6月23日,由中國航天科技集團有限公司五院抓總研製的第55顆北鬥導航衛星成功發射,北鬥三號全球衛星導航系統星座部署全面完成,未來它將與其它已經在軌的29顆北鬥三號衛星完成組網,全面建成北鬥全球導航系統。當時我在看央視直播北鬥三號用長徵三號乙運載火箭「收官之星」在西昌發射那一幕,熱淚盈眶,這是國之重器,國人的驕傲。
26載風雨兼程,北鬥終修成正果!可謂:鳳凰浴火驚四海,一飛沖天動九霄!
我國衛星導航系統此前定下的發展戰略是「三步走」,就像嬰兒長大成人的三個重要階段:
第一步、2000年年底建成北鬥一號系統,向中國提供服務;
第二步、2012年年底建成北鬥二號系統,向亞太地區提供服務;
第三步、2020年前後建成北鬥三號系統,向全球提供服務。
一步一個腳印走到現在,包含了無數科研人員航的汗水,補全了全球覆蓋的最後一塊拼圖。北鬥組網全面完成,絕對稱得上是中國航天乃至中國科技而言都是一個歷史性的成就。
「前事之不忘,後事之師」,作為先驅北鬥一號4顆試驗衛星已全部退役,從北鬥二號首顆星起算,我國截至昨日已發射55顆北鬥導航衛星。北鬥三號全球組網衛星共30顆,由24顆中圓地球軌道、3顆地球靜止軌道和3顆傾斜地球同步軌道衛星組成,它們依次被親暱地稱之為「萌星」「吉星」「愛星」。
「萌星」,星如其名,小巧靈活。運行在高度約2萬千米的軌道,7天繞地球跑13圈,像極了24個活潑好動的萌小子不知疲倦的跑來跑去。
「吉星」,運行在約3.6萬千米的地球靜止軌道上,就像三個成熟的大人,沉穩可靠,分別站在在東經80°、110.5°和140°,守望著我們。
「愛星」 同「吉星」軌道高度相同,像被大人呵護的三位公主,熱愛跳舞,在太空中跳著浪漫的「8」字步。
性格迥異的3種衛星組成了北鬥三號這個大家庭,也分別承擔著不同的責任。
「萌星」活力十足是北鬥全球組網的主力隊員,負責信號覆蓋到全球更廣闊的區域。
「吉星」則始終隨著地球自轉而動,時時刻刻為祖國,在導航、電力、通信、交通、測繪、金融等領域默默奉獻。
「愛星」3顆便可覆蓋亞太大部分地區,可謂單星覆蓋區域最大,信號抗遮擋能力強。
中國北鬥獨創的「三種軌道」「三種衛星」的混合星座工程建設,在國際上亦屬首次。雖然各司其職但它們從不獨來獨往,通過星鏈技術,實現了星間數據傳輸和精密測量,定位精度將不遜於目前普遍使用的美國GPS系統。建成後的北鬥系統將用於公共安全、交通、漁業、電力、林業、減災、智能城市建設、社會管理以及大規模市場應用等領域。
目前全球共有四大衛星定位系統,分別是美國的GPS、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯還有中國的北鬥。
美俄歐三家的衛星導航系統中,目前只有美國的GPS系統具備全球定位能力,其他則只能做到區域定位。毫不客氣地說,伽利略、系統目前仍處在我們「前兩步走」的業務範疇內。如今,世界只有美國和中國具有提供全球衛星定位服務的能力。而且,北鬥在中國境內的定位精度超過GPS!
與GPS對比:
很多人說北鬥用了55顆衛星才達到GPS級別,是不是咱技不如人,實際上之所以多很多衛星,主要原因是因為我們起步比歐美晚,低空軌道被他們搶先佔用了。我們在高軌道就需要更多的衛星,當然我們多這些衛星也有其他方面的需求。
一、精準定位!
北鬥系統最新導航服務性能指標如下所示:
服務區域:全球;全球定位精度:水平優於10米;空間信號精度:優於0.5m; 測速精度:0.2 米每秒; 授時精度:20 納秒; 服務可用性:優於 95%;亞太地區定位精度優於5m、測速精度優於0.1米每秒、授時精度優於10納秒。 其中,國內通過遍布全國2600個地基增強站組成的增強系統,可以提供米級、分米級、釐米級等增強定位精度服務。
GPS系統當前基本導航服務性能指標如下所示:GPS的全球單 點 定 位 精 度 粗 碼 為5~10m,精碼1~2m(軍用不開放),一般的民用接收機開闊區域可獲得優 於5 m 定位 精 度。最優定位精度可達5釐米。需要注意的是,北鬥的平面精度與高程精度是基本相當的,而GPS系統的水平精度確實不錯,但是它的高程精度是軟肋,比水平精度差得比較多,一般1.5倍到2倍。
整體來說,定位精度雖略遜GPS但也相差無幾,屬於同一級別,在一些地方也有所領先,各有所長。
三頻信號
北鬥使用的是三頻信號,北鬥是全球第一個提供三頻信號服務的衛星導航系統。GPS使用的是雙頻信號,這是北鬥的後發優勢。三頻信號可以更好的消除高階電離層延遲影響,提高定位可靠性,增強數據預處理能力,大大提高模糊度的固定效率。而且如果一個頻率信號出現問題,可使用傳統方法利用另外兩個頻率進行定位,提高了定位的可靠性和抗幹擾能力。
短報文通信服務
這個是中國衛星導航的原創功能,並且非常實用,有利於求救。08年汶川地震的時候,震區唯一的通訊方式就是北鬥一代。這一特色功能毫不意外在二代中保留下來。但是這個功能也是有容量限制的,所以並不適合作為日常通信功能,而是作為緊急情況通信比較合適。基於這個功能,北鬥還有一個好處是,不但能知道我在哪,還能讓別人知道你在哪。
面對即將到來的 5G 移動通信,對時間同步的各項指標也提出了極高的要求。目前 4G 網絡時間同步需求為±1.5μs,而未來 5G 網絡時間同步的 需求為±130ns,頻率同步需求為 1E-13;網絡 PRTC 設備的時間同步要求為±30ns,長期頻率準確度為 1E-13 量級,這些都給 5G 通信系統的正常運行和各類增值服務帶來了 巨大挑戰。
5G是智能化時代的基礎設施,其「極高速率、極大容量、極低時延」的特徵可為滿足未來虛擬實境、智能製造、自動駕駛等應用需求提供基礎支撐。北鬥則是唯一的全球性、高精度時空基準。其全球性的特點,能實現全球時間的精確同步,可以在廣域甚至全球把感知時間和位置的能力賦給5G。
北鬥+我國領先的5G技術,釐米級的定位導航技術將使無人駕駛等成為現實,而毫米級的精密定位技術,將使精細化生產的無人工廠和遠程醫療手術成為現實。所以北鬥三號導航系統的成功建設,將充分發揮北鬥系統融網絡、融技術、融服務、融終端、融應用等天然特性,提供基於『高精度定位、高精度時間、高清晰圖像』的智慧城市、智慧製造、智慧農業、智慧家庭等領域提供新的服務。」
中國所研發的北鬥全球導航系統真正實現了獨立自主,核心技術已經實現100%國產化,不論星載氫原子鐘還是晶片等,現在國內都有自己的解決方案。整個北鬥系統建設的時候,我們一直是立足於自主可控,星上的產品,關鍵產品,元器件都堅持走國產化這條道路。到北鬥三號,我們全面實現了,星載產品百分之百的國產化。
自主可控的北鬥+5G,將激發無限潛能,助力中華崛起。