助船电、太阳能和锂电池供电，以保持长期在线^[12]。

采用双频载波相位处理和差分技术的定位仪，可输出厘米级的位置与姿态信息，用于特种车辆、船舶和飞机的定位定向与测姿^[13]。手持与穿戴式终端接入地基增强系统后，定位精度同样可以达到厘米级^[4]。

北斗相关产品已出口到 140 多个国家和地区，用于基础设施安全监测、自然灾害预警和重大工程测绘等^[3]。

局限

有源定位需用户机主动向卫星发射信号，隐蔽性相对较差，位置解算依赖地面系统应答，完成一次定位需要一定时间。承担有源定位与短报文服务的是地球静止轨道卫星，此类卫星定点于亚太上空，相关服务目前只覆盖中国大陆及周边地区^[14]。

短报文通信的单次容量与发送节奏均有限。北斗三号区域短报文单次最长约 14000 比特，折合约 1000 个汉字；全球短报文单次最长约 560 比特，约合 40 个汉字。部分车载终端的短报文默认发送间隔约为 60 秒^[15]。

定位精度受系统能力与外部条件双重制约。单靠北斗系统本身的定位精度与可靠性尚有不足，要稳定实现车道级识别，还须配合地基增强系统、车道辅助设施等^[11]。未接入增强服务时，民用终端的水准精度多在数米至十米量级，例如某型船载终端的标称水平定位精度为优于 10 米^[12]。

导航信号由卫星单向播发，普通定位过程不会把用户信息回传，系统本身并不掌握哪些用户正在使用其定位服务^[6]。

参见

• 北斗卫星导航系统 —— 本词条所述定位仪所依托的卫星导航系统。

• 全球定位系统 —— 另一套全球卫星导航系统，常与北斗并列比较。

• 短报文通信 —— 北斗系统基于有源定位体制提供的双向报文通信服务。

• 地基增强系统 —— 用于提升卫星定位精度的地面参考站网络。

• 原子钟 —— 卫星上用于提供高精度时间基准的时钟。