“北斗”星移,导航定位系统

“北斗”星移,导航定位系统

人造地球卫星是指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器,简称人造卫星。人造卫星是发射数量最多,用途最广,发展最快的航天器。主要用于科学探测和研究、天气预报、土地资源调查、土地利用、区域规划、通信、跟踪、导航等各个领域。

1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后,美国、法国、日本也相继发射了人造卫星。中国于1970年4月24日发射了“东方红一号”人造卫星,成为世界上第5个完全依靠自己的力量成功发射卫星的国家。

“北斗”星移,导航定位系统

人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求,区分为低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道,大椭圆轨道和极轨道。

人造卫星绕地球飞行的速度快,低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈,不受领土、领空和地理条件限制,视野广阔。能迅速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发,也可获取地球的大量遥感信息。

我国的卫星种类很多,按照不同用途可以分为科学试验卫星、气象卫星、对地观测卫星、通信广播卫星、中继卫星和导航定位卫星。

系列卫星命名有“实践X号”卫星、“风云X号”气象卫星、“遥感卫星X号”“东方红X号卫星”以及“北斗X号”等等。

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“北斗”系列卫星

提到卫星导航,大家一定并不陌生,首先想到的莫过于美国的全球卫星导航系统(GPS),能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。既可以为自动驾驶、精密农业、民航飞机、无人机等提供精确导航,也可以为飞机、导弹、舰船等军用武器提供更精确的制导应用。

既然用途这么多,作为技术提供方,完全可以因为任何明里暗里的理由对他方的使用进行限制,例如给民用信号加上扰动,使其定位精度严重变差,或者直接关闭局部区域的GPS服务,使得设备瞬间“瞎掉”,甚至有可能在重大时刻给关键设备发送虚假的信号,欺骗对方。

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因此,我国搞自己卫星导航的重要性显而易见,在关键技术和设备上受制于人的问题必须解决。1994年开始研制“北斗一号”,2000年发射了两颗静止轨道卫星,实现了区域性的卫星导航,2003发射备份卫星,从而在军事上摆脱了对GPS的依赖。

中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。

“北斗”星移,导航定位系统

BDS可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力。

北斗卫星导航系统的空间段计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。

“北斗”星移,导航定位系统

2007年开始发射“北斗二代”系列卫星,到2012年共发射了16颗北斗2号,其使用的是码分多址技术,在L波段和S波段发送导航信号,在L波段的B1,B2,B3频点上发送服务信号。免费服务的定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度单向50纳秒。

2017年11月5日,成功发射两颗北斗三号全球组网卫星,随后在2018年1月12日,2月12日,3月30日分别以“一箭双星”成功发射了6颗“北斗三号”组网卫星,中国北斗卫星导航系统步入全球组网新时代。

预计2018年底前后将发射18颗北斗三号卫星,覆盖“一带一路”沿线国家;到2020年左右,完成30多颗组网卫星发射,实现全球服务能力。按照今年这每月发射两颗的速度,今年发射18颗的目标仅剩10颗,再来5次发射就完成啦。

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“北斗”的独到技术

比起北斗二号,北斗三号不仅在服务区域上从亚太走向了全球,而且有更先进的技术、更大的建设规模和更强的系统。北斗三号有着性能更优的互操作信号,基本导航服务能力进一步地提高。

比如,北斗三号的星载氢原子钟,精度比北斗二号的星载铷原子钟高了一个数量级。定位精度将从之前“区域系统”的10米,变成“全球系统”米级分辨率。

  • “北斗”最大的特点,就是把导航与通信紧密结合起来,这是其他导航系统所不具备的。比如在沙漠、草原等地方,手机无法使用,“北斗”就能发挥出重要作用了。
  • 北斗三号使用的是三频信号,可以更好的消除电离层影响,提高定位可靠性,增强数据预处理能力,大大提高模糊度的固定效率。
  • 北斗”的定位精度将提升到2.5米至5米水平,随着北斗地基增强系统提供初始服务,可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级的服务。
  • 北斗终端可通过短文报告位置,管理中心则通过用户的位置报告,随时掌握着每一个终端所处的位置。
  • 北斗三号卫星组网,在太空铺设一条“星间链路”,不依赖全球建站,就可跟星座中的所有卫星相连,即使和地面中断联系,卫星也能继续提供服务。

随着北斗系统的完善,不仅是军用高精度制导武器的必选,它也为有无限潜力的民用市场提供了更大的想象空间,例如共享单车、自动驾驶、智慧交通、智慧城市等各种行业。


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