探索北斗系統(tǒng)科技之旅

第二段旅程即將揚(yáng)帆~

帶上您的好奇心和想象力

領(lǐng)略北斗系統(tǒng)的科技魅力

▲夜空中的衛(wèi)星發(fā)射

古人云“道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物”。北斗系統(tǒng)的發(fā)展中蘊(yùn)含了很多與“三”有關(guān)的奧秘，探尋北斗系統(tǒng)與“三”奧秘之旅即將啟程，一起踏上這段奇妙的科技之旅吧~

  “三步走”戰(zhàn)略  

▲太空衛(wèi)星

中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)施“三步走”戰(zhàn)略

第一步：北斗一號(hào)，解決有無(wú) 

1994年，啟動(dòng)北斗一號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2000年發(fā)射2顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星，建成系統(tǒng)并投入使用，采用有源定位體制，為中國(guó)用戶提供定位、授時(shí)、廣域差分和短報(bào)文通信服務(wù)；2003年，發(fā)射第3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能。北斗一號(hào)，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有，使中國(guó)成為繼美、俄之后第三個(gè)擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。

第二步：北斗二號(hào)，區(qū)域無(wú)源

2004年，啟動(dòng)北斗二號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2012年，完成14顆衛(wèi)星、即5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球軌道衛(wèi)星(IGSO)和4顆中圓地球軌道衛(wèi)星(MEO)的發(fā)射組網(wǎng)。北斗二號(hào)在兼容北斗一號(hào)技術(shù)體制基礎(chǔ)上，增加無(wú)源定位體制，為亞太地區(qū)提供定位、測(cè)速、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。 

北斗二號(hào)創(chuàng)新性構(gòu)建了的5GEO+5IGSO+4MEO的中高軌混合星座架構(gòu)，為全世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展提出了新的中國(guó)方案。 

第三步：北斗三號(hào)，全球服務(wù) 

2009年，啟動(dòng)北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2020年，全面建成北斗三號(hào)系統(tǒng)。北斗三號(hào)系統(tǒng)是由3GEO+3IGSO+24MEO構(gòu)成的混合導(dǎo)航星座，系統(tǒng)繼承有源服務(wù)和無(wú)源服務(wù)兩種技術(shù)體制，為全球用戶提供基本導(dǎo)航（定位、測(cè)速、授時(shí)）、全球短報(bào)文通信和國(guó)際搜救服務(wù)，同時(shí)可為中國(guó)及周邊地區(qū)用戶提供區(qū)域短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)和精密單點(diǎn)定位等服務(wù)。 

北斗“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，是在結(jié)合我國(guó)國(guó)情和不同階段技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際提出的發(fā)展路線，北斗系統(tǒng)的成功實(shí)踐，走出了在區(qū)域快速形成服務(wù)能力、不斷擴(kuò)展為全球服務(wù)，具有中國(guó)特色的衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展道路，豐富了世界衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展模式和發(fā)展路徑。 

“三部分”構(gòu)成  

北斗系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成。

空間段：北斗導(dǎo)航衛(wèi)星持續(xù)發(fā)射載有導(dǎo)航電文的無(wú)線電波，提供給地球上的各種接收機(jī)來(lái)應(yīng)用。

地面段：為追蹤及控制北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)，在地面設(shè)置了主控站、注入站和監(jiān)控站，主要工作是收集數(shù)據(jù)，計(jì)算導(dǎo)航信息，監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，調(diào)度衛(wèi)星，修正與維護(hù)每顆衛(wèi)星的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)等。

用戶段：包括北斗系統(tǒng)用戶終端以及與其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端?？梢宰粉櫛倍穼?dǎo)航衛(wèi)星，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出接收機(jī)所在位置的坐標(biāo)、移動(dòng)速度及時(shí)間。

“三球交匯”原理  

導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。

地球上的北斗用戶接收機(jī)同時(shí)測(cè)量自身到至少三顆衛(wèi)星的距離；各衛(wèi)星的位置通過(guò)導(dǎo)航電文播發(fā)給用戶；以衛(wèi)星為球心，距離為半徑畫(huà)球面；三個(gè)球面相交得兩個(gè)點(diǎn)，根據(jù)地理常識(shí)排除一個(gè)不合理點(diǎn)即得用戶位置。

目前，國(guó)際上四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（美國(guó)GPS、我國(guó)北斗系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS和歐洲Galileo）均是采用這種三球交匯的幾何原理實(shí)現(xiàn)定位。 

“三頻服務(wù)”信號(hào)體制  

北斗系統(tǒng)是全球第一個(gè)提供三頻信號(hào)服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS使用的是雙頻信號(hào)，這是北斗的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。使用雙頻信號(hào)可以減弱電離層延遲的影響，而使用三頻信號(hào)可以構(gòu)建更復(fù)雜模型消除電離層延遲的高階誤差。同時(shí)，使用三頻信號(hào)可提高載波相位模糊度的解算效率，理論上還可以提高載波收斂速度。正因如此，GPS系統(tǒng)也在擴(kuò)展成三頻信號(hào)系統(tǒng)。

  測(cè)速授時(shí)“三要素”  

位置信息(Position)、速度信息(Velocity)和時(shí)間信息(Time)是構(gòu)成北斗信息服務(wù)的“三要素”。 

位置信息：北斗系統(tǒng)可向全球提供優(yōu)于10米的定位服務(wù)，亞太地區(qū)定位精度達(dá)到5米。北斗系統(tǒng)提供的位置信息服務(wù)，輸出結(jié)果為“經(jīng)度、緯度、高程”或者“x，y，z”，不管哪種輸出形式，恰好都是“三個(gè)參量”，一個(gè)不多，一個(gè)不少。同時(shí)，通過(guò)精密單點(diǎn)定位、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)等方式，可將定位精度提高到米級(jí)、分米級(jí)乃至厘米級(jí)。 

速度信息：北斗系統(tǒng)提供的測(cè)速精度能力優(yōu)于0.2米/秒。 

時(shí)間信息：北斗系統(tǒng)可為用戶提供優(yōu)于20ns的授時(shí)服務(wù)，在此基礎(chǔ)上利用差分授時(shí)、雙向比對(duì)等技術(shù)手段，可進(jìn)一步提升授時(shí)精度。 

  執(zhí)法儀與北斗“三優(yōu)勢(shì)”  

定位數(shù)據(jù)的安全性

北斗系統(tǒng)可以保障國(guó)家在導(dǎo)航領(lǐng)域的獨(dú)立性和安全性，北斗的地面監(jiān)控部分只建在中國(guó)境內(nèi)，可以在不受外界干擾的情況下提供安全可靠的定位導(dǎo)航服務(wù)。在處突維穩(wěn)的關(guān)鍵時(shí)刻，警員可以無(wú)間斷獲取精準(zhǔn)定位、導(dǎo)航等信息，且日常區(qū)域內(nèi)警力分布、高級(jí)警官活動(dòng)軌跡等敏感信息避免泄露、被跟蹤或者被故意偏差導(dǎo)航。

目標(biāo)定位的準(zhǔn)確性

先來(lái)看目前北斗的精度，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在全球范圍定位精度優(yōu)于10米、測(cè)速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時(shí)精度優(yōu)于20納秒、服務(wù)可用性優(yōu)于99%，亞太地區(qū)的精度可以在2-5米。相比于gps系雙頻信號(hào)系統(tǒng)，北斗是首個(gè)播發(fā)三頻信號(hào)的衛(wèi)星星座系統(tǒng)，三頻可以形成更多的組合觀測(cè)量更好的抵消時(shí)鐘偏差和多徑效應(yīng)，提高周跳探測(cè)和修復(fù)、整周模糊度解算，從而獲得更高精度的載波相位觀測(cè)值來(lái)進(jìn)行精密相對(duì)定位解算使，因此相比于GPS使用的是雙頻信號(hào)，三頻信號(hào)使北斗具有更強(qiáng)的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

衛(wèi)星授時(shí)零延遲性

執(zhí)法儀的校時(shí)有兩種方式：網(wǎng)絡(luò)校時(shí)和衛(wèi)星定位校時(shí)，通常情況下這兩種都會(huì)打開(kāi)，在定位的同時(shí)，完成時(shí)鐘同步。我國(guó)北斗衛(wèi)星時(shí)間和 GPS 系統(tǒng)時(shí)間一樣，屬于原子時(shí)，精度為北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的原子鐘，一千萬(wàn)年僅誤差一秒。

高新興北斗的創(chuàng)新應(yīng)用

基于北斗系統(tǒng)的高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)等優(yōu)勢(shì)，高新興積極推進(jìn)產(chǎn)品的研發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用，創(chuàng)新推出了基于北斗全流程音視頻新質(zhì)解決方案，亮點(diǎn)之一是打造出“全國(guó)（省、市）精準(zhǔn)位置一張圖、場(chǎng)景數(shù)據(jù)通信一張網(wǎng)、案件時(shí)間線索一條線”的北斗應(yīng)用體系格局；系統(tǒng)架構(gòu)由北斗型數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備、具備北斗地圖應(yīng)用的數(shù)據(jù)匯聚設(shè)備以及含有北斗服務(wù)在內(nèi)的業(yè)務(wù)綜合管理平臺(tái)組成，建設(shè)基于北斗全流程音視頻規(guī)范執(zhí)法新質(zhì)綜合指揮系統(tǒng)，優(yōu)化警力指揮調(diào)度，提高出警效率。

高新興單北斗執(zhí)法記錄儀，支持人臉車牌離線識(shí)別、實(shí)現(xiàn)快速布控；支持全域定位+北斗定位、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，支持融合對(duì)講、實(shí)現(xiàn)快捷指揮調(diào)度，支持聲紋結(jié)構(gòu)化，以音搜音，快速識(shí)別判定執(zhí)法事件；并將定位信息上傳到指揮中心，方便案情態(tài)勢(shì)研判、指揮調(diào)度及周邊增援，為民警現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法提質(zhì)增效。

文章綜合《北斗網(wǎng)》、《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)》等綜合報(bào)道