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国之重器 中国北斗卫星导航系统都有哪些技能

时间:2019-03-26 16:18:16

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国之重器 中国北斗卫星导航系统都有哪些技能

我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星成功发射,并于6月30日成功完成定点。这标志着北斗三号全球组网星座部署全面完成,此后北斗卫星导航系统(BDS)就是真正意义上的全球卫星导航系统了。

卫星导航系统的设计目的都是为了覆盖整个地球,保证在地球上的任何一个地方用户都能获得快速,准确的位置服务。我们知道目前已经有美国的GPS系统提供定位导航服务,那么我国为什么历时了20多年,过于烧钱建成我们自己的卫星导航系统呢?让我们来了解一下北斗导航系统。

经过数十年的发展,我国的北斗系统已经覆盖全球,与美国的全球定位系统(GPS),俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS),欧盟的伽利略系统(Galileo),并称全球四大卫星导航系统(GNSS)。但只有GPS和北斗真正实现了全球组网并且工作稳定。全球卫星导航系统,不仅为广大民众提供导航服务,同时也具有重要的军事意义。

我国为什么要建立自己的卫星导航系统?

很多人可能会有疑问了,美国的GPS系统对全世界免费供应,定位精度高,咱们国家为何还要专门去做这样一个系统?

实际上,美国设计 GPS 的目的,主要是为军队服务的,现在GPS对外开放的只是民码,精度比美国军方使用的军码相差了十倍。这也就意味着万一跟美国撕逼打起仗来,美国可能会关闭GPS民码,或者对信号进行干扰,而你早形成对GPS的依赖,这将使得我方落入不堪设想的危险境地。所以我国需要自己的卫星导航系统,彻底摆脱对美国GPS的依赖,把掌控权握在自己手中。

而北斗系统的建成,在军事上和民生上都有更深层次的提升。不仅保障了我国的国防安全,而且在社会经济发展和服务大众日常生活方面也发挥重要作用。

北斗系统的发展历程

自2000年我国发射第一颗北斗导航试验卫星以来,历经建设发展,北斗系统建设先后经历了北斗一号、北斗二号、北斗三号三次技术迭代。

北斗一号系统是一个从有到无的过程,只有4颗卫星,精度几十米,向中国提供服务。目前北斗一号试验卫星已全部退役。

北斗二号系统:16颗卫星,精度10米级,可覆盖中国周边地区。开始在亚太地区为用户提供区域定位服务。

北斗三号系统是全球铺设:35颗卫星,精度1米级,覆盖范围从区域系统扩展到了全球系统,在精度和可靠性上都有很大的提高。

第一代北斗系统,是在海湾战争刺激下诞生的。

1991年海湾战争爆发,GPS对美国战争的胜利起到关键性作用。美国军队利用GPS对伊拉克军队进行了精准打击,在当时成为美军整个现代武器系统的重要组成部分。这无疑触动了我国的科学家,我国意识到全球导航系统的重要性。1994年起,我国的北斗导航系统正式启动。

北斗卫星导航系统主要功能

北斗卫星导航系统由三大组成部分:空间卫星,地面控制中心站以及北斗用户终端。不仅仅可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度定位、导航服务,还具有授时服务,测量精准的速度以及短报文通信能力。

北斗卫星是怎么导航定位的?我们都知道卫星导航系统的基本原理是利用人造卫星来实现地球表面物体的精确定位。要想获取我们的位置,太空中至少需要布局3颗导航卫星。而实际上,还需要测量时间信息,所以一共需要4颗卫星来实现最基本的定位。

我们熟知空间中任何一个点的位置,都可以通过三维坐标来确定。北斗卫星导航系统在太空中建立了一个卫星网络。我们在地球上任何位置都可以对应到至少3颗导航卫星。而在任一具体时刻,卫星在空间中的坐标是确定的,卫星和导航设备都有一个时间表。

导航卫星不断地发射电磁波,我们利用导航设备接收信号。测算出电磁波从卫星传递到我们设备的时间差,将这个时间差乘以电磁波的传播速度(光速),便可以得出设备与3颗卫星的距离。根据设备距卫星的距离和已知的卫星位置,可反算出导航设备的位置信息。

卫星授时功能,就是可以提供一个准确的时间。卫星本身就是根据时差来定位 ,所以卫星上装有高精度原子钟,向地面不停的发出时序信号,从而接收设备可以获得高精度的标准时间。这个功能可以是给高速飞行的导弹使用,或远洋上的船舶使用的。

短报文通信能力是指终端和北斗卫星或北斗地面服务站之前能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递,GPS只能单向传递(终端从卫星接收位置信号)。北斗是目前全世界唯一的一个具备通信能力的卫星导航定位系统。也就是说,其他导航系统只能让你知道自己在哪,安装了北斗系统终端的用户可以确定自己的位置,并通过卫星向外发送出去,让其他人可以知道用户的情况。无论走到天涯海角,永远不迷路,永远不失联。

北斗系统的广泛应用

那么卫导系统对我们的生活有什么影响呢。其实北斗导航系统早已与我们的生活融合在一起,广泛而深刻地影响着我们的生活。

北斗系统可以广泛应用于手机导航、电力调度,交通运输,海洋渔业,防灾救灾,测绘,农业,智能城市建设等等等等等生产生活的方方面面。

在智能穿戴领域,多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品得到广泛应用。

在智能手机领域,国内外主流芯片厂商均推出兼容北斗的通导一体化芯片。国内新入网的智能手机,70%以上都提供北斗定位服务。

在电力系统中,利用北斗系统来实现各个地区电站间时间和频率的同步。 如果不能实现电力全网时间和频率高度统一的话,就有可能就在用电高峰期发生峰值叠加,从而导致整片区域断电。北斗系统有效降低了供电故障率,保障电网安全稳定运行。

交通运输方面,北斗导航能够准确判断车辆在道路上的行驶情况,提醒驾驶员超速与疲劳驾驶。采用北斗导航系统的公交车的实时到站信息也会更加准确。交通部门用北斗监测旅游车、运输危险品的车辆是否安全行驶。北斗的高精度定位可帮助共享单车用户更准确、便捷地找车用车。

防灾救灾,采用北斗导航系统实现灾害预警速报、救灾指挥调度、快速应急通信等。汶川地震导致通信设施不能使用,而卫星在天上不受地面灾害影响,能够在非常危急、非常态情况下,提供紧急救援的导航和通信服务。

农业中,使用北斗服务的农业机械无人驾驶、农田起垄播种、无人机植保等得到广泛应用,可提高作业效率和质量。

在国际中,北斗系统应用进入了全球90多个国家和地区,包括近40个“一带一路”沿线国家。应用行业包括土地规划、交通运输、智能港口管理、精密农业发展等领域。

当然,北斗导航卫星系统的应用远远不止上述的这些。引用卫导系统业内的一句名言:卫星导航应用系统的应用只受制于人们想象力的限制!

最后,想向开拓中国北斗事业的这些科研工作者致敬!

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