什么是北斗卫星导航系统-深圳市索迪迈科技有限公司

北斗是什么?用七个问题理解北斗全球导航系统

       6月23日9时43分,中国北斗三号系统最后一颗组网卫星成功发射,北斗全球导航卫星系统星座部署完成。

       天上的北斗卫星总是方便我们的生活。打开手机,用电子地图导航目的地,或者查看外卖哥在软件里的位置。这些日常生活中的应用都使用北斗系统。目前,70%的新手机可以使用北斗服务。

        两年半,30颗卫星,中国覆盖面最广,性能要求最高的最大卫星系统,是什么?以下七个问题有助于你理解。

北斗三号系统的三十颗卫星分布在三个轨道平面上。照片由中国卫星导航系统管理处提供

第一个问题:北斗是什么?

一般来说,北斗三号系统可以算是GPS的中文版。

       北斗卫星导航系统是中国出于国家安全和经济社会发展的需要,自主建设和运营的。它可以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,是国家重要的时空基础设施。

       北斗经历了三代发展。北斗一号系统建于2000年底,是一个试验系统,为中国提供服务。从2007年到2012年,北斗二号系统建成,为亚太地区提供服务。从2017年到2020年,将建成由30颗恒星组成的北斗三号系统,即全球导航系统,可以服务全球。

第二个问题:北斗到底建了一个什么样的网?

        北斗三号不是卫星,是30颗卫星的系统。这些卫星形成一个网络,覆盖地球及其邻近空间。所以北斗三号的建设过程也叫“组网”。

       该网络上的30颗卫星分布在三个不同高度的轨道平面上,其中包括24颗中轨道卫星(地球中间圆轨道卫星)、3颗IGSO卫星(倾斜地球同步轨道卫星)和3颗地球同步轨道卫星(地球静止轨道卫星)。

       MEO卫星是北斗三号的主卫星,运行在距离地球2万公里左右的轨道上,主要提供导航定位时间服务,以及全球短信通信、国际搜救等专项服务。IGSO卫星主要运行在距离地球36000公里的轨道上。作为高轨道卫星,它们可以有效增加亚太地区可见卫星的数量,为亚太地区提供更好的服务。地球同步轨道卫星主要在距离地球36,000公里的地球静止轨道上运行,提供区域短信、卫星增强和其他特殊服务。

       三个轨道平面的星座设计是北斗导航系统的独创,也有明显的优势。与其他导航系统相比,最突出的特点是增加了高轨道卫星。卫星越高,抗阻塞能力越强,尤其是在低纬度地区。与此同时,随着高轨道卫星的使用,北斗还增加了通信功能,提供了全球独家短信服务。

三问:北斗有什么特殊功能?

短信是北斗独有的功能,从北斗一号延伸到北斗三号系统。

       导航卫星和通信卫星是两种卫星,但通信功能附属于北斗导航卫星。中国卫星导航定位协会副秘书长王波表示,北斗用户不仅可以知道自己的位置,还可以通过短信告诉别人自己的情况。

       在有移动网络覆盖的地区,这个功能似乎没什么用,但是在大量没有网络覆盖的地区,比如沙漠、海洋、深山、森林,就需要依靠卫星通信。一般卫星通信比较贵,北斗短信成本低,附在导航终端,比较方便,已经在应急救援、近海捕捞等领域得到有效应用。

       如今,北斗三号的短信通信能力已经有了显著的提升,从一次发送120个汉字,到一次发送1000多个汉字。还可以发送图片等信息,应用场景更丰富。

 除了短信,北斗系统还有很多特殊的应用,再比如国际搜救。

       北斗三号系统的六颗中轨卫星配备了搜救有效载荷,可以与其他全球卫星搜救系统一起为全球用户提供搜救服务。「举例来说,一艘渔船在运作时遇到恶劣天气。搜救终端触水后会自动向卫星发送搜救信号。卫星会把这个信息转发给地面系统,地面系统可以快速计算出遇难者。地点,告诉附近的救援部队迅速开展搜救工作。”北斗卫星系统总工程师林宝军介绍的比较早。

       这项服务是根据国际卫星标准与其他国际卫星搜救系统联合开发的免费公共服务,主要用于水上、陆地和空中遇险目标的定位和救援。

第四个问题:为什么要用GPS建北斗?

       世界上已建成或在建的全球导航系统有4个,除北斗外,美国有GPS,俄国有GLONASS,欧盟有伽利略。GPS在上个世纪就开始提供全球服务,在中国有着巨大的应用规模,但中国也为建设自己的北斗系统付出了巨大的努力。

       北斗三号工程卫星总设计师谢军表示,卫星导航系统是一个国家重要的空间基础设施,甚至是基础设施的支撑和基础。如果用国外的关键技术购买国外的核心产品,一旦缺货,系统将无法长期稳定运行。

       王博说,在国民经济和民生的许多重要行业中,导航系统提供的时空基准是不可或缺的。准确的时空基准可以说是一个国家的战略资源。通信、电网、金融等行业都需要导航卫星的精确定位和定时功能。

       导航卫星对国防安全也特别重要。在保卫国家安全时,很多武器装备没有卫星是无法制导和导航的。所以,有了GPS等导航系统之后,我们还是坚持建设自己的北斗系统,这才是北斗的战略意义。

第五个问题:如何使用北斗的服务?

       对于普通个人用户,不需要通过特殊渠道选择北斗服务。北斗服务已经通过芯片内置到我们的手机、汽车等设备中。当我们使用导航和定位服务时,我们已经使用了北斗卫星。

       北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风此前介绍,中国70%的新型智能手机内置北斗芯片,或北斗与GPS双模芯片。双模芯片可以同时使用GPS和北斗系统。这种使用不是这种那种,而是同时使用北斗和GPS卫星。芯片会自动选择目前可以接收的导航卫星信号,可能是北斗卫星和GPS卫星的组合。当前位置可以通过4颗以上的卫星计算出来。

北斗还广泛应用于交通、农林渔业、减灾救灾等各个行业,可以通过一些内置北斗芯片的终端设备来实现。

第六个问题:北斗系统为什么能“快速”建成?

       北斗三号的建设堪称“迅猛”。从2017年11月5日到2020年6月23日,仅用2年7个月就建成了30颗卫星,期间发射了两颗北斗二号卫星,完善了北斗二号的星座。

       这是国航历史上最大的星座,也是同类型卫星发射密度最大的星座。“在高风险航天领域,质量与进步、质量与数量一直是一对矛盾。”谢军曾经说过。简单来说,这个速度下100%的成功率,取决于火箭和卫星的快速制造能力和成熟的发射技术。

       中国卫星导航系统管理办公室主任冉承奇表示,北斗系统充分借鉴、继承和发扬了中国航天产业独特的管理模式,同时创新了许多组织管理模式。比如建立了全球连续监测评估系统,对所有卫星导航系统的运行进行监测,让北斗系统学习、改进、升级。

       北斗卫星发射使用的火箭是长三家系列火箭,分为三种配置:长三家、长三家、长三家。长三加系列也是我国发射次数最多、适应性最强的运载火箭系列,目前已发射112次。从北斗一号系统开始,长三加系列共发射59颗北斗卫星44次,成功率100%。

       近年来,长三家系列火箭一直处于高强度、高密度发射状态,连续五年获得中国首个火箭型号称号。为了在两年半的时间里发射30颗北斗卫星,长三加系列火箭也做了适应性改进,以满足三种轨道发射的需要。

       长三加的开发商中国运载火箭技术研究院介绍,长三加系列火箭还具有大卫星双星发射、末级长时间滑行、窄窗/多窗甚至零窗发射的能力,以及加注后24小时不释放低温推进剂延期发射的能力,从而保证长三加系列能够满足大部分有效载荷的需要。

第七个问题:北斗建设有哪些难点?

杨长风在一次采访中曾讲过北斗二号争分夺秒“保持频率跟踪”的故事。

       将导航卫星发射上天的前提是要有合法的轨道位置和频率资源,这是世界各国必须争夺的宝贵资源。2000年4月17日,中国在国际电信联盟中获得了轨道位置和频率资源。根据规定,必须在7年有效期内发射卫星,并成功接收信号。

       其实北斗二号工程是2004年建立的,只花了三年时间就研制成功发射了第一颗卫星。一般来说,这个过程需要五年时间。这颗星不仅是北斗二号系统的第一颗卫星,还肩负着启动北斗空间轨道位置和射频的重任。

       北斗团队夜以继日地工作,于2007年4月初进入发射阶段。当时,卫星已经与火箭结合在一起,站在发射塔上等待发射。突然发现应答器异常。开发商重新打开了火箭整流罩,检查了卫星。

       研究人员72小时不睡觉,及时消除了隐患。最后,2007年4月14日凌晨4点11分,卫星发射成功。4月17日晚8点,卫星发回信号,距离ITU的“七年限制”不到4小时。中国卫星导航系统的轨道频率资源在北斗区域导航系统建设中发挥着重要作用。

       杨长风表示,国外技术封锁已经成为制约北斗卫星导航系统建设的最大瓶颈。比如北斗二号开发初期,计划从国外引进核心部件——原子钟,但因国外原因未能合作。然而,中国研究人员只用了两年时间就克服了原子钟最大的技术瓶颈。今天北斗系统的原子钟精度已经提高到每300万年差一秒。

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