科普 | 北斗系統(tǒng)中“三”的奧秘

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：

（1） 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；

（2） 各衛(wèi)星的位置通過(guò)導(dǎo)航電文播發(fā)給用戶；

（3） 以衛(wèi)星為球心，距離為半徑畫球面；

（4） 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。

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)。

北斗二號(hào)在B1、B2和B3三個(gè)頻段提供B1I、B2I和B3I三個(gè)公開(kāi)服務(wù)信號(hào)。其中，B1頻段的中心頻率為1561.098MHz，B2為1207.14MHz，B3為1268.52MHz。

北斗三號(hào)在B1、B2和B3三個(gè)頻段提供B1I、B1C、B2a、B2b和B3I五個(gè)公開(kāi)服務(wù)信號(hào)。其中B1頻段的中心頻率為1575.42MHz，B2為1176.45MHz，B3為1268.52MHz。

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“精度、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。

“東三B”導(dǎo)航平臺(tái)為高可靠長(zhǎng)壽命平臺(tái)，是我國(guó)自主研制的新一代高軌導(dǎo)航衛(wèi)星平臺(tái)，采用了綜合電子、高效能源和熱控、鋰離子蓄電池、FDIR等先進(jìn)技術(shù)，為有效載荷提供了更大的空間?！皷|三B” 平臺(tái)導(dǎo)航衛(wèi)星重量為5400公斤，設(shè)計(jì)壽命12年，配置了多種載荷，提供包括RNSS、區(qū)域短報(bào)文通信、星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位等多種服務(wù)，功能強(qiáng)大、集成度高。

長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭因其入軌精度高、軌道選擇多、適應(yīng)能力強(qiáng)，成為發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的“專屬列車”。12年間，長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭用38次成功發(fā)射的優(yōu)異表現(xiàn)，將53顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

一是空間段采用三種軌道衛(wèi)星組成混合星座，與其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其在低緯度地區(qū)性能優(yōu)勢(shì)更為明顯。

二是提供多個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)，能夠通過(guò)多頻信號(hào)組合使用等方式提高服務(wù)精度。

三是創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信功能，具備基本導(dǎo)航、短報(bào)文通信、國(guó)際搜救、星基增強(qiáng)和精密單點(diǎn)定位等多種服務(wù)能力，系統(tǒng)功能高度集成，實(shí)現(xiàn)了集約高效。

秉承“中國(guó)的北斗，世界的北斗，一流的北斗”發(fā)展理念，堅(jiān)持“自主、開(kāi)放、兼容、漸進(jìn)”的原則，我國(guó)穩(wěn)步推進(jìn)北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展。北斗系統(tǒng)為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供世界一流水平的時(shí)空信息保障，同時(shí)也是中國(guó)貢獻(xiàn)給世界的全球公共服務(wù)產(chǎn)品。中國(guó)愿與世界各國(guó)共享北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展成果，促進(jìn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)蓬勃發(fā)展，為服務(wù)全球、造福人類貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和力量。

北斗系統(tǒng)一路走來(lái)，從北斗一號(hào)、北斗二號(hào)到北斗三號(hào)，未來(lái)，我們還將建設(shè)完善的北斗綜合時(shí)空體系，這里面北斗“三”的奧秘還等待我們進(jìn)一步去挖掘、去探索、去創(chuàng)造！

三生萬(wàn)物，萬(wàn)物互聯(lián)。在北斗系統(tǒng)的作用下，互聯(lián)互通會(huì)更加緊密、更加智能，萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代將全面開(kāi)啟。我們將以習(xí)主席提出的“三個(gè)更加”為指引，在星辰大海的征途上接續(xù)奮斗、砥礪前行，讓中國(guó)夢(mèng)、北斗夢(mèng)煥發(fā)更加絢爛的時(shí)代光彩和更多奧秘的光芒！