北斗三號衛星本月首射,北斗系統為何如此重要?

月光下的溫唇

北斗三號是繼北斗一號、二號之後,我國北斗系統“三步走”發展戰略的第三步,在技術更先進、建設規模更大、系統性更強的同時,還從區域走向了全球,預計到2020年左右,實現全球服務能力,讓世界共享中國智慧,真正實現“中國的北斗、世界的北斗”。

再回到題主的問題,北斗系統為何如此重要?其實很多人都有類似的疑問,既然都有GPS,而且人們用的這麼方便了,為什麼中國還要建自己的北斗?

首先,北斗是我國一項重要的基礎設施,對我國的國民生產、生活的各個領域都有著舉足輕重的作用。其次,北斗衛星導航系統有著軍民雙重屬性,對國家的信息安全、國防軍事有著重大的影響。再者,北斗衛星導航系統帶來的經濟效應也很顯著,圍繞北斗系統的建設,可形成上下游可觀的產業體系。第四,自主的衛星定位導航系統還是應對重大自然災害的有力保障。

相反,如果沒有自己的導航定位系統,勢必就要依賴國外的,如此一來,安全性和可靠性都沒有保障,相當於總有軟肋捏在別人手裡。過去我們依賴美國的GPS,尤其是電力、金融證券和移動通信等重要領域,從安全角度來看,擁有自主可控的系統不可謂不重要。

可喜的是,現如今,我們不僅有自己的衛星導航系統,而且中國北斗有很多自己的獨特之處。如正在組網的北斗三號採用的星間鏈路技術、短報文功能等。不久的將來,隨著北斗三號的全面組網,北斗系統將會服務全球,到那時,我們不僅可以從根本上擺脫受制於人的局面,而且我國的國際地位、綜合實力也將隨之提升。


留白說

從軍事上說,沒有自己的導航系統就是睜眼瞎。

在1996年臺海危機時期,中國大陸為了表示決心,在東海海域展開了軍演,軍演過程當中發射了三枚導彈,但是這三枚導彈中,只有第一枚準確命中目標,而剩下的兩枚則很快失去了信號,最終不知所蹤。後來得知,是美國人對GPS信號做了手腳。

要知道,現代化戰爭實在太依賴衛星導航系統的導航作用了,沒有了導航系統,就好像瞎子一樣,根本就是寸步難行。所以把這麼一個命脈交給美國的系統,不管怎麼樣都是非常愚蠢的行為。而就是這次危機之後,我國才下定決心,一定要做自己的導航系統。

↑衛星定位系統在現代戰爭十分重要↑

最近發生的美國對敘利亞的空襲事件中,來自千尋位置的一小則新聞讓我們再次見識到了美國人對於GPS資源的把控是有多麼可怕:

【通過國家北斗地基增強系統“全國一張網”連續監測發現,自北京時間4月13日晚上8時起,美國GPS系統部分衛星L2信號突然增強,信號強度為平時的兩倍以上,這會導致使用L2頻點的部分用戶終端出現異常。】

可以說,美國又把當初對中國幹過的事情重新做了一遍——通過釋放干擾信號讓敘利亞政府的GPS導航完全失靈,由此造成了大量武器的失效。現在回頭看看,真的是一身的冷汗。

從民用上說,導航系統利潤巨大。

除了我們熟知的導航和短報文功能外,北斗系統還可以在城市燃氣、城鎮供熱、電力電網、供水排水、智慧交通、智慧養老等多種行業廣泛運用,所以北斗的作用要比我們想象中的大得多。

下面這張圖僅僅是國內衛星導航市場的規模,可以看到,在2016年,其規模就已經達到了2000億元,更加不用說全球市場。所以這麼大一塊蛋糕,不知道可以養活多少相關從業人員、創造多少稅收,從這個角度上看,也一定不能夠把這塊肥肉白白送給美國。

↑國內衛星導航市場規模↑

同時也應該注意到,有了導航系統,對於整個社會效率的提升都是巨大的,由此帶來的經濟利益更加是不可估量。

所以發展北斗衛星導航系統,實在是功在當代、利在千秋的偉大事業!


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北斗衛星導航系統是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要,自主建設、獨立運行的衛星導航系統,是

為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。

20世紀後期,中國開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路,逐步形成了三步走發展戰略:

2000年年底,建成北斗一號系統,向中國提供服務;

2012年年底,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務。

目前,我國正在實施北斗三號系統建設。

根據系統建設總體規劃,計劃2018年,面向“一帶一路”沿線及周邊國家提供基本服務;2020年前後,完成35顆衛星發射組網,為全球用戶提供服務。

北斗系統的建設實踐,實現了在區域快速形成服務能力、逐步擴展為全球服務的發展路徑,豐富了世界衛星導航事業的發展模式。

北斗系統具有以下特點:

一是北斗系統空間段採用三種軌道衛星組成的混合星座,與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多,抗遮擋能力強,尤其低緯度地區性能特點更為明顯。

二是北斗系統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精度。

三是北斗系統創新融合了導航與通信能力,具有實時導航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。


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系統構成

北斗衛星導航系統空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成,中國2012年左右, “北斗”系統覆蓋亞太地區,2020年左右覆蓋全球。中國正在實施北斗衛星導航系統建設,已成功發射16顆北斗導航衛星。根據系統建設總體規劃,2012年左右,系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力。2016年7月23日中國衛星導航系統管理辦公室總工程師張春領在南京舉行的“2016中國北斗與物聯產業技術研討會”上表示,中國自主研製的北斗衛星導航系統,已初步具備向全球拓展的基礎,該系統將於2018年形成面向“一帶一路”沿線國家的服務能力,2020年形成全球服務能力。

定位原理

35顆衛星在離地面2萬多千米的高空上,以固定的週期環繞地球運行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

由於衛星的位置精確可知,在接收機對衛星觀測中,我們可得到衛星到接收機的距離,利用三維座標中的距離公式,利用3顆衛星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差,實際上有4個未知數,X、Y、Z和鐘差,因而需要引入第4顆衛星,形成4個方程式進行求解,從而得到觀測點的經緯度和高程。

事實上,接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星,這時,接收機可按衛星的星座分佈分成若干組,每組4顆,然後通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位,從而提高精度。

衛星定位實施的是“到達時間差”(時延)的概念:利用每一顆衛星的精確位置和連續發送的星上原子鐘生成的導航信息獲得從衛星至接收機的到達時間差。

衛星在空中連續發送帶有時間和位置信息的無線電信號,供接收機接收。由於傳輸的距離因素,接收機接收到信號的時刻要比衛星發送信號的時刻延遲,通常稱之為時延,因此,也可以通過時延來確定距離。衛星和接收機同時產生同樣的偽隨機碼,一旦兩個碼實現時間同步,接收機便能測定時延;將時延乘上光速,便能得到距離。

每顆衛星上的計算機和導航信息發生器非常精確地瞭解其軌道位置和系統時間,而全球監測站網保持連續跟蹤。

衛星導航原理

蹤衛星的軌道位置和系統時間。位於地面的主控站與其運控段一起,至少每天一次對每顆衛星注入校正數據。注入數據包括:星座中每顆衛星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數據是在複雜模型的基礎上算出的,可在幾個星期內保持有效。

衛星導航系統時間是由每顆衛星上原子鐘的銫和銣原子頻標保持的。這些星鍾一般來講精確到世界協調時(UTC)的幾納秒以內,UTC是由美國海軍觀象臺的“主鍾”保持的,每臺主鐘的穩定性為若干個10^-13秒。衛星早期採用兩部銫頻標和兩部銣頻標,後來逐步改變為更多地採用銣頻標。通常,在任一指定時間內,每顆衛星上只有一臺頻標在工作。

衛星導航原理:衛星至用戶間的距離測量是基於衛星信號的發射時間與到達接收機的時間之差,稱為偽距。為了計算用戶的三維位置和接收機時鐘偏差,偽距測量要求至少接收來自4顆衛星的信號。

由於衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,使得民用的定位精度只有數十米量級。為提高定位精度,普遍採用差分定位技術(如DGPS、DGNSS),建立地面基準站 (差分臺)進行衛星觀測,利用已知的基準站精確座標,與觀測值進行比較,從而得出一修正數,並對外發布。接收機收到該修正數後,與自身的觀測值進行比較,消去大部分誤差,得到一個比較準確的位置。實驗表明,利用差分定位技術,定位精度可提高到米級。

系統功能

四大功能

正在加載北斗衛星導航系統

短報文通信:北斗系統用戶終端具有雙向報文通信功能,用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息。

可以達到一次傳送達120個漢字的信息。在遠洋航行中有重要的應用價值。

精密授時:北斗系統具有精密授時功能,可向用戶提供20ns-100ns時間同步精度。

定位精度:水平精度100米(1σ),設立標校站之後為20米(類似差分狀態)。工作頻率:2491.75MHz。

系統容納的最大用戶數:540000戶/小時。

軍用功能

正在加載北斗衛星導航系統

“北斗”衛星導航定位系統的軍事功能與GPS類似,如:運動目標的定位導航;為縮短反應時間的武器載具發射位置的快速定位;人員搜救、水上排雷的定位需求等。

這項功能用在軍事上,意味著可主動進行各級部隊的定位,也就是說大陸各級部隊一旦配備“北斗”衛星導航定位系統,除了可供自身定位導航外,高層指揮部也可隨時通過“北斗”系統掌握部隊位置,並傳遞相關命令,對任務的執行有相當大的助益。換言之,大陸可利用“北斗”衛星導航定位系統執行部隊指揮與管制及戰場管理。

民用功能

個人位置服務

當你進入不熟悉的地方時,你可以使用裝有北斗衛星導航接收芯片的手機或車載衛星導航裝置找到你要走的路線。

北斗衛星導航系統示意圖

氣象應用

北斗導航衛星氣象應用的開展,可以促進中國天氣分析和數值天氣預報、氣候變化監測和預測,也可以提高空間天氣預警業務水平,提升中國氣象防災減災的能力。

除此之外,北斗導航衛星系統的氣象應用對推動北斗導航衛星創新應用和產業拓展也具有重要的影響。

道路交通管理

衛星導航將有利於減緩交通阻塞,提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛星導航接收機和數據發射機,車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發到中心站。這些位置信息可用於道路交通管理。

鐵路智能交通

正在加載北斗衛星導航系統

衛星導航將促進傳統運輸方式實現升級與轉型。例如,在鐵路運輸領域,通過安裝衛星導航終端設備,可極大縮短列車行駛間隔時間,降低運輸成本,有效提高運輸效率。未來,北斗衛星導航系統將提供

高可靠、高精度的定位、測速、授時服務,促進鐵路交通的現代化,實現傳統調度向智能交通管理的轉型。

海運和水運

海運和水運是全世界最廣泛的運輸方式之一,也是衛星導航最早應用的領域之一。在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛星導航終端設備,使海上和水路運輸更為高效和安全。北斗衛星導航系統將在任何天氣條件下,為水上航行船舶提供導航定位和安全保障。同時,北斗衛星導航系統特有的短報文通信功能將支持各種新型服務的開發。

北斗衛星定位系統示意圖

航空運輸

當飛機在機場跑道著陸時,最基本的要求是確保飛機相互間的安全距離。利用衛星導航精確定位與測速的優勢,可實時確定飛機的瞬時位置,有效減小飛機之間的安全距離,甚至在大霧天氣情況下,可以實現自動盲降,極大提高飛行安全和機場運營效率。通過將北斗衛星導航系統與其他系統的有效結合,將為航空運輸提供更多的安全保障。

正在加載北斗衛星導航系統

應急救援

衛星導航已廣泛用於沙漠、山區、海洋等人煙稀少地區的搜索救援。在發生地震、洪災等重大災害時,救援成功的關鍵在於及時瞭解災情並迅速到達救援地點。北斗衛星導航系統除導航定位外,還具備短報文通信功能,通過衛星導航終端設備可及時報告所處位置和受災情況,有效縮短救援搜尋時間,提高搶險救災時效,大大減少人民生命財產損失。

指導放牧

2014年10月,北斗系統開始在青海省牧區試點建設北斗衛星放牧信息化指導系統,主要依靠牧區放牧智能指導系統管理平臺、牧民專用北斗智能終端和牧場數據採集自動站,實現數據信息傳輸,並通過北斗地面站及北斗星群中轉、中繼處理,實現草場牧草、牛羊的動態監控。2015年夏季,試點牧區的牧民就能使用專用北斗智能終端設備來指導放牧。

總而言之,要想成為強國必須要有自己的技術,自己的命運要把握在自己手裡。


瘋起來自己都害怕

我先跟你說一個事實。美軍是世界上擁有最多的制導彈藥,其中的大頭是GPS制導彈藥,據美軍說是上億件。幾年前,美國要升級GPS以反超北斗,美參謀長聯席會議主席在美國會作證說,如果升級GPS,制導彈藥更新需要很長時間,這段時期的美國安全誰負責?


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