第28、29颗卫星已发射,中国北斗能超越美国GPS吗?

x
用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

  出品| 网易新闻

  2月12日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭及远征一号上面级(所谓“上面级”一般指多级火箭中第一级以上的部分),以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星。这是北斗三号工程第五、六颗组网卫星,它们与此前发射的四颗北斗三号卫星一起进行组网运行。

  关于卫星导航以及中国的北斗卫星,下面我们就带大家一起来了解下。

  

  全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS),也被称为全球导航卫星系统,是航天技术和通信技术相结合的产物。

  它利用卫星信号提供数据信息,对目标进行定位、检测、导航及管理,简而言之就是通过位置已知的卫星,来测量地球海陆空上的待求目标的距离,进而获得目标在地球上的具体坐标。

  全球首个卫星导航系统诞生于美国,它就是我们常常提到的GPS系统,完整的GPS星座由24颗在轨卫星(其中21颗工作卫星、3颗备用卫星)组成,位于距地表20200km高的轨道平面上,理想状态下,全球任意一点、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。

  第一代GPS系统的定位精度为10m以上,实时性较差,第二代GPS系统定位精度取得了长足的进步,最新的GPS II F对于动态物体的定位可以精确到米级。虽然GPS系统目前在世界上占据了领先地位,但美国还在不断的进行技术更新。第三代GPS预计将发射 32 颗卫星,计划到2020 年能够全面投入使用,其精度比以往提高了三倍,抗干扰能力提高了八倍,卫星寿命将延长至15年。

  除了美国的GPS系统以外,当前全球的卫星导航系统还有三个,分别是俄罗斯的GLONSS 系统、欧洲的伽利略系统以及中国的北斗系统。对于世界上很多无力建设自己的卫星导航系统的国家来说,最早投入使用,功能最完善的GPS系统也成为了他们获得卫星导航服务的首选。

  

  (北斗系统星座)

  中国作为一个大国,民用卫星定位市场几乎可以说在全球位居首位,而商用和军事需求也非常旺盛。事实上,在国产卫星导航系统出现之前,国内民用和商业项目大部分都采用的是GPS系统,在使用时需要获得其授权,而且只提供10m级的精度,在安全方面更是存在漏洞。

  在GPS系统建设之初,应美国军方的要求,GPS使用了选择可用性机制(SA),其定位信息被故意加入了误差。虽然在2001年美国宣称将关闭SA机制,而到了2007年更是声明GPS IIF及后续的所有GPS卫星都不再具备实施SA机制的能力。

  可是,无论美国承诺如何,实际在使用其产品时都仍有很大的风险及不可预测性,且这种承诺在和平时期尚可相信,一旦国际形势有变化,特别在军事方面,若国产战机、战舰和精确制导武器使用的是GPS系统进行导航,那么作战效能将打上一个大大的问号。

  正是基于上述安全性的考虑,中国开始发展自己的卫星导航技术,北斗卫星应运而生。

  1994年,北斗卫星导航试验系统(北斗一号)开始研制,并在2000年发射了两颗静止轨道卫星,区域性的导航功能得以实现。2003年又发射了一颗备份卫星,完成了北斗卫星导航试验系统的组建。

  

  (北斗卫星发射)

  北斗一号属于有源定位区域试验系统,该系统在进行定位解算时需要用户发送请求给卫星,然后由地面控制中心完成全部的计算任务,将用户需要的数据传回给用户,整个过程中卫星担任中继作用,覆盖范围主要在中国境内地区以及周边。

  不过,有源模式使得系统在定位精度、用户容量、定位的频率次数、隐蔽性等方面均受到限制,而且无测速功能,无法满足精确制导武器的要求,投入民用市场也不具备可行性。因此,中国的卫星导航发展在经历了有源定位区域试验系统,即北斗一代系统阶段后,第二步是无源定位的起步阶段,即北斗二代,第三步则实现能够实现全球任意地区定位的能力,也就是北斗三代。

  

  (今年2月,北斗三号第28、29颗卫星发射成功)

  2007 年,中国首颗无源定位卫星在西昌发射场发射成功,标志着国产卫星定位系统进入了一个新的时代。无源定位是北斗一代向北斗二代进步的关键技术,用户无需发送信号即可由自身完成定位,在原理上与GPS 系统基本相同,但是在如星座分布、使用频率等方面还是有很大差别的。此外北斗系统除了与其他卫星具有相同的导航定位和授时服务外,它还具有短信通信服务功能。

  和GPS系统类似的是,北斗卫星也提供授权和公开两种服务,相应的提供两类相应的信号。其中公开服务提供的信号,卫星在其覆盖的范围内可向用户提供无需授权、无需交费的定位,电文通信等服务,其定位能够精确到 10 米,单向授时能够达到 50ns。测速能够达到 0.2m/s。

  北斗二代系统在2012年完成了对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务,此时北斗二代系统拥有16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)、4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),在中国境内使用卫星导航服务可以不再受到国外系统的限制。

  而值得一提的是,在北斗系统关键技术上,中国也取得了重大突破。导航卫星本身来说,极高精度的时间系统就是最核心、最关键的设备之一,一旦失去准确的计时能力,一颗卫星就无法再提供可靠的定位服务,因此在卫星中用于计时的星载原子钟成为了国产化必须要突破的关口。

  (北斗导航卫星上所搭载的星载铷原子钟。)

  星载原子钟结构复杂,需要满足卫星发射及在轨运行时需要面对的振动、温度、辐照等环境要求,而且对体积和重量指标极为苛刻。北斗一号系统的卫星原子钟是由瑞士进口,而到了北斗二号时,星载原子钟开始使用中国航天科工提供的国产原子钟,自2012年开始,北斗已经开始全部使用国产原子钟,其性能与进口产品相当。

  在北斗二代系统建成后,北斗三代系统也很快提上日程。2015年3月30号,长征三号丙运载火箭携带北斗三号-I1-S卫星在西昌发射场升空,拉开了北斗三代系统建设的序幕。北斗三代系统的建成目标瞄准实现全球定位能力,到 2020 年中国预计将能够实现北斗三代系统的建设,届时整个北斗卫星星座会有 35 颗卫星,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。

  中国的北斗系统起步随晚,但是进展却迅速,超越GLONSS 系统和Galileo 系统成为全球第二已经毫无悬念。

  作为世界上认知度最高的标签,中国制造(Made in China)正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏,力邀行业权威、资深玩家,呈现他们眼中的中国创新之路。

  投稿请联系newsresearch_ntes@163.com,稿件一经刊用,将提供千字800元的稿酬。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

跟贴 跟贴 337 参与 4655
© 1997-2020 网易公司版权所有 About NetEase | 公司简介 | 联系方法 | 招聘信息 | 客户服务 | 隐私政策 | 广告服务 | 侵权投诉 Reporting Infringements | 不良信息举报

了不起的中国制造

从未停止追赶

头像

了不起的中国制造

从未停止追赶

648

篇文章

494074

人关注

列表加载中...
请登录后再关注
x

用户登录

网易通行证/邮箱用户可以直接登录:
忘记密码