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太空中最亮的“中国星”

2019-03-08 10:20:07|来源:科技日报|编辑:薛维萌 |责编:韩东林

  3月4日,中国卫星导航系统管理办公室透露,北斗卫星导航系统今年将继续高密度全球组网,计划发射8—10颗北斗导航卫星。

  北斗是“中国创造”的一张名片。2017年11月,北斗三号首发;去年底,北斗三号全球组网基本完成,并开始提供全球服务,标志着北斗系统正式迈入全球时代;到2020年,我国的35颗北斗卫星计划全球组网完成。北斗系统的建设之快,凸显着中国雄厚的技术实力。

  是导航员也是邮递员

  就像GPS一样,北斗是帮助用户导航的。但北斗还有一项GPS尚不具备的特长:转发用户短信。

  在茫茫大海之上,没有手机信号,又没有昂贵的海事卫星,但你可以用北斗发信息,尤其是救命的信息。因此,渔民们成为北斗的第一批忠实用户,全国4万余艘渔船都安装了北斗,累计救助渔民上万人。

  今年初,中国的西太平洋实时科学观测网升级之后,借助北斗卫星的短信传输,6000米深海与陆地的互联得以实现——10套深海潜标捕获的大容量数据,用北斗卫星“现场直播”到科学家的电脑或手机上,使他们从此不再依赖国外的通信卫星。

  围绕北斗的“短报文”功能,还可设计出各种有创意的应用。一些户外装备公司还针对野外活动推出了一键报告所在位置的北斗盒子。地震和洪灾救援时,遇险社区可通过北斗及时报告方位与灾情。北斗三号组网后,作为北斗特色的“短报文”通信服务容量将提高10倍,并大大降低用户的发射功率。

  目前,全国已有几百万营运车辆安装了北斗兼容终端。如北京的3万多辆出租车、2万多辆公交车安装了北斗终端;1500辆物流货车也用北斗实时调度。四川利用北斗来管理汽油车物流,有的地方则用北斗来监控危险化学品运输车。

  中科院的专家们还用北斗来研究保护野生动物,比如,给藏羚羊戴上北斗定位项圈,科研人员们就可以清楚地知道它们在哪儿;内蒙古杭锦旗用类似的方法,通过北斗卫星来管理几百万头牲畜。

  精准定位不差毫厘

  北斗卫星导航系统总设计师杨长风说:“北斗三号不仅覆盖范围提升至全球,定位精度也较北斗二号提升1至2倍。”不仅如此,利用一张全国地基网,中国用户还可以获得前所未有的高精度导航服务。

  北斗具备动态厘米级和静态毫米级的定位能力。基于北斗卫星系统的基础定位数据,利用遍及全国的超过2200个地基增强站及自主研发的定位算法,相关系统可为全国的用户提供精准定位及延展服务。

  北斗地基增强系统2016年正式上线运行,具备在全国提供实时动态厘米级、事后处理毫米级和快速辅助定位能力。在地基网辅助下,北斗可实现2—5厘米的定位服务精度,行业最重视的“首次定位时间”可被缩短到5秒。另外,北斗还在全球建设了120个地基增强站点,为沙漠、海洋、高空等区域提供7×24小时高可用的动态厘米级定位服务,预计服务在2021年覆盖全球。

  对标世界一流,北斗三号系统的性能较北斗二号也大有提升。

  星载原子钟是定位精度的核心。北斗三号的铷原子钟频率稳定度,较北斗二号提高10倍,使北斗定位精度和授时精度都提高了一个量级。卫星同时配备了性能更优的氢原子钟,质量和功耗大于铷原子钟,两者配合工作。

  另外,由于不能像GPS那样全球建地面测控站,位于地球背面的北斗卫星利用星间链路联系、测距和保持队形。而且北斗三号卫星可自主运行至少60天,即使地面站故障,卫星仍能正常工作。它能自我诊断故障和自我修复,设计寿命在10年以上。

  目前,北京已有几十万辆共享单车安装了北斗定位装置,即使是在有建筑物或者大树遮挡的地带也能做到精准定位,同时共享单车也可以放进定点的电子围栏。此外,北斗的高精度测量还已经服务于山体滑坡监测和桥梁大坝的形变监测。

  凭借快速的厘米级定位,北斗甚至能判断小汽车行驶在中间车道,还是在左转车道,这让精确导航与未来无人车的行驶有了基础。有了这一强有力的技术支撑,未来,送货的无人机可以精准地降落在客户的阳台上,割草机器人则能做到沿两米见方的框架转圈,没有误差……

  万亿级市场在招手

  2018年,北斗三号的发射密度比起美、俄的发射密度纪录要高出一倍,而北斗三号卫星的批量生产和发射,无一失败。“科学的管理,提高了工作效率。”北斗三号卫星总指挥迟军说。

  去年年底,一位在西昌工作多年的通信保障工程师告诉科技日报记者,2018年发射任务如此密集,但发射场的卫星试验人员较以往减少了近一半,发射场全流程时间缩短了近1/3,研制人员和研制周期都大为缩减。

  除了效率的大幅攀升,北斗还有个本事,就是可与GPS射频实现兼容。

  通常,接收机需要同时看到4颗导航卫星才能定位,看到的卫星越多越有利。北斗与GPS实现互操作,一台接收机能同时接收两个系统的卫星信号,使得定位更快更准。

  美国GPS全球定位系统源于半个世纪前的美军项目,可为陆海空三大领域提供全实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯。一开始,GPS被美军用来导航,接着是道路交通和渔业应用,随着GPS设备降到白菜价,普通老百姓也可以很容易地消费和使用GPS。目前,GPS的全球市场已达到每年1万亿元人民币。

  尽管美国的GPS开卫星定位技术之先河,享有很高的知名度,但中、俄、欧也都在搭建自己的卫星导航系统。GPS、北斗、格洛纳斯和伽利略四大卫星导航系统全部建成后,卫星合计将超过百颗。

  我国的北斗系统从1990年代开始研发,2011年开始面向民间开放,是GPS之后市场前景最好的一个导航系统。由于北斗系统具有“短报文”能力,且抗遮挡能力强,在高楼林立的城市优势更明显,其应用已到快速发展期。目前,北斗已经在铁路、测绘、授时、航运、航空等多个行业中应用。未来,北斗在民用领域将形成庞大产业链。

  据中国卫星导航定位协会估计,2020年北斗三号系统全面建成后,中国卫星导航产业规模将超过5000亿元。另有估计说,北斗在中国的市场占比,将由2016年的不到30%扩大到60%,反超GPS。(高 博)

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