威尼斯国际官方网站-2017威尼斯登陆网站-欢迎您
做最好的网站

我国航天事业发展历程,解码北斗三号

解码北斗三号

中国“北斗”迈出从区域走向全球的“关键一步”

新闻背景

11月19日,长征三号乙运载火箭以“一箭双星”发射方式顺利将我国第18、19颗北斗三号导航卫星送入太空。至此,北斗三号卫星导航系统基本系统星座部署圆满完成,中国“北斗”迈出从区域走向全球的“关键一步”。

11月5日,我国第三代导航卫星——北斗三号的首批组网卫星(2颗)以“一箭双星”的发射方式顺利升空,它标志着我国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。那么,北斗三号与前两代“北斗”导航卫星,即北斗一号、北斗二号有什么不同?它都采用了哪些新技术?

亮点多多

图片 1

北斗三号卫星导航系统采用时间测距原理,用户同时接收多个定位卫星的广播信号,从而计算出自己的所在位置。与国外卫星导航系统不同,北斗三号卫星导航系统综合采用无源和有源相结合方式,且星座是由3种轨道卫星组成。

中新社发王玉磊摄

到2020年,我国将建成由30颗北斗三号卫星(3颗地球静止轨道卫星+3颗倾斜地球同步轨道卫星+24颗中圆地球轨道卫星)组成的全球卫星导航星座,加上备份星,整个星座将由35颗卫星组成。其中,中圆地球轨道卫星主要用于导航、定位和授时等;倾斜地球同步轨道卫星和地球静止轨道卫星主要用于传送短报文和星基增强等。

11月5日,我国第三代导航卫星——北斗三号的首批组网卫星(2颗)以“一箭双星”的发射方式顺利升空,它标志着我国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。那么,北斗三号与前两代“北斗”导航卫星,即北斗一号、北斗二号有什么不同?它都采用了哪些新技术?

北斗三号卫星导航系统具有高精度、高可靠、高保险、多功能等特点,另外,相比其他卫星导航系统,它还具备诸多特色。例如,空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,且高轨卫星更多,所以抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区,这一优势更明显;可提供多频导航信号,并通过多频信号组合使用的方式提高服务精度;创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务5大功能。

几种卫星导航系统

作为全球唯一由3种轨道卫星构成的导航系统,北斗三号卫星导航系统还可按照国际标准增加全球搜救、全球位置报告和星基增强等拓展服务。另外,在北斗二号区域导航卫星系统向北斗三号卫星导航系统过渡中,能够确保老用户“无感知”,实现顺利过渡。

要搞清我国三代“北斗”导航卫星的异同,首先应了解以下几种卫星导航系统,看看北斗一号、二号和三号分别是属于哪一种。

性能优异

至今,卫星导航技术已先后发展了两大类:一类卫星导航系统是采用多普勒测速原理,即利用测量导航信号的多普勒频移来求出距离变化率进行导航定位,但由于这种方式存在不能连续实时导航等一些缺点,所以采用这种原理的卫星导航现已基本没有了。另一类卫星导航系统采用时间测距原理,即利用测量导航信号传播时间来求出距离进行导航定位,目前大多数卫星导航系统都采用这种方式,包括三代“北斗”导航卫星,但即使这样,它们仍各不相同。

与北斗二号区域卫星导航系统相比,北斗三号卫星导航系统的性能大大提高。例如,服务范围为全球;定位精度为2.5米至5米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为20纳秒;每条短信字数由120字增加到1000字。另外,北斗三号卫星导航系统还将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务,0.2米/秒的测速服务,为付费用户提供更高精度等级的服务。

因为卫星导航系统又可分有源(主动式)和无源(被动式)两种。我国北斗一号卫星导航系统采用有源方式,即用户进行导航定位时要主动向卫星发送信号,北斗二号和北斗三号卫星导航系统采用无源和有源相结合的方式,进行无源卫星导航时,用户只需接收导航卫星信号。美国的“全球定位系统”、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”等卫星导航系统都采用无源方式。

未来,北斗三号卫星导航系统还可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级服务,届时,其定位精度将与GPS媲美。定位精度达到厘米级时,不仅能服务汽车导航和自动驾驶,还有助于无人机送货。

根据导航卫星的信号覆盖范围,卫星导航系统还可分为区域性卫星导航系统和全球性卫星导航系统,我国的北斗一号、二号卫星导航系统以及日本、印度的卫星导航系统等属于前者,美国、俄罗斯、欧洲和我国的北斗三号卫星导航系统属于后者。

北斗三号卫星导航系统还拥有更高的时间精度,它采用我国新型高精度铷原子钟和氢原子钟,综合指标达到国际领先水平,精度相当于300万年误差1秒。原子钟技术的进步,直接推动北斗三号卫星导航系统的定位精度由十米量级向米级跨越,测速和授时精度同步提高一个量级。据悉,“北斗”立项之初,我国原计划从国外购买原子钟,但对方不是拒绝就是开出天价。最后,我国决定自行研制。实践证明,我国自主研制的原子钟性能更好。

另外,导航卫星还可根据卫星的轨道高度,分成近地轨道、地球中圆轨道、倾斜地球同步轨道和地球静止轨道导航卫星几种。我国北斗一号为地球静止轨道导航卫星,而北斗二号和三号导航星座都由地球中圆轨道导航卫星、倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星组成。目前,美国、俄罗斯和欧洲的导航卫星都运行在地球中圆轨道,印度和日本的导航卫星星座均由倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星组成。

可靠稳定

有其他卫星导航系统不具备的性能

北斗三号卫星导航系统在精度和可靠性上有很大提高。例如,单星设计寿命提高为10至12年,并首次提出“保证服务不间断”指标。这是由于北斗三号卫星导航系统星座首次配备相控阵星间链路,解决了境外监测卫星的难题,大大减少对地面站的依赖,提高整个系统的定位和服务精度。星间链路还是实现自主导航的关键,不仅使卫星之间实现相互通信和数据传输,还能相互测距,自动“保持队形”,减轻地面管理维护压力。

目前,卫星导航已成为当今社会重要的空间信息基础设施,其应用只受想象力的限制,具有广泛的社会、经济、科技和国防意义。因此,我国很重视卫星导航系统的建设,并分三个阶段实施发射,即先建造有源区域卫星导航系统,再建造无源与有源相结合的区域卫星导航系统,最终建造无源与有源相结合的全球卫星导航系统。

北斗三号卫星导航系统具备卫星在轨自主完好性监测功能,这在世界上尚属首次。这一功能对民航、自动驾驶等生命安全领域用户来说,极具实用价值。

2000年10月至12月为第一阶段。我国先后发射了4颗北斗一号导航卫星(后两颗为备份),它们运行在经度相距60°的地球静止轨道,从而建成了世界首个有源区域卫星导航系统。该系统不仅可提供区域导航定位,还能进行双向数字报文通信和精密授时,特别适用于需要导航与移动数据通信相结合的用户。其服务范围为国内;定位精度为20米;授时精度为100纳秒;短信字数每次为120个字。

北斗三号卫星导航系统还采用多项新技术提高卫星的抗干扰能力,非计划中断指标达到国际先进水平。它还采用多重“加固”措施,最大限度增强系统的保险系数。例如,卫星有备份;多台铷原子钟一起工作,形成“双保险”;采用软件冗余、故障自我诊断和自我修复等措施;采用交互支持的信息融合技术,拓展卫星上行能力,提高系统可靠性等。

2007年至2012年为第二阶段。我国陆续发射了16颗北斗二号导航卫星,最终建成了由14颗北斗二号(5颗静止轨道导航卫星+5颗倾斜地球同步轨道导航卫星+4颗中圆地球轨道导航卫星)组成的、采用无源与有源卫星导航方式相结合的区域卫星导航系统。如果说GPS只能告诉用户什么时间、在什么地方,“北斗”还可以将用户的位置信息发送出去,让其他人可以知道用户的情况,较好地解决了何人、何事、何地的问题。其服务范围为亚太地区;定位精度为10米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为50纳秒;短信字数每次为120个字。

俄罗斯专家表示,北斗三号卫星导航系统将比美国GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”更稳定。

2017年至2020年为第三阶段,我国将先后发射35颗北斗三号导航卫星(5颗静止轨道卫星+3颗倾斜地球同步轨道卫星+27颗中圆轨道卫星),建成采用无源与有源导航方式相结合的全球卫星导航系统。其服务范围为全球;定位精度为2.5至5米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为20纳秒;每次短信字数也增加了。它将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务,并且将为付费用户提供更高精度等级的服务。随着“北斗”地基增强系统提供初始服务,它还可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级的服务,届时,“北斗”的定位精度将与美国GPS相媲美。

特别值得点赞的是,北斗三号卫星导航系统的卫星部件全部实现国产化。在该项目前期论证中,研制团队明确提出元器件和器部件国产化自主可控的目标。如今,卫星上所使用的部件全部实现国产化。国产化作为北斗系统工程的一个重要特征,对我国基础工业有极大的推动和牵引作用,同时国家工业基础进步也保证了“北斗”工程的发展,两者互相促进,充分展现我国的综合实力和创新能力。

建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务。

前景广阔

本文由威尼斯国际官方网站发布于威尼斯国际官方网站,转载请注明出处:我国航天事业发展历程,解码北斗三号

TAG标签:
Ctrl+D 将本页面保存为书签,全面了解最新资讯,方便快捷。