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北斗系统厉不厉害?让我们一起来了解它是如何让美国都害怕的

发布时间:2021-12-29作者来源:金航标浏览:203

1993年,中国银河号货轮从天津出发前往中东地区,因为当时中国并未发展卫星定位系统,远洋货轮上使用的都是美国的GPS,在货轮航行到第16天时,美国突然以船上有违禁物品为由,在没有中国应允的情况下,美国切断了银河号货船的GPS直接导致银河号货船迷航,无法继续航行,损失惨重。再者,1996年对于当时西方的肆意挑衅,中国本想通过导弹演习展示中国的军事能力,不曾想在第一枚导弹命中目标后,美军使用GPS突然干扰,接下来发射的第二枚和第三枚导弹竟然无故失踪。在美国的连番羞辱下,中国才意识到全球哪有什么共享科技,核心技术是要不来,买不来,求不来的。这时我们下定决心卫星导航,我们一定要搞出来。

五五世纪 要研发自己的导航系统谈何容易,当时我国在这一领域几乎是一片空白,而国外技术的封锁使中国的研发举步维艰,但是中国还是看到一丝曙光。当时欧洲的伽利略导航系统因为资金不足导致研发停滞不前。因此,中国投入了巨大的资金与欧洲共同体联合研发,可是西方国家都是狡猾的狐狸。在中国投入资金之后,欧洲共同体并没有打算让中国参与研发,加上美国从中作梗,使得唯一一丝曙光破灭。这下我们中国最后的捷径也没有了,既然封锁,那我们就自己干。

下面我们一起来领略一下我国北斗系统的发展历程。

五五世纪 1994年,我国启动北斗一号工程进行试验,探索。

2000年,第一颗北斗导航试验卫星发射升空。

2004年,我国正式开始建设北斗二号卫星导航系统。

2007年,第一颗北斗导航卫星从西昌卫星发射中心发射升空,成功进入预定轨道。


2009年,北斗三号工程正式启动建设。

2012年,由14颗星构成的北斗二号卫星导航系统建成并正式投入运行。

2016年,北斗二号卫星工程获得国家科技进步特等奖。

五五世纪 2017年,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射两颗北斗三号全球组网卫星,这是北斗三号卫星的首次发射。

五五世纪 2018年,北斗三号基本系统已完成建设。

2020年6月,北斗三号最后一颗全球组网卫星升空。

2020年7月,中国北斗三号全球卫星导航系统在人民大会堂宣布正式开通。


五五世纪 中国北斗三步走的战略部署,可以说是所有北斗人在团结努力下创造的中国速度,已经让北斗从区域迈向全球。在我国长期航天技术积累和导航系统技术发展的后发优势下,我国采取了一套与其他任意导航系统都截然不同的思路。多轨道,多频率,短报文,星间链路通信,这都不是说得别人说的就是咱们的北斗卫星系统。

五五世纪 多轨道,目前美国的GPS,俄罗斯的格洛纳斯,欧盟的伽利略定位系统都采用的是距离地面20000千米左右的中圆卫星轨道,而北斗是唯一采用三种轨道搭配的星座,别是21500千米的中圆轨道,35800千米高的地球静止轨道和地球同步轨道这三个轨道同时保持约55度倾角,这样的多轨道设计和特殊倾角带来的好处是,北斗卫星定位接收机可以收到至少四颗卫星信号,在轨的中圆轨道卫星作为主力星座,恰好围绕地球一圈的轨道周期约为十二小时,这样就可以保持对全球范围内任一点的稳定覆盖,在任意时间,任意地点都可以观测到六颗星以上。而55度倾角的设计也增加了对人口稠密的地球低纬度区域覆盖,而高轨卫星的轨道周期与地球自转24小时周期完全同步。相对地面而言,固定周期的运动及投影轨迹始终留在亚太,以及延迟到对称区域,抗遮挡能力极强。因而,我国北斗在亚太地区几乎可以永久保持至少十二颗卫星可见,大幅提高该区域定位的精度。在配合地面建设的增强基站的情况下,实现分米乃至厘米级定位亦很现实。

五五世纪 多频率,在太空中有一种可以影响电磁波传播电离层,他会影响卫星定位的准确度,所以必须要消除。电离层的干扰,与卫星信号频率相关,因而要采用至少双频信号,才可以构建电离层延迟修正模型,最大限度的来去除这部分的干扰因素,从而准确的提高卫星定位的精确度。我国北斗则直接采用的是三频信号,不仅可以构建更复杂的修正模型,消除高阶影响,而且我国在三个频段上也增加了不同信号的调制选项,抗干扰能力得到巨大提升,更是提高了定位的可靠性。对于厘米级乃至毫米级定位中最核心的载波向位模糊度解算也大有益处。正因如此,近些年来,原本采用双频信号的GPS也正在扩展为三频系统。可见,我国北斗的后发优势不言而喻。


五五世纪 短报文系统,我们的北斗还有一个独门绝活,短报文系统简而言之是通过卫星实现天地双向通信。其他三大系统都不存在接收机和卫星之间的双向通讯,只是单向接收,而我国北斗可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息,在没有任何设备信号的情况下,可以调用高轨北斗卫星及时与地面互动,在野外搜救,应急救灾工作中提供极大的便利,对于军事行动的意义更是无法形容。

五五世纪 星间链路通信,导航卫星系统需要长期维持,这就意味着需要诸多地面监控站、主控站、注入站等附属部分。对于全球性导航定位系统而言,这些站点位置分布也有要求,但这会进一步增加系统运营成本。例如GPS就拥有五个监控站,一个主控站和三个注入站,几乎均匀分布在全球的美国领土或军事基地中,每年开销不菲。对于北斗而言,不仅有全球建站安全性的问题,还有运营成本的问题,有必要最大限度开发自身优势。高中轨道搭配的卫星星座,使他们之间可以互相联络,彼此不再孤立,这意味着,北斗只需实现中国境内主控,监控和注入而高轨卫星登高望远,就可以实现系统内其他卫星进行星间链路链接。此外,星间链路本身也可以用来测距,对于提高星座轨道精度大有裨益。系统内部的自我通信,也可以使得整体抗干扰能力大大增强。


那么问题来了,好多人都有一个疑问,我们的北斗系统这么厉害,为什么我们还在使用美国的GPS。实事求是讲,我们的北斗虽然具有后发优势,但并不意味着能够短期实现后发制人,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。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。越大规模服务价格就会越低,总收入却由于规模效应增加,进一步促进建一个更好的系统进一步垄断,这也是原本军用的GPS 系统之所以长盛不衰,甚至依然在快速迭代进步的根本因素。按照欧洲全球定位研究中心的估计,2025年左右,世界范围内的卫星导航定位设备需求量将超过92亿部,而年产值甚至超过2680亿欧元。这是个海量的市场,其中亚太市场的增长速度傲视全球,年增速可以达到40%以上,远超欧美的10%到20%左右。对北斗而言,现在是一个最黄金的发展时期,但他最大的竞争对手依然是GPS系统。与此同时,面对俄罗斯格洛纳斯系统的重新复苏和也在快速组网的欧洲伽利略系统,北斗只能做到更快,把今年比做是四大导航系统的决战之年,并不为过,中国和亚太有海量的市场。快速占据这个民用市场,才是导致系统能够长期健康发展的最核心挑战。相信随着世界脚步的快速发展,我国的北斗有朝一日会闪耀在穹隆之顶。

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