北鬥系統到底有多強,2600座地面站,助推北鬥實現釐米級精度導航

2020-12-04 科技也有料

經過幾十年的砥礪前行,中國獨立建設的北鬥全球衛星導航系統終於在近日建成,並開始提供覆蓋全球的衛星導航訊號。而由於歐洲的伽利略還未完全建成,俄羅斯的格洛納斯因缺乏維護,早已不能信號全球覆蓋。也使得中國成為目前全球除美國之外,第二個真正擁有全球導航系統的國家。而對於北鬥的建成,我們最好奇的應該還是北鬥系統的性能到底有多強。

和目前其它所有的衛星導航系統不同,北鬥是唯一採用三種軌道衛星組成的混合導航星座的導航系統。包括3顆GEO衛星,3顆IGSO衛星,24顆為MEO衛星。其中定位於赤道上空的靜止/同步地球軌道GEO衛星,相對地球靜止,軌道高度35786km,軌道傾角為0度,單星覆蓋區域較大,3顆衛星可覆蓋亞太大部分地區。

而傾斜地球同步軌道IGSO衛星,軌道高度與GEO衛星相同,軌道傾角為55度,星下點軌跡為「8」字。這六顆衛星是用來向亞太和「一帶一路」地區提供更高性能的精確定位和導航授時服務。

而其它24顆北鬥中遠地球軌道MEO衛星,軌道高度約21500km,軌道傾角為55度,通過多顆衛星組網可實現全球覆蓋,用來保證提供全球高精度定位信號,MEO星座回歸特性為7天13圈。北鬥系統通過獨創的混合星座設計,既能實現全球覆蓋、全球服務,又可為亞太大部分地區用戶提供更高性能的定位導航授時服務。

其中亞太大部分地區,每時可見約12至16顆衛星,而全球其他地區每時可見4至6顆衛星,能有效確保在全球任意時間任意地點都能保證有足夠的衛星可見。

通過三軌衛星提供的高精度定位信號,北鬥導航系統可向全球用戶提供優於10米的定位服務,而在亞太地區,由於可觀測到更多的北鬥衛星,還可提供優於5米更高精度服務。而在北鬥系統正式開通提供全球服務之後,根據實地測試,發現北鬥能夠提供的精度服務能夠達到3米,遠遠優於設計參數。

這樣的定位精度在普通民用市場已經基本足夠。不過隨著智慧化城市,自動駕駛等新技術的逐漸普及,顯然對於更高精度的定位服務有著廣闊的前景。而北鬥系統當然也會對此有所準備。通過與地基增強系統的配合,北鬥系統能夠提供釐米級的高精度導航服務。

因為如果要通過導航衛星發出的信號對地球上某個物體進行定位,必須根據信號速度和到達的時間,計算算出該衛星到物體的距離。而當目標物體能接收到 4 顆衛星的信號時,就能得到 4 個距離。然後以衛星為圓心,以對應距離為半徑畫圓,就能在唯一交點處確定該物體坐標,從而完成定位。這也是為何衛星導航系統必須時刻保證,在任何地點都有四顆可見衛星,才能完成定位。

但是因為很多幹擾因素會讓衛星信號發生偏移,從而導致「測不準」問題,因此僅僅依靠衛星信號,定位精度基本只能到米級。此時,就需要地基增強站幫忙了。通過所以地基增強站的精準位置坐標。定位系統可以通過計算得到一個相對衛星位置的補償差值,而通過這個補償差值,就能得到用戶的高精度位置信息。

因此,想要實現高精度定位,地基增強站就屬於必要條件。而自從我國從2015 年開始啟動大規模地基增強站建設以來,目前,已經建成了分布在全國各地的 2600 多個北鬥地基增強站,是全球覆蓋範圍最廣的地基增強系統。通過這些增強站,北鬥所能提供的最高定位精度可以達到釐米級別。

而通過這樣的定位精度服務,在未來將可以廣泛應用於諸多的方面,比如無人機輸電線路排查,農業方面的無人插秧機,城市裡的無人快遞車投送,更為大眾的無人駕駛等等。可以說在未來,隨著智慧城市建設的逐步推進,對於高精度定位服務的需求是無限的。而北鬥系統的釐米級定位信息服務,正完美契合了智慧城市的需求。而作為中國真正掌握了核心技術的北鬥系統,也是未來我們應對全球任何風險的底牌之一。為我國的航天科技工作者們點讚。

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