2020北斗之年:独立自主北斗三号部署全面收官

来源:中投投资咨询网 2020-12-31 21:20中投网 A-A+

  2020年,我国自主建设、独立运行的北斗三号全球卫星导航系统正式开通。从双星定位到启动设计、从试验验证到区域组网,再到覆盖全球,中国始终坚持自主建设、发展和运行北斗系统。目前,北斗已进入国际民航、国际海事、国际移动通信等多个国际组织标准,让全球用户享受到更优质、精准的服务。

  近年来,我国北斗系统从无到有,从当年被欧美技术封锁,到今日核心部件100%实现国产化。如此伟业,中国是如何一步步建立起来的呢?

  从无到有建立“天空之城”

  在我们的传统认知里,北斗是由天空中的天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、瑶光这七颗星组成,北斗星在不同的季节和夜晚不同的时间,出现于天空不同的方位,所以古人就根据初昏时斗柄所指的方向来决定季节。

  由此,中国自主研发建设的全球卫星导航系统也被赋予了这一传统而诗意的名字——北斗。

  北斗一出,世界瞩目。目前在全球范围内,能够被称为「全球系统」的,只有中国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS,还有欧盟的伽利略系统。可以说,一个完善的卫星导航系统是一个国家综合实力的最佳展示。

  需要指出的是,北斗的建设过程非常漫长,组网目标的完美实现也是几代北斗人接续奋斗的结果。

  1994年,北斗卫星导航系统启动建设,2000年年底北斗一号系统建成使用,开启了我们俗称的北斗三步走的第一步。

  第二步为北斗二号。它由14颗卫星组成,有30多个地面站。我们在2012年的12月27号正式宣布向亚太地区提供十米级的定位、测速、授时等功能。

  第三步是北斗三号,也就是真正意义上的北斗全球系统。这项工作是从2009年开始启动。去年的11月5号,我国发射了第一组北斗三号双星,1月12号发射的是第二组。今年6月23日,我国北斗三号全球卫星导航系统第五十五颗,也就是最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。我国提前半年全面完成北斗全球卫星导航系统星座部署。

  从北斗二号到北斗三号,不仅仅是卫星数量的增加,而是将服务区域从局部扩展到全球,在空中织成一座叫做北斗的天空之城,并实现与GPS、GLONASS和伽利略的兼容互操作。此外,精度也从区域系统的10米精度提升到了2.5-5米。

  7月31日,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航——中国北斗正式开通,登上世界舞台,站在了航天强国的“第一梯队”。

  千锤百炼技术引领全球

  那么,与世界其他卫星导航系统相比,中国“北斗”有哪些值得关注的点呢?

  首先,与其他全球卫星导航系统采取单一轨道星座构型相比,北斗系统的混合星座独树一帜。

  美国的GPS和欧洲的伽利略都是地球中远轨道卫星,而北斗是由GEO、IGSO和MEO混合的星座。它既能实现全球覆盖,同时由于部分卫星定点在中国国土上空,因此能够为本土提供更高精度、更好性能的服务。

  其次,早在北斗一号时期,中国就在国际上首次实现了地球静止轨道卫星提供导航定位服务。在此基础上,北斗二号系统在国际上首创以地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星为骨干,兼有中圆轨道卫星的混合星座。北斗三号系统进一步将“混合星座构型”发扬光大,建成拥有24颗中圆轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星组成的全球系统,为建设全球卫星导航系统提供了全新范式。

  北斗三号卫星配备了更高精度的氢原子钟和铷原子钟。时间是定位的基准,星载的时频就是导航卫星最根本的指标。我们都知道,机器表的时间是有误差的,每一天可能会偏差一秒。石英表可能好一点,每一天偏差在0.1秒。而铷原子钟每一万秒的偏差在十乘以负十四次方,氢原子钟精度更高,万秒偏差在十乘十的负十五次方秒。因此氢原子钟和铷原子钟的配备可以让误差控制在最小范围。

  北斗除了应有的扎实“基本功”,还拥有自己的“独门绝技”。例如其短报文通信功能,开创了通信导航一体化的独特服务模式。其在全面兼容北斗二号系统短报文通信服务的基础上,区域短报文发送能力从120个汉字提高到1000个汉字,支持用户数量从50万提高到1200万,而且能实现40个汉字的全球短报文通信。此外,北斗三号系统还可提供星基增强、国际搜救、精密单点定位、地基增强等多样化服务。

  值得一提的是,经过400多家参研参试单位30余万人的不懈奋斗,北斗系统全面实现了关键器部件百分百国产化。中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍说:“攻克关键核心技术,实现自主可控,实现北斗三号核心器部件国产化率百分之百。这标志着北斗导航摆脱了被别国”卡脖子的境地。

  展望未来征途星辰大海

  北斗三号全球系统全面建成并投入服务,不是中国问天征程的结束,而是北斗走向星辰大海的开始。

  “北斗”的用途远不止如今的车辆导航、手机定位、电子地图。由于智能产业与时空信息密切相关,能提供位置和时间信息的卫星导航技术必将被用于智能网络、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网等所有智能产业中,并形成各种前所未有的新型商业模式。

  空气中,行踪不定的污染物被纳入环境监测信息系统,从此将逃不过北斗的“慧眼”;田地间,通过北斗系统与农业器械的配合,可实时掌握耕种深度、行距等信息,令作业效率提高50%,产量提高5%-8%;还有国境线上,山高、林密、谷深的恶劣环境导致通讯设施无法全部覆盖,而边防官兵们凭借北斗系统,依然可以及时、稳定地传递信息。

  两院院士李德仁,长期从事遥感、全球卫星定位和地理信息系统为代表的地球空间信息学的教学研究,他曾接受中国科技新闻网专访表示,北斗未来要做到无处不在,做“泛在的PNT”。他表示目前北斗和GPS定位还有一定局限性:“信号进不了房间,进不了地下,进不了海洋的水下。所以下一步,室内室外,海面,水下,甚至于高空,PNT想要做的是无处不在,这是我们未来的方向。”

  北斗团队始终积极参与国家综合时空体系建设论证,向着用科技创新推动北斗成为世界最先进的卫星导航系统的远大目标迈进。

  “北斗的应用,只受到想象力的限制。”北斗人自信且自豪的话语,更昭示着一个更加智能、更加便捷、更加美好的未来。

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