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北斗卫星导航系统的三阶段计划
送交者: 古林风 2018年11月27日09:05:56 于 [史地人物] 发送悄悄话



                                     北斗卫星导航系统的三阶段计划



11月19日,随着两颗新卫星升空,中国完成北斗三号基本系统部署。北斗三号已有19颗组网卫星投入导航。


北斗三号的基本系统将于年底正式开通,向“一带一路”国家和提供导航服务,迈出从国内走向走向全球“三步走”战略的关键。


2018年,北斗系统组网发射进入高密度期。仅1年时间,西昌卫星发射中心先后完成11次北斗导航卫星发射任务,将19颗北斗卫星送入轨道。


北斗三号工程于2009年启动,按照简便系统、基本系统、全球系统等三步实施组网。计划于2020年底,建成由35颗导航卫星组成的三号系统,具备服务全球能力。

     

早在20世纪70年代,中国启动过“灯塔一号”工程进行卫星导航探索,因经济难题中断。

  

 1994年,北斗导航系统工程正式启动,制定“三步走”战略:2000年建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年建成北斗全球系统,向全球提供服务。

  

 2000年,北斗一号让中国导航实现从无到有,独创定位机制; 2012年,北斗二号实现区域组网,完成向亚太地区提供服务; 2017年11月,北斗三号拉开全球组网序幕,建设星间链路、卫星寿命从8年提升至10年以上,性能和精度提升近2倍;2018年底,北斗三号将由亚太扩大到“一带一路”国家和地区提供导航服务,开始进入第三步战略。  

 

      

  第一代北斗系统,官方称为北斗卫星导航试验系统,也被称作北斗一号,由三颗卫星提供区域定位服务。从2000年开始,该系统主要在中国境内提供导航服务。


第二代北斗系统,官名为北斗卫星导航系统,也被称为北斗二号,是一个包含16颗卫星的全球卫星导航系统,2012年北斗二号开始在亚太地区提供定位服务。

2015年,中国开始建设第三代北斗系统(北斗三号),进行全球卫星组网。北斗三号导航系统计划由35颗卫星组成,第一颗三代卫星于2015年3月发射升空[。2018年截止2018年11月,已发射了19颗第三代导航卫星。该系统将在2018年覆盖“一带一路”国家,2020年完成建设,提供全球定位服务。2035年建成以北斗综合定位、导航、授时体系,和短文字信息服务。


1983年,中国航天专家提出使用独特的两颗静止轨道卫星实现导航功能,1989年,中国使用通信卫星进行试验,验证了其可行性,而原先的卫星定位至少使用三颗卫星。

1994年中国开始北斗一号研制,并在2000年发射了两颗静止轨道卫星,其区域性的导航功能得以实现。


中国与欧盟在2004年10月签署伽利略计划技术合作协议,并投入了2.3亿欧元的资金。2008年中国不满在伽利略计划中的的投資沒有得到回報,推出北斗二代与伽利略定位系統竞争。


2004年中国启动北斗二号系统,并在2007年发射一颗中地球轨道卫星。2009年起,后续卫星持续发射,2011年开始对中国和周边地区提供测试服务,[2012年对亚太大部分地区正式提供卫星导航服务。[


北斗一号,即有源区域卫星定位系统,1994年立项,2000年发射2颗卫星后即能够工作,2003年又发射了一颗备份卫星,试验系统完成组建,在卫星的寿命到期后(设计值8年),系统已停止工作。其定位精度100米,使用地面基准站校准后为20米,与当时的GPS民用码相当。由于采用少量卫星实现有源定位,该系统成本低,但在定位精度、用户容量、隐蔽性等方面均受到限制。另外该系统无测速功能,不能用于精确制导武器


北斗二号于2004年启动研制,2012年12月起正式提供卫星导航服务。该系统提供两种服务方式:开放服务和授权服务。开放服务免费提供定位、测速、授时服务,定位精度为25米,测速精度0.2米/秒,授时精度50纳秒。授权服务则是向授权用户提供更安全与更高精度的定位、测速、授时、通信服务。该系统继承了试验系统北斗一号的功能,能提供其他系统所不能完成的服务,如短文字通信。


北斗三号由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。卫星空间定位原理:在空间确定A、B、C三点的空间位置,且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下,即可以确定D的空间位置,即三球交汇定位。理论上使用3颗卫星就可达成无源定位,但由于卫星/用户时钟会有误差,故需要4颗卫星才能得到符合要求的精度,即用户端所在的三维位置,根据此三维位置可以进一步换算为经纬度海拔高度。若空中有足够的卫星,用户终端可以接收多于4颗卫星的信息,例如一般汽车导航仪已能收到5个以上的卫星信号,进一步提高精度。[


提高定位精度还可使用差分技术。利用地面上建立的基准站已知的精确坐标与导航系统给出的坐标比较,可以得出误差修正数,对外发布,用户依靠此修正数对导航系统计算结果再次的修正,从而提高精度。


由于卫星的寿命有限(8年),若发射间隔过久,则后续卫星发射时,早期的卫星已近退役,所以北斗卫星需要短时间密集发射。中国一年内发射了19颗北斗卫星,这是使用“一次设计,组批生产”的方式对卫星快速批量生产。[到2020年,在2010年前后发射的卫星已经退役,因此在2012到2020年的8年里,中国需要为北斗卫系统生产出30多颗卫星。


中国1981年就执行过“一箭多星”,将卫星送入不同的轨道。2012年使用“一箭双星”发射北斗卫星,是中国首次用一枚火箭发射两颗相同的大质量卫星,

卫星传输的信号分成2类,分别被称作“I”和“Q”。“I”的信号具有较短的编码,被用来作开放服务(民用); 而“Q”部分的编码更长,且有更强的抗干扰性,被用作授权的服务(军用)。在中 国北斗-M1发射后,法国、美国等工程师即展开了对信号的研究,[研究者包括在中国引起热议的高杏欣,因为她分析出了北斗-M1卫星的民用码信道编码方式并予以公开。但其实她的研究内容与军用码的安全无关,事实上GPS和伽利略定位系统的民用码也早已被破解,不值得大惊小怪。

中国有约8万艘渔船安装了北斗导航系统的终端,终端向手机发送短信为3角人民币,高峰时每月发送70万条。同时,中国有10万辆汽车已安装北斗的导航设备,形成规模经济。

北斗卫星的軍用訊號已經全球覆蓋,可讓解放軍的多彈頭洲際飛彈接收訊號,從集束式邁向分導式多彈頭,分开後的每一個彈頭都有自主導向能力,可變軌飛向目標。[

 

美国全球定位系統(GPS)、俄罗斯全球导航衛星系統(GLONASS)欧盟伽利略定位系統(Galileo)和北斗卫星导航系统,為联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统四大核心供应商。


11月5日,联合国全球卫星导航系统国际委员会(ICG)第十三届大会在西安举办。来自世界各国和相关组织的代表400多人沟通交流、促进全球导航系统蓬勃发展。


北斗已加入国际民航、国际海事、3GPP移动通信三大国际组织,还将为全球提供免费搜索救援服务。


 2015年,中俄签署北斗和格洛纳斯卫星导航系统共用兼容性声明。

 

美国GPS近来也口头表示愿意和北斗合作。

 


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