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北斗衛星導航系統的三階段計劃
送交者: 古林風 2018年11月27日09:05:56 於 [史地人物] 發送悄悄話



                                     北斗衛星導航系統的三階段計劃



11月19日,隨着兩顆新衛星升空,中國完成北斗三號基本系統部署。北斗三號已有19顆組網衛星投入導航。


北斗三號的基本系統將於年底正式開通,向“一帶一路”國家和提供導航服務,邁出從國內走向走向全球“三步走”戰略的關鍵。


2018年,北斗系統組網發射進入高密度期。僅1年時間,西昌衛星發射中心先後完成11次北斗導航衛星發射任務,將19顆北斗衛星送入軌道。


北斗三號工程於2009年啟動,按照簡便系統、基本系統、全球系統等三步實施組網。計劃於2020年底,建成由35顆導航衛星組成的三號系統,具備服務全球能力。

     

早在20世紀70年代,中國啟動過“燈塔一號”工程進行衛星導航探索,因經濟難題中斷。

  

 1994年,北斗導航系統工程正式啟動,制定“三步走”戰略:2000年建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年年底建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年建成北斗全球系統,向全球提供服務。

  

 2000年,北斗一號讓中國導航實現從無到有,獨創定位機制; 2012年,北斗二號實現區域組網,完成向亞太地區提供服務; 2017年11月,北斗三號拉開全球組網序幕,建設星間鏈路、衛星壽命從8年提升至10年以上,性能和精度提升近2倍;2018年底,北斗三號將由亞太擴大到“一帶一路”國家和地區提供導航服務,開始進入第三步戰略。  

 

      

  第一代北斗系統,官方稱為北斗衛星導航試驗系統,也被稱作北斗一號,由三顆衛星提供區域定位服務。從2000年開始,該系統主要在中國境內提供導航服務。


第二代北斗系統,官名為北斗衛星導航系統,也被稱為北斗二號,是一個包含16顆衛星的全球衛星導航系統,2012年北斗二號開始在亞太地區提供定位服務。

2015年,中國開始建設第三代北斗系統(北斗三號),進行全球衛星組網。北斗三號導航系統計劃由35顆衛星組成,第一顆三代衛星於2015年3月發射升空[。2018年截止2018年11月,已發射了19顆第三代導航衛星。該系統將在2018年覆蓋“一帶一路”國家,2020年完成建設,提供全球定位服務。2035年建成以北斗綜合定位、導航、授時體系,和短文字信息服務。


1983年,中國航天專家提出使用獨特的兩顆靜止軌道衛星實現導航功能,1989年,中國使用通信衛星進行試驗,驗證了其可行性,而原先的衛星定位至少使用三顆衛星。

1994年中國開始北斗一號研製,並在2000年發射了兩顆靜止軌道衛星,其區域性的導航功能得以實現。


中國與歐盟在2004年10月簽署伽利略計劃技術合作協議,並投入了2.3億歐元的資金。2008年中國不滿在伽利略計劃中的的投資沒有得到回報,推出北斗二代與伽利略定位系統競爭。


2004年中國啟動北斗二號系統,並在2007年發射一顆中地球軌道衛星。2009年起,後續衛星持續發射,2011年開始對中國和周邊地區提供測試服務,[2012年對亞太大部分地區正式提供衛星導航服務。[


北斗一號,即有源區域衛星定位系統,1994年立項,2000年發射2顆衛星後即能夠工作,2003年又發射了一顆備份衛星,試驗系統完成組建,在衛星的壽命到期後(設計值8年),系統已停止工作。其定位精度100米,使用地面基準站校準後為20米,與當時的GPS民用碼相當。由於採用少量衛星實現有源定位,該系統成本低,但在定位精度、用戶容量、隱蔽性等方面均受到限制。另外該系統無測速功能,不能用於精確制導武器


北斗二號於2004年啟動研製,2012年12月起正式提供衛星導航服務。該系統提供兩種服務方式:開放服務和授權服務。開放服務免費提供定位、測速、授時服務,定位精度為25米,測速精度0.2米/秒,授時精度50納秒。授權服務則是向授權用戶提供更安全與更高精度的定位、測速、授時、通信服務。該系統繼承了試驗系統北斗一號的功能,能提供其他系統所不能完成的服務,如短文字通信。


北斗三號由35顆衛星組成,包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。衛星空間定位原理:在空間確定A、B、C三點的空間位置,且第四點D到上述三點的距離皆已知的情況下,即可以確定D的空間位置,即三球交匯定位。理論上使用3顆衛星就可達成無源定位,但由於衛星/用戶時鐘會有誤差,故需要4顆衛星才能得到符合要求的精度,即用戶端所在的三維位置,根據此三維位置可以進一步換算為經緯度海拔高度。若空中有足夠的衛星,用戶終端可以接收多於4顆衛星的信息,例如一般汽車導航儀已能收到5個以上的衛星信號,進一步提高精度。[


提高定位精度還可使用差分技術。利用地面上建立的基準站已知的精確坐標與導航系統給出的坐標比較,可以得出誤差修正數,對外發布,用戶依靠此修正數對導航系統計算結果再次的修正,從而提高精度。


由於衛星的壽命有限(8年),若發射間隔過久,則後續衛星發射時,早期的衛星已近退役,所以北斗衛星需要短時間密集發射。中國一年內發射了19顆北斗衛星,這是使用“一次設計,組批生產”的方式對衛星快速批量生產。[到2020年,在2010年前後發射的衛星已經退役,因此在2012到2020年的8年裡,中國需要為北斗衛系統生產出30多顆衛星。


中國1981年就執行過“一箭多星”,將衛星送入不同的軌道。2012年使用“一箭雙星”發射北斗衛星,是中國首次用一枚火箭發射兩顆相同的大質量衛星,

衛星傳輸的信號分成2類,分別被稱作“I”和“Q”。“I”的信號具有較短的編碼,被用來作開放服務(民用); 而“Q”部分的編碼更長,且有更強的抗干擾性,被用作授權的服務(軍用)。在中 國北斗-M1發射後,法國、美國等工程師即展開了對信號的研究,[研究者包括在中國引起熱議的高杏欣,因為她分析出了北斗-M1衛星的民用碼信道編碼方式並予以公開。但其實她的研究內容與軍用碼的安全無關,事實上GPS和伽利略定位系統的民用碼也早已被破解,不值得大驚小怪。

中國有約8萬艘漁船安裝了北斗導航系統的終端,終端向手機發送短信為3角人民幣,高峰時每月發送70萬條。同時,中國有10萬輛汽車已安裝北斗的導航設備,形成規模經濟。

北斗衛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,分開後的每一個彈頭都有自主導向能力,可變軌飛向目標。[

 

美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯全球導航衛星系統(GLONASS)歐盟伽利略定位系統(Galileo)和北斗衛星導航系統,為聯合國衛星導航委員會認定的全球衛星導航系統四大核心供應商。


11月5日,聯合國全球衛星導航系統國際委員會(ICG)第十三屆大會在西安舉辦。來自世界各國和相關組織的代表400多人溝通交流、促進全球導航系統蓬勃發展。


北斗已加入國際民航、國際海事、3GPP移動通信三大國際組織,還將為全球提供免費搜索救援服務。


 2015年,中俄簽署北斗和格洛納斯衛星導航系統共用兼容性聲明。

 

美國GPS近來也口頭表示願意和北鬥合作。

 


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