“北斗”星移,導航定位系統

“北斗”星移,導航定位系統

人造地球衛星是指環繞地球飛行並在空間軌道運行一圈以上的無人航天器,簡稱人造衛星。人造衛星是發射數量最多,用途最廣,發展最快的航天器。主要用於科學探測和研究、天氣預報、土地資源調查、土地利用、區域規劃、通信、跟蹤、導航等各個領域。

1957年10月4日蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星。之後,美國、法國、日本也相繼發射了人造衛星。中國於1970年4月24日發射了“東方紅一號”人造衛星,成為世界上第5個完全依靠自己的力量成功發射衛星的國家。

“北斗”星移,導航定位系統

人造衛星的運動軌道取決於衛星的任務要求,區分為低軌道、中高軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、太陽同步軌道,大橢圓軌道和極軌道。

人造衛星繞地球飛行的速度快,低軌道和中高軌道衛星一天可繞地球飛行幾圈到十幾圈,不受領土、領空和地理條件限制,視野廣闊。能迅速與地面進行信息交換、包括地面信息的轉發,也可獲取地球的大量遙感信息。

我國的衛星種類很多,按照不同用途可以分為科學試驗衛星、氣象衛星、對地觀測衛星、通信廣播衛星、中繼衛星和導航定位衛星。

系列衛星命名有“實踐X號”衛星、“風雲X號”氣象衛星、“遙感衛星X號”“東方紅X號衛星”以及“北斗X號”等等。

“北斗”星移,導航定位系統

“北斗”系列衛星

提到衛星導航,大家一定並不陌生,首先想到的莫過於美國的全球衛星導航系統(GPS),能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息。既可以為自動駕駛、精密農業、民航飛機、無人機等提供精確導航,也可以為飛機、導彈、艦船等軍用武器提供更精確的制導應用。

既然用途這麼多,作為技術提供方,完全可以因為任何明裡暗裡的理由對他方的使用進行限制,例如給民用信號加上擾動,使其定位精度嚴重變差,或者直接關閉局部區域的GPS服務,使得設備瞬間“瞎掉”,甚至有可能在重大時刻給關鍵設備發送虛假的信號,欺騙對方。

“北斗”星移,導航定位系統

因此,我國搞自己衛星導航的重要性顯而易見,在關鍵技術和設備上受制於人的問題必須解決。1994年開始研製“北斗一號”,2000年發射了兩顆靜止軌道衛星,實現了區域性的衛星導航,2003發射備份衛星,從而在軍事上擺脫了對GPS的依賴。

中國北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研製的全球衛星導航系統,是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之後第三個成熟的衛星導航系統。

“北斗”星移,導航定位系統

BDS可在全球範圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務,並具短報文通信能力,已經初步具備區域導航、定位和授時能力。

北斗衛星導航系統的空間段計劃由35顆衛星組成,包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。5顆靜止軌道衛星定點位置為東經58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球軌道衛星運行在3個軌道面上,軌道面之間為相隔120°均勻分佈。

“北斗”星移,導航定位系統

2007年開始發射“北斗二代”系列衛星,到2012年共發射了16顆北斗2號,其使用的是碼分多址技術,在L波段和S波段發送導航信號,在L波段的B1,B2,B3頻點上發送服務信號。免費服務的定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度單向50納秒。

2017年11月5日,成功發射兩顆北斗三號全球組網衛星,隨後在2018年1月12日,2月12日,3月30日分別以“一箭雙星”成功發射了6顆“北斗三號”組網衛星,中國北斗衛星導航系統步入全球組網新時代。

預計2018年底前後將發射18顆北斗三號衛星,覆蓋“一帶一路”沿線國家;到2020年左右,完成30多顆組網衛星發射,實現全球服務能力。按照今年這每月發射兩顆的速度,今年發射18顆的目標僅剩10顆,再來5次發射就完成啦。

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“北斗”的獨到技術

比起北斗二號,北斗三號不僅在服務區域上從亞太走向了全球,而且有更先進的技術、更大的建設規模和更強的系統。北斗三號有著性能更優的互操作信號,基本導航服務能力進一步地提高。

比如,北斗三號的星載氫原子鐘,精度比北斗二號的星載銣原子鐘高了一個數量級。定位精度將從之前“區域系統”的10米,變成“全球系統”米級分辨率。

  • “北斗”最大的特點,就是把導航與通信緊密結合起來,這是其他導航系統所不具備的。比如在沙漠、草原等地方,手機無法使用,“北斗”就能發揮出重要作用了。
  • 北斗三號使用的是三頻信號,可以更好的消除電離層影響,提高定位可靠性,增強數據預處理能力,大大提高模糊度的固定效率。
  • 北斗”的定位精度將提升到2.5米至5米水平,隨著北斗地基增強系統提供初始服務,可提供米級、亞米級、分米級,甚至釐米級的服務。
  • 北斗終端可通過短文報告位置,管理中心則通過用戶的位置報告,隨時掌握著每一個終端所處的位置。
  • 北斗三號衛星組網,在太空鋪設一條“星間鏈路”,不依賴全球建站,就可跟星座中的所有衛星相連,即使和地面中斷聯繫,衛星也能繼續提供服務。

隨著北斗系統的完善,不僅是軍用高精度制導武器的必選,它也為有無限潛力的民用市場提供了更大的想象空間,例如共享單車、自動駕駛、智慧交通、智慧城市等各種行業。


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