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北斗三号卫星发射成功了吗?为什么要发射卫星

2020-07-20 14:24:30  来源:胖福的小木屋

我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功,这标志着中国经过26年的努力,终于成功建成100%自主可控的北斗全球卫星导航系统。

北斗三号收官卫星成功发射,中国北斗完成全球组网,打破GPS垄断

北斗三号收官卫星成功发射,中国北斗完成全球组网,打破GPS垄断

中国成为继美国GPS之后,唯一建设完成全球导航系统的国家。(俄罗斯、欧盟的导航系统还不完善)

中国为什么要建造北斗导航

在80年代的时候,两弹一星元勋陈芳允提出要建造属于中国自己的导航系统的时候,许多的科学家也提出反对,认为既耗费金钱,而且中国没有相应的技术,完全可以使用美国成熟的GPS导航,不需要额外建造。

海湾战争的爆发,让中国见识了GPS的威力,由于GPS建立了全球性地心坐标及高程标准,可为中、远程武器的发射、导航提供精确的坐标;可为飞机、舰船、坦克作实时导航及为导弹制导;可为侦察目标定位;可为火炮阵地、火箭发射场、卫星跟踪站等军事目标精确定位,美国在海湾战争中就利用GPS技术来确定目标、调遣兵力,并对伊拉克的军事要塞实施准确的攻击,它不仅在飞机上、坦克上、战车上装配有GPS,甚至配备到单兵身上。

GPS技术与惯导系统的有机融合所具有的优点是;具有短期精确度和自主性能的惯导系统(INS)与具有长期精确度的GPS接收机可以构成一个最佳组合。如果中国不拥有导航系统,一旦战争开始,美国关闭GPS,中国将成为瞎子,任人宰割!

另外,随着社会进步和科技发展,人们对卫星导航应用需求也越加旺盛,特别是交通、电力、通信、金融等基础行业,对卫星导航的依赖越来越大,北斗系统对推动国民经济建设具有重大战略意义。

全球导航系统还具有重要的授时功能,授时是指确定、保持某种时间尺度,并通过有线或者无线的方式将代表这种尺度的标准时间信息发送或者转发给用户的一系列过程。授时的方法有很多,但是在各种授时方法中,卫星授时由于覆盖范围广、精度高、全天候和通用性强等诸多优点而得到广泛应用,卫星授时是实现全球范围内时间精确同步的最佳选择。

举例来说,精确的时间同步对于涉及国家经济社会安全的诸多关键基础设施至关重要,通信系统、电力系统、金融系统的有效运行都依赖于高精度时间同步。在移动通信中需要精密授时以确保基站的同步运行,电力网为有效传输和分配电力,对时间和频率提出了严格的要求。

用上北斗之前,我国的电力授时是完全依赖美国GPS、俄罗斯GLONASS卫星导航系统的,导致其存在巨大的安全隐患,严重影响电力系统的安全稳定运行。

这让国内科学家认识到,一旦与美国爆发矛盾,没有自己导航系统,中国将变成一个瞎子,成为任人宰割的鱼肉。

为了解决中国资金、技术不足问题,中国科学家提出了三步走战略,谭述森院士创造性地提出了集定位、通信和授时三大功能于一体的工程建设方案,1994年,北斗一号正式开始启动建设,标志着中国建造卫星导航系统拉开了序幕。

中国北斗为什么领先GPS

GPS于60年代末开始研制,1973年系统方案正式诞生,1994年建成实用卫星导航系统,而中国北斗凭借着后发优势,在多方面领先GPS。

北斗系统是由GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星三种轨道卫星组成的混合导航星座。GEO卫星相对地球静止,轨道高度35786km,轨道倾角为0度,单星覆盖区域较大,3颗卫星可覆盖亚太大部分地区。

IGSO卫星轨道高度与GEO卫星相同,轨道倾角为55度,星下点轨迹为“8”字。北斗MEO卫星轨道高度约21500km,轨道倾角为55度,绕地球旋转运行,通过多颗卫星组网可实现全球覆盖,北斗MEO星座回归特性为7天13圈。

北斗独创的混合星座设计,既能实现全球覆盖、全球服务,又可为亚太大部分地区用户提供更高性能的定位导航授时服务。亚太大部分地区,每时可见约12至16颗卫星,全球其他地区每时可见4至6颗卫星,卫星可见性和几何构型较好。

北斗三大功能领先GPS,分别是短报文通信、有源定位和三种工作频率。

电离层会影响电磁波传播,是卫星导航定位的最大误差源,必须消除。电离层的干扰与卫星信号频率相关,因而采用至少双频信号可以构建电离层延迟修正模型最大限度去除这部分干扰因素,对定位精度的提升非常显著,三频则可以构建更复杂模型消除高阶影响。

此外,在三个频段上发射也增加了不同信号(军用、民用)的调制选项,抗干扰能力得到提升,也提高定位可靠性,对于厘米级乃至毫米级定位中最核心的载波相位模糊度解算也大有益处。

近些年来原本双频信号的GPS系统也在扩展成三频系统。可见北斗的后发优势。

有源定位就是用户可以把自己的位置报告给其他的网络或指挥控制中心,最终实现定位。有源定位在调度系统以及指挥系统上应用是非常广泛的,它能实现地面快速定位,相关应用产业的指挥调度将变得更加容易。

其中有源定位和短报文通信功能相结合,既能知道“我在哪里”,也能知道“你在哪里”。

北斗卫星导航系统工程副总设计师谭述森表示,GPS的无源定位方式只解决了“我在哪儿”的问题,而北斗的有源定位方式同时解决了“我在哪儿”和“你在哪儿”的问题,可以说“靠一个北斗用户机就可以走遍天下”。

以海洋渔业为例,“我在哪里”,能够使渔民通过船载设备实现自主定位;“你在哪里”,使岸上的人通过监控知道渔船在什么地方,截至目前为止,北斗累计救助渔民1万余人。

在沙漠、山区、海洋等人烟稀少的地区实施抢险救援时,北斗卫星导航系统除导航定位外,还能通过短信功能,利用卫星导航终端设备及时报告所处位置和灾情,有效缩短救援搜寻时间,提高抢险救灾时效。

美国有一个专门的低轨道卫星星座Orbcomm,专门用来收集远海上的船舶位置信息,回传至船舶管理机构。

但是,中国的船舶位置信息回传如果交给美国公司,所有的船舶信息都将无所保留地奉献给美国。由于北斗具有短报文功能,即北斗是可以在海上发短信的,所以通过北斗,将北斗覆盖区域内的中国船舶位置回传,既能保证信息安全,又能在船舶遇险时及时救援。

今天,我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星,北斗三号全面建成,北斗三号系统将向用户正式提供有源定位服务。(北斗三号全面建成之前和GPS一样是无源定位)

2020年之后,北斗导航能够为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信、国际搜救服务,中国及周边地区用户还可享有区域短报文通信、星基增强、精密单点定位等服务。

北斗导航目前发展

卫星导航系统一经建成便需要长期维持、持续投资,最有效的方式便是军民融合、从民用市场盈利。而目前经过几十年的布局和规模化应用,GPS在民用市场领先优势明显,依然处在绝对领先定位,这是北斗导航目前的劣势。

从2013年1月1日起,各示范省份在用的旅游包车、大客车、危险品运输车辆需要更新车载终端的,应安装北斗兼容车载终端,来促进北斗导航的商用,目前70%的智能手机在使用北斗导航。

在不久的将来,完全自主可控的北斗系统将形成完整的产业链,并逐步应用到国民经济和社会发展的各个领域。伴随互联网、大数据、云计算、物联网等技术的发展,北斗技术产生的经济和社会效益正在凸显。

2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3016亿元,较2017年增长18.3%。其中包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值达1069亿元,占总产值的35.44%,北斗对产业的核心产值贡献率达80%,由卫星导航衍生带动形成的关联产值达1947亿元。

可以说,北斗导航的建成打破了美国的垄断,将对中国国防、民生经济作出重要贡献,另外,对于提高中国国际话语权具有重要的作用。可以说,北斗是我国航天的超级成就。

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