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低調(diào)!中國北斗核心衛(wèi)星部署完成,開啟“全球時(shí)代”!超越GPS指日可待

2019-12-19 09:46 科技雜談、百度長征三號(hào)北斗導(dǎo)航超越GPS
關(guān)鍵詞:中國北斗無線定位GPS

導(dǎo)讀:2019年12月16日15時(shí)22分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭(及配套遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)),以“一箭雙星”的方式成功將第52、53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空。至此,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的中圓地球軌道衛(wèi)星全部發(fā)射完畢,也標(biāo)志著北斗三號(hào)全球系統(tǒng)核心星座部署全部完成。

2019年12月16日15時(shí)22分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭(及配套遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)),以“一箭雙星”的方式成功將第52、53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射升空。歷經(jīng)3個(gè)多小時(shí)的飛行之后,衛(wèi)星順利進(jìn)入了預(yù)定軌道,后續(xù)將進(jìn)行在軌測試,適時(shí)入網(wǎng)提供服務(wù)。

至此,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的中圓地球軌道衛(wèi)星全部發(fā)射完畢,也標(biāo)志著北斗三號(hào)全球系統(tǒng)核心星座部署全部完成。中圓地球軌道衛(wèi)星作為北斗三號(hào)全球系統(tǒng)星座的主力衛(wèi)星,將主要為全球用戶提供導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù),以及全球短報(bào)文通信、國際搜索等特色服務(wù)。北斗三號(hào)全球系統(tǒng)核心星座的部署完成,也預(yù)示著北斗三號(hào)進(jìn)一步提升了系統(tǒng)服務(wù)性能和用戶體驗(yàn),為實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

當(dāng)前國際上,在GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))俱樂部中,有且僅有四家成員:美國的GPS、歐洲的伽利略GALILEO、俄羅斯格洛納斯GLONASS以及中國的北斗COMPASS。其中,中國北斗雖然是后起之秀,但卻是其中發(fā)展最為快速的會(huì)員。

起底全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

1957年10月4日,蘇聯(lián)向太空中發(fā)射了全球第一顆人造地球衛(wèi)星,開創(chuàng)了人類新紀(jì)元。

而遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國對(duì)此事高度重視,一位名叫比爾·蓋伊的數(shù)學(xué)家和一位名叫喬治·威芬巴赫的物理學(xué)家在霍普金斯的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了這顆衛(wèi)星的頻率出現(xiàn)了偏移,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移效應(yīng)。

他們發(fā)現(xiàn),如果在地面上架設(shè)多部接收機(jī),就可以根據(jù)接收到的信號(hào)的不同頻差推算出這個(gè)衛(wèi)星的具體位置。而彼時(shí)的實(shí)驗(yàn)室主任弗蘭克·麥克盧爾正在為海軍做一項(xiàng)研究,內(nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置。

當(dāng)他們將實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤研究結(jié)果告知弗蘭克時(shí),一個(gè)逆向思路出現(xiàn)在弗蘭克的腦海中,美國GPS系統(tǒng)也就此啟動(dòng)。

在反復(fù)研究低、中、高軌道利弊后,美國在1978年選擇了24顆衛(wèi)星的中軌道星座,并發(fā)射了第一顆GPS衛(wèi)星。1994年GPS系統(tǒng)完成全球組網(wǎng),全球覆蓋率高達(dá)98%,1995年投入運(yùn)行,并分為軍用和民用兩種定位模式,其中民用方式向全球開放。

經(jīng)過30多年的發(fā)展,GPS系統(tǒng)已經(jīng)成為目前全球使用最為廣泛,商業(yè)模式最為成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。同時(shí),GPS的出現(xiàn)也改變了在紙質(zhì)地圖上規(guī)劃路線的歷史,在汽車導(dǎo)航、海上導(dǎo)航中發(fā)揮著巨大的作用。

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既然已經(jīng)有了最為成熟,并且使用免費(fèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù),為什么中國還要研發(fā)北斗全球系統(tǒng)?

我們不妨聯(lián)系一下最近中美之間發(fā)生的故事,說說北斗衛(wèi)星由來。近兩年,美國方面不斷向中國企業(yè)施加壓力,先是中興斷臂求生,再有華為傾力抵抗,還有圍繞掌握尖端核心科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的討論也在業(yè)界不斷被提起。

現(xiàn)在我們?cè)谂e國之力打造“中國芯”,這是由于國內(nèi)起步晚、科技水平有限,在很長時(shí)間里我們始終處于一個(gè)被動(dòng)的位置,是否被卡脖子,主動(dòng)權(quán)完全掌握在別人手中。這還是在商用和民用領(lǐng)域,但事實(shí)上,從GPS研發(fā)的初衷中不難看出,軍用才是GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的本質(zhì)。

試想,就像美國斷供華為一樣,將GPS民用信號(hào)切斷,那么使用地的所有設(shè)備將再也無法使用設(shè)備定位服務(wù),對(duì)于已經(jīng)過度依賴于導(dǎo)航的我們來說,無異于瞬間回歸“黑暗”,只能在里面到處碰壁。

在軍用領(lǐng)域就更為嚴(yán)重了,作為一項(xiàng)開放的技術(shù),美國雖然無法禁止其他國家使用GPS,但由于GPS分為軍用和民用兩大部分,因而在開放程度上,美國還掌握著主動(dòng)權(quán)。假使美國的敵對(duì)國使用民用GPS信號(hào),只在定位精度上美國就已經(jīng)領(lǐng)先了對(duì)手十倍。如果美國再向敵國發(fā)送欺騙碼,那瞄向美國的導(dǎo)彈可能就會(huì)落到自家陣地上。

因此,即便GPS在全球形成了巨大的市場,并以此托舉著眾多新的國際性產(chǎn)業(yè),造福了民用市場,但無形中也形成了一股強(qiáng)大國家軟實(shí)力,本質(zhì)上還會(huì)以美國國家利益為主。

北斗后來居上

基于國家安全、人民福祉和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,早在上世紀(jì)70年代,我國七五規(guī)劃中就提出了“新四星”計(jì)劃,隨后還提出單星、雙星、三星、三到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案,以及多星的全球系統(tǒng)設(shè)想,以此籌備和發(fā)展國內(nèi)軍民兩用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

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早期在國家一窮二白的基礎(chǔ)上發(fā)展全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)確有困難,但到20世紀(jì)后期,打造中國自己的全球?qū)Ш较到y(tǒng)的步伐開始不斷加快,同時(shí)也探索出一條適合中國國情的導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展之路。

●2000年年底,中國建成北斗一號(hào)系統(tǒng),開始向中國提供服務(wù);

●2012年年底,北斗二號(hào)系統(tǒng)建成開通,中國的北斗全球系統(tǒng)開始向亞太地區(qū)提供服務(wù);

●2019年年初,北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè),開始向全球輸出服務(wù)能力;

●預(yù)計(jì)到2020年,中國的北斗全球系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)將全面完成,定位精準(zhǔn)度將從米級(jí)跨越至厘米級(jí),最高精度足以匹配GPS,實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升。

不僅如此,GPS的另一弊端,也已經(jīng)被北斗全球系統(tǒng)所克服。GPS是單向通信體質(zhì),好比廣播電視塔發(fā)射信號(hào),它只管發(fā)射信號(hào),而不管到底有1個(gè)還是1萬個(gè)接收設(shè)備在接收信號(hào)。同理,30顆衛(wèi)星不斷向地面發(fā)射信號(hào),然而具體是誰在接收并使用這些信號(hào),衛(wèi)星自身是毫不知情的。

而在上世紀(jì)(1994年啟動(dòng),2000年雙星升空)的北斗一代,我國研究人員采用“兩彈一星”元?jiǎng)壮煞荚试菏繛槭椎膶<覉F(tuán)隊(duì)提出的雙星定位方案,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙向通信能力。雖然由于種種原因,北斗一代采用了靜止高軌道的雙星定位方案,但北斗一代兩顆衛(wèi)星可以與國際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務(wù),其既能定位又能通信的特點(diǎn)也成為其一大技術(shù)特征。

當(dāng)然,這并不證明美國的GPS等其他定位導(dǎo)航系統(tǒng)不支持通信功能就是技術(shù)上不先進(jìn),只能說明,這為今后北斗的演進(jìn)奠定了更好的基礎(chǔ)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶端三部分組成,可以在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)的為各類用戶提供高精度、高可靠性的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。并且具有短報(bào)文通信能力,已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能力,定位精度為10米,測速精度為0.2米/秒,授時(shí)精度為10納米。具體特點(diǎn)如下:

●北斗系統(tǒng)空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座,與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多,抗遮擋能力強(qiáng),尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯;

●北斗系統(tǒng)提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào),能夠通過多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度;

●北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力,具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、位置報(bào)告和短報(bào)文通信服務(wù)五大功能。

寫在最后

當(dāng)然,北斗全球系統(tǒng)作為后起之秀,相比較GPS還處于發(fā)展的初級(jí)階段,GPS在全球擁有穩(wěn)定的市場和國家性產(chǎn)業(yè)鏈,想要把中國的“千里眼”推向國際還需要時(shí)間。