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什么是北斗
发布时间:2020-06-16     来源: 多钛      浏览:1363

01.全球定位思想

1957年10月4日,苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星。远在美国霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的两位年轻学者,在接收该卫星信号时,发现卫星与接收机之间形成了多普勒频移效应。他们判断,用类似的方法,可以在地球上进行位置确定和方向导航。

在他们的建议下,美国在1964年建成了世界上第一个卫星导航系统即“子午仪”(Transit),首颗“子午仪”试验卫星于1959年9月发射(失败)。至1961年11月,陆续发射了6颗卫星组成星座,用于海上军用舰艇船舶的定位导航(因此又称海军导航卫星系统)。1967年7月,“子午仪”系统解密并提供给民用。

02.各国导航星座

目前,太空中有多个全球性或区域性卫星导航星座。包括,美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)、欧洲的伽利略卫星导航系统(Galileo)等4个全球系统。

以及日本准天顶卫星系统(QZSS)和印度区域卫星导航系统(IRNSS)等2个区域系统,其中 IRNSS 也称为印度星座导航(NavIC)。

03.中国的北斗

1983年,中国航天专家陈芳允提出使用两颗静止轨道通信卫星,配合地面高度座标实现区域性的导航。1989年,中国使用通信卫星先进行试验,验证了其可行性,之后的北斗卫星导航试验系统即基于此方案。

期间的1986年3月,陈芳允先生,还与王大珩、杨嘉墀、王淦昌三位先生一起,提出了对中国高技术的发展有重要意义的建议,随后在邓小平同志批示下,制定了中国高技术发展的“863计划”。

陈芳允先生在分析中国当时国情的情况下,认为按照当时的技术、经济状况,发展类似美国的全球定位导航系统(GPS)难度较大。他提出了用两颗同步定点卫星对地球上的物体进行定位,并可同时进行通信的设想。

陈先生带领课题组研制了“双星定位通信系统”,并在1989年演示成功,实现了地面目标利用两颗卫星快速定位、通信和定时一体化,为我国研制、发展双星导航定位系统奠定了基础,开创了我国的“北斗”导航卫星事业。

04.北斗一号

1991年海湾战争中,美军利用GPS导引炸弹的战果令世界印象深刻,各国加速投入自建卫星导航的规划。三年后的1994年,中国正式开始北斗卫星导航试验系统(北斗一号)的研制。2000年10月31日凌晨0时02分,中国自行研制的第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射升空并准确进入预定轨道。

当年12月,中国发射了另一颗静止轨道卫星。两颗卫星分别定位在东经140度和80度,实现了区域性的导航定位。自此,中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

2003年,中国又发射了一颗定位在东经110.5°同步轨道的备用卫星,完成了北斗一号系统的组建。北斗一号服务范围为东经70°-140°,北纬5°-55°。

北斗一号为有源定位系统,需要向地面控制中心申请定位信号。定位精度为100米,使用地面参照站校准后为20米,与当时的GPS民用码相当。用户除了定位外,还能向外界报告自身位置和发送消息,系统授时精度20纳秒,定位响应时间为1秒。

北斗一号卫星设计寿命为8年,实际使用可达到10年以上。

05.北斗二号

2004年,中国启动北斗二号系统工程建设。北斗二号英文简称BDS,曾用英文名COMPASS。北斗二号解决了北斗一号的有源定位等问题。实现了北斗一号不具备的测速功能,测速精度达到了0.2米/秒。


2011年,北斗二号开始对中国和周边提供测试服务,2012年12月27日起正式提供卫星导航服务,服务范围涵盖亚太大部分地区,包括南纬55度-北纬55度、东经55度-东经180度。

2012年4月30日,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功发射两颗北斗二号卫星,卫星顺利进入预定转移轨道。这是中国北斗卫星导航系统首次采用“一箭双星”方式发射导航卫星。

北斗二号提供两种服务方式,即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区向用户免费提供定位、测速、授时服务。授权服务则是向特定用户提供更高精度的定位服务。

北斗二号继承了北斗一号的短信报文服务,用户可以不依赖移动通信基站,通过卫星进行短信接发。

06.北斗三号

由于北斗二号只能够服务亚太地区,中国于2009年启动了北斗三号建设。北斗三号系统继承有源服务和无源服务两种技术体制,为全球用户提供定位导航授时、全球短报文通信和国际搜救服务,同时可为中国及周边地区用户提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信等服务。


2017年11月5日19时45分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,以“一箭双星”方式首次发射北斗三号组网卫星。

2020年3月9日,第54颗北斗三号卫星,在西昌卫星发射中心成功发射。今年6月,中国将发射最后一颗北斗组网卫星,完成30颗卫星组网,全面建成北斗三号系统。

07.世界的北斗

北斗系统提供服务以来,已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用。

2013年11月,高通公司携手三星推出新一代智能手机GALAXY Note 3,该款手机成为首批支持北斗系统的智能机。


北斗系统与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区性能优势更为明显。北斗提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。

北斗创新融合了导航与通信功能,具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。

目前,全球半数以上国家在使用中国的北斗系统。北斗,是中国的北斗,也是世界的北斗。


参考材料:

北斗卫星导航系统网站

全球卫星导航系统发展现状与趋势,刘健


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