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解码北斗三号:和前两代卫星相比,它有何不同?

2017-11-08 14:31 来源: 北京日报

解码北斗三号

新闻背景

11月5日,我国第三代导航卫星——北斗三号的首批组网卫星(2颗)以“一箭双星”的发射方式顺利升空,它标志着我国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。那么,北斗三号与前两代“北斗”导航卫星,即北斗一号、北斗二号有什么不同?它都采用了哪些新技术?

中新社发 王玉磊 摄

11月5日,我国第三代导航卫星——北斗三号的首批组网卫星(2颗)以“一箭双星”的发射方式顺利升空,它标志着我国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。那么,北斗三号与前两代“北斗”导航卫星,即北斗一号、北斗二号有什么不同?它都采用了哪些新技术?

几种卫星导航系统

要搞清我国三代“北斗”导航卫星的异同,首先应了解以下几种卫星导航系统,看看北斗一号、二号和三号分别是属于哪一种。

至今,卫星导航技术已先后发展了两大类:一类卫星导航系统是采用多普勒测速原理,即利用测量导航信号的多普勒频移来求出距离变化率进行导航定位,但由于这种方式存在不能连续实时导航等一些缺点,所以采用这种原理的卫星导航现已基本没有了。另一类卫星导航系统采用时间测距原理,即利用测量导航信号传播时间来求出距离进行导航定位,目前大多数卫星导航系统都采用这种方式,包括三代“北斗”导航卫星,但即使这样,它们仍各不相同。

因为卫星导航系统又可分有源(主动式)和无源(被动式)两种。我国北斗一号卫星导航系统采用有源方式,即用户进行导航定位时要主动向卫星发送信号,北斗二号和北斗三号卫星导航系统采用无源和有源相结合的方式,进行无源卫星导航时,用户只需接收导航卫星信号。美国的“全球定位系统”、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”等卫星导航系统都采用无源方式。

根据导航卫星的信号覆盖范围,卫星导航系统还可分为区域性卫星导航系统和全球性卫星导航系统,我国的北斗一号、二号卫星导航系统以及日本、印度的卫星导航系统等属于前者,美国、俄罗斯、欧洲和我国的北斗三号卫星导航系统属于后者。

另外,导航卫星还可根据卫星的轨道高度,分成近地轨道、地球中圆轨道、倾斜地球同步轨道和地球静止轨道导航卫星几种。我国北斗一号为地球静止轨道导航卫星,而北斗二号和三号导航星座都由地球中圆轨道导航卫星、倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星组成。目前,美国、俄罗斯和欧洲的导航卫星都运行在地球中圆轨道,印度和日本的导航卫星星座均由倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星组成。

有其他卫星导航系统不具备的性能

目前,卫星导航已成为当今社会重要的空间信息基础设施,其应用只受想象力的限制,具有广泛的社会、经济、科技和国防意义。因此,我国很重视卫星导航系统的建设,并分三个阶段实施发射,即先建造有源区域卫星导航系统,再建造无源与有源相结合的区域卫星导航系统,最终建造无源与有源相结合的全球卫星导航系统。

2000年10月至12月为第一阶段。我国先后发射了4颗北斗一号导航卫星(后两颗为备份),它们运行在经度相距60°的地球静止轨道,从而建成了世界首个有源区域卫星导航系统。该系统不仅可提供区域导航定位,还能进行双向数字报文通信和精密授时,特别适用于需要导航与移动数据通信相结合的用户。其服务范围为国内;定位精度为20米;授时精度为100纳秒;短信字数每次为120个字。

2007年至2012年为第二阶段。我国陆续发射了16颗北斗二号导航卫星,最终建成了由14颗北斗二号(5颗静止轨道导航卫星+5颗倾斜地球同步轨道导航卫星+4颗中圆地球轨道导航卫星)组成的、采用无源与有源卫星导航方式相结合的区域卫星导航系统。如果说GPS只能告诉用户什么时间、在什么地方,“北斗”还可以将用户的位置信息发送出去,让其他人可以知道用户的情况,较好地解决了何人、何事、何地的问题。其服务范围为亚太地区;定位精度为10米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为50纳秒;短信字数每次为120个字。

2017年至2020年为第三阶段,我国将先后发射35颗北斗三号导航卫星(5颗静止轨道卫星+3颗倾斜地球同步轨道卫星+27颗中圆轨道卫星),建成采用无源与有源导航方式相结合的全球卫星导航系统。其服务范围为全球;定位精度为2.5至5米;测速精度为0.2米/秒;授时精度为20纳秒;每次短信字数也增加了。它将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务,并且将为付费用户提供更高精度等级的服务。随着“北斗”地基增强系统提供初始服务,它还可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级的服务,届时,“北斗”的定位精度将与美国GPS相媲美。

建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务。

具有高精度、高可靠、高保险、多功能的“北斗”全球卫星导航系统有一些美国、俄罗斯和欧洲全球卫星导航系统不具备的性能和特点,例如,其空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,且与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,因此抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区性能特点更为明显;北斗三号可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;该卫星系统创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

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作者: 柯谱   [责任编辑: 李浩]
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