“北斗”导航卫星技术成就与展望

发布于 2019-09-26 作者 风铃 17次 浏览 版块 前端

卫星导航定位技术是指利用导航卫星对地面、海洋和空间用户进行导航定位的一种新兴技术。与传统的导航定位技术相比,卫星导航定位技术具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点,已成为人类活动中普遍采用的导航定位技术,并迅速发展成为一个新兴的产业——卫星导航定位产业。美国和俄罗斯相继建成全球卫星导航系统GPS和GLONASS,欧盟目前正在进行GALILEO(伽利略)系统建设。为了建立独立自主的中国卫星导航系统,1994年国家批准北斗卫星导航系统研制建设任务,2000年建成“北斗导航”卫星双星导航定位系统,标志着我国卫星导航技术取得突破性进展,我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

一、“北斗导航”卫星双星导航定位系统


    “北斗导航”卫星双星导航定位系统是全天候,高精度、快速实时的有源区域性卫星导航定位系统。其基本任务是在我国及周边部分地区,为我国中低动态及静态用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务。其基本原理是采用三球交会测量,利用两颗位置已知的地球同步轨道卫星为两球心,两球心至用户的距离为半径作两球面,另一球面是以地心为球心,以用户所在点至地心的距离为半径的球面,三个球面的交会点就是用户位置。


    “北斗导航”卫星组成:选用东三卫星平台,总重约2300kg,卫星寿命8年;卫星采用三轴稳定方式,由有效载荷(转发器、天线)、电源、测控、姿态和轨道控制、推进、热控、结构等分系统组成;卫星本体为2000mm×1720mm ×2200 mm的立方体箱形结构,分为服务舱、推进舱和载荷舱。


    “北斗导航”卫星特点:采用了大型可展开抛物面L/S天线,天线口径达到2.44m×2.65m,是当时国内卫星星载最大的天线;星上转发器是一个高增益系统,并具有良好的低噪声性能,卫星的入站转发器增益达到132dB;星上工作频率众多(L、S、C等),卫星需要接收三个、发射三个不同的频率,电磁兼容性设计复杂;有效载荷信道发射功率大,微放电和无源互调指标高。


    2000年10月31日,“北斗导航”卫星01星发射,11月6日成功定点于140°E;2000年12月21日,02星发射,12月26日成功定点于80°E 。两颗卫星顺利完成在轨性能测试,性能参数满足研制任务要求,利用两颗卫星构成了双星导航定位系统,为用户提供导航定位服务。2003年5月25日,03星发射,6月3日成功定点于110.5°E,作为备份星;2007年2月3日,发射了04星。


二、“北斗导航”卫星双星导航定位系统应用情况


    “北斗导航”卫星双星导航定位系统的建立,“快、好、省”的迈出了我国卫星导航系统重要的一步。该系统将导航定位、双向通信和精密授时结合在一起,为公路交通、铁路运输、海上作业、森林防为、灾害预报以及其他特殊行业提供高精度定位、授时和短报文通信等服务,取得了较好的应用成效。


    通过北斗卫星导航定位系统,可以在大屏幕上清晰地看到远在千里之外的汽车、水面船舶的运行轨迹,调度员可以与定位目标进行双向的文字、数据交流。在一张大型地图上,用户用手指选定目标后,屏幕上立即显示出该目标的精确地理坐标。


    2005年在珠穆朗玛峰高度测量中,测量队员携带了北斗用户机,沿途适时向中国卫星综合数据采集平台发送珠峰的各种气象参数,共获得了几十个不同高程位置的实测数据,为珠峰高度测量登山队获得了珠峰气象观测的第一手资料。


三、中国Compass卫星导航系统


    为全面满足用户导航定位的需要,我国正在开展Compass卫星导航系统的研发与建设。该系统是无源卫星导航系统,用户仅需接收卫星信号即可完成定位。


    该系统是通过测量卫星至用户的信号传播延迟,利用测距原理实现导航定位。通过3颗卫星测距,得到用户至卫星的距离,确定两维位置;再通过增加第4颗卫星的测量,可以计算三维位置和时间。该系统的空间段由分布在不同轨道多颗卫星组成,它们构成导航星座。


    Compass卫星是一种全新的卫星,采用了很多新技术。2007年4月14日首颗卫星发射成功;4月16日,卫星准确进入工作轨道,有效载荷开通,开始了在轨测试和新技术试验验证等工作。通过首颗Compass导航卫星发射、在轨测试和在轨试验,验证了卫星各种新技术,有力推进了导航卫星系统建设。随着我国首颗Compass导航卫星的成功发射,将在未来几年内初步建立起我国无源卫星导航系统。


 

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