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#船长专栏# 乘风破浪的“北斗”

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海创船长 海创船长 发表于

世间万物都在时间和空间中永恒交替,“导航”是在时间维度上的空间延展行为,它的产生引出了一个哲学问题“我从哪里来?将要到哪去?”我们都在时间和空间中变化,对于导航,从GPS开始就是我们最熟悉存在,而今天,一个即将步入而立之年的北斗,乘风破浪而来。

 

2020623日,北斗最后一颗组网卫星成功发射,这是北斗的一个“成人礼”。北斗自己也在时间的洗练,时代的洪流中不断更新对世界万物、对时空观念提问的能力。我们从时间和空间里辨认自己,我们关心当下,更期待日新月异的未来。北斗努力与超越,不馁与坚定,一切过往皆为序章,直挂云帆,乘风破浪。为了庆祝北斗的成人礼,让我们先从头了解北斗的“成长史”。

 

北斗“三步走”

 

北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主建设、独立运行的卫星导航系统,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空间基础设施。北斗的建设实施“三步走”发展战略:

 

12000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;

22012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;

32020年,建成北斗全球系统,向全球提供服务。

 

“北一”筚路蓝缕

 

北斗一号是北斗卫星导航试验系统,于1994年启动建设。2000年发射2颗地球静止轨道卫星,建成系统并投入使用。北斗一号采用有源定位体制,为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务。2003年发射第三颗地球静止轨道卫星,进一步增强系统性能。

 

北斗一号属于典型的RDSS(卫星无线电定位系统-radio determination satel-lite system)体制,即基于用户应答定位原理来获得定位与位置报告,同时还提供短报文通信服务。此外,基于前方交会原理,已知卫星位置,通过时差测距,利用地面高程还可以求出未知点位置。但是北斗一号存在用户容量有限、不适用于高速物体定位、容易暴露用户目标等问题。

 

图片来源:作者自制

 

“北二”厚积薄发

 

北斗二号是多星区域无源导航系统,2004年启动北斗二号系统工程建设,2012年底完成14颗卫星(5GEO5IGSO4MEO)发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地用户提供定位、测速、授时、广域差分和短报文通信服务。可与GPS兼容,定位精度与GPS相当。

 

图片来源:作者自制

 

“北三”乘风破浪

 

2009年北斗启动全球系统建设,并于2018年面向“一带一路”沿线及周边国家提供基本服务。2020年将完成35颗卫星发射组网,为全球用户提供服务。

 

20153月,为了进行新技术验证,发射了首颗新一代北斗导航卫星,标志着北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。该卫星属于倾斜同步轨道卫星,由中国科学院研制,主要瞄准北斗系统全球组网需求,承担新型导航信号体制、星间链路等新技术试验验证任务。

 

2015-2016年,完成了5颗北斗三号卫星试验验证,全面突破系统核心关键技术并完成地面验证,卫星状态基本固化。2017115日,以“一箭双星”方式成功发射北斗三号第一、二颗组网卫星,正式开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。2020616日最后一颗组网卫星成功发射收官。

 

北斗三号是北斗系统从区域走向全球的决定性阶段,采用更高性能的铷原子钟和氢原子钟,铷原子钟天稳定度为E-14量级,氢原子钟天稳定度为E-15量级。通过采用新的技术,北斗的性能得到大幅提升,空间信号精度(SIS)优于0.5m。北斗三号提供RNSS无源服务+RDSS有源服务,支持星间链路自主运行,同时北斗三号保留了北斗二号短报文功能,且与GPS兼容互操作。北斗三号在服务区内免费提供定位、测速和授时服务,可以向授权用户提供更安全、精度更高的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。下面,让我们来更详细地了解北斗三号的新特性。

 

C位北斗(图片来源:作者自制)

 

1. 混合星座

 

北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,由若干地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中圆地球轨道卫星(MEO)三种轨道卫星组成混合导航星座。包括5颗地球静止轨道卫星、3颗地球同步倾斜轨道卫星,27颗地球中轨道卫星。

 

与其他卫星导航系统相比,北斗系统的高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区,性能特点更为明显。混合星座为我国及周边地区提供更多地可见卫星数目,更长的连续观测时间和更高精度的差分导航服务。

 

 图片来源:作者自制

 

2. 多频服务

 

北斗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。

 

3. 功能扩展

 

北斗系统创新融合了导航与通信能力,具备五大功能:实时导航、快速定位、精确授时、位置报告、短报文通信。短报文服务与微博类似,每条可发120字。

 

4. 地基增强

 

北斗地基增强系统是北斗系统服务体系的重要组成部分,建成以北斗为主兼容其他系统的高精度位置服务系统。由基准站网络(含框架网基准站和加密网基准站)、通信网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统和用户终端组成。

 

图片来源:作者自制

 

基准站接收卫星导航信号后,通过数据处理解算形成导航卫星精密轨道和钟差等差分增强信号,经卫星、广播、移动通信等手段实时播发给应用终端,应用终端利用差分增强信息修正误差,实现米、分米、厘米级以及后处理毫米级服务。

 

卫星导航系统是全球性公共资源,秉持和践行“中国的北斗,世界的北斗”的发展理念,服务全世界人民。乘风破浪站C位,北斗导航要学会!

 

本文中标明来源的图片已获得授权

本文转载”中国科普博览“公众号(kepubolan

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  • 沙发

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:48:56

    北斗最后一颗组网卫星成功发射

  • 板凳

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:55:10

    2020年,建成北斗全球系统,向全球提供服务。 

  • 凉席

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:55:45

    北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主建设、独立运行的卫星导航系统

  • 地板

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:56:08

    北斗一号属于典型的RDSS(卫星无线电定位系统-radio determination satel-lite system)体制

  • 5楼

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:56:23

    但是北斗一号存在用户容量有限、不适用于高速物体定位、容易暴露用户目标等问题。

  • 6楼

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 11:59:52

    北斗一号是北斗卫星导航试验系统

  • 7楼

    xiaoxiaozhu1986 2020-06-23 12:13:15

    时代的洪流中不断更新对世界万物

  • 8楼

    vvjjun 2020-06-23 16:31:32

    北斗是不是可以到厘米级?

  • 9楼

    vvjjun 2020-06-23 16:32:34

    北斗卫星导航系统(BDS)是中国自主建设、独立运行的卫星导航系统,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空间基础设施。

  • 10楼

    vvjjun 2020-06-23 16:35:08

    北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,由若干地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中圆地球轨道卫星(MEO)三种轨道卫星组成混合导航星座。

    vvjjun 2020-06-23 16:35:58

    回复 vvjjun 包括5颗地球静止轨道卫星、3颗地球同步倾斜轨道卫星,27颗地球中轨道卫星。