未來應(yīng)用空間無限

 

　　導(dǎo)航的核心功能其實就是定位和授時，試想一下，如果一個國家的時間和空間基準(zhǔn)信息全部由他人來提供，那么無論是軍事、通信還是金融等都將面臨巨大安全隱患。

 

　　北斗在軍事上的應(yīng)用是最為迫切的。導(dǎo)航主要用于部隊機動、武器發(fā)射、邊防巡邏和生命救援等，這就要求導(dǎo)航的過程中必須能夠?qū)崟r提供載體的位置、速度、姿態(tài)等狀態(tài)信息，如果這些信息發(fā)生偏差，就相當(dāng)于武器裝備沒有了眼睛、部隊失去了方向。

 

　　在交通運輸上，北斗也在為更多車輛的安全行駛護(hù)航。北斗系統(tǒng)可以為車輛提供實時的位置和速度信息，在車輛行駛過程中，車內(nèi)的北斗終端設(shè)備可以記錄行車信息，得出車輛行駛的里程、速度、行車時間、路線等信息，防止出現(xiàn)超速或疲勞駕駛等危害安全的違規(guī)駕駛情況發(fā)生。數(shù)據(jù)顯示，截至2019年12月，國內(nèi)已有超過650萬輛營運車輛、4萬輛郵政和快遞車輛，36個中心城市約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施應(yīng)用北斗系統(tǒng)。

 

　　隨著人類活動的發(fā)展，對導(dǎo)航的要求也越來越高。在北斗系統(tǒng)等科技力量的支持下，我們可以構(gòu)建智慧森林防撲火基礎(chǔ)設(shè)施，基于北斗系統(tǒng)高精度定位導(dǎo)航服務(wù)，大型重載、長航時、遠(yuǎn)距離、智慧化、全系統(tǒng)的消防無人直升機可以快速準(zhǔn)確抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，充分利用北斗系統(tǒng)及其短報文通信功能為救火隊員提供位置共享等重要信息。業(yè)內(nèi)專家表示，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是“新基建”的基建，是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。

 

　　當(dāng)前，國內(nèi)不少汽車廠已經(jīng)在廣泛就汽車的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)展開研發(fā)，目的是讓人、車、路能夠“說上話”。以時空智能基礎(chǔ)設(shè)施公司千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司為例，今年內(nèi)，該公司就將有多達(dá)6個不同品牌的車型搭載千尋位置基于北斗高精度的導(dǎo)航定位能力并正式上市。

 

　　中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其說，北斗的應(yīng)用只受想象力的限制。近年來，一大批從事北斗應(yīng)用的企業(yè)致力于打造數(shù)字時代北斗應(yīng)用的最佳實踐方案，已經(jīng)在自動駕駛、行業(yè)升級、測量測繪、智能城市、公共服務(wù)等領(lǐng)域有了諸多應(yīng)用落地。隨著5G商用時代的到來，北斗正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)加速融合，北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟(jì)還將不斷涌現(xiàn)。

 

　　創(chuàng)新實現(xiàn)歷史性跨越

 

　　自上世紀(jì)90年代啟動研制以來，北斗系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從有源到無源，從區(qū)域到全球的跨越，服務(wù)定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能全面性不斷提升，已成為國家重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐了國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要。北斗三號作為我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)“三步走”戰(zhàn)略的最后一步，與北斗二號相比不是簡單迭代更新，而是巨大的歷史性跨越。不僅導(dǎo)航服務(wù)擴展到全球，短報文通信等北斗特色服務(wù)進(jìn)一步強大，定位精度也將趕超GPS。

 

　　短報文通信可謂是北斗系統(tǒng)的“獨門絕技”，就是指北斗的用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間可實現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信。在北斗三號系統(tǒng)中，短報文通信的能力顯著提升，從最初一次發(fā)送120個漢字提升到一次發(fā)送1200個漢字。用戶遇到突發(fā)情況時無需字斟句酌，足以將情節(jié)一次性說清楚，還可發(fā)送圖片等信息，應(yīng)用場景更為豐富。

 

　　有源定位也是北斗三號的一大創(chuàng)舉。其原理就是利用無線電測定技術(shù)，通過兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）聯(lián)手，不僅能回答用戶“我在哪”，還能告訴關(guān)注著用戶行蹤的相關(guān)方“你在哪”，這項技術(shù)在搜救、漁業(yè)等領(lǐng)域被廣泛使用，是保障民生安全的“千里眼”。

 

　　由于北斗系統(tǒng)不能像美國GPS那樣，在全球建立地面站，為設(shè)置境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道，北斗三號研制團(tuán)隊攻克了星座星間鏈路技術(shù)，采取星間、星地傳輸功能一體化設(shè)計，實現(xiàn)了衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通。這就是說，雖然“看不見”在地球另一面的北斗衛(wèi)星，但用星間鏈路同樣能與其他衛(wèi)星取得聯(lián)系。星間鏈路技術(shù)不僅能實現(xiàn)太空間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護(hù)壓力。星間鏈路技術(shù)解決了我國不能全球布站進(jìn)行衛(wèi)星境外監(jiān)測的難題，也是北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)的一大特色。

 

　　為了提高服務(wù)的精度，北斗三號系統(tǒng)還配置了新一代原子鐘。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性保證產(chǎn)生時間的精準(zhǔn)性，目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北斗衛(wèi)星采用的是銣原子鐘，同時還配置了性能更高的新研國產(chǎn)氫原子鐘。氫原子鐘雖然質(zhì)量和功耗比銣原子鐘大，但穩(wěn)定性和漂移率等指標(biāo)更優(yōu)。星載氫原子鐘的在軌應(yīng)用，對于實現(xiàn)北斗導(dǎo)航定位“分秒不差”發(fā)揮了重要作用。

 

　　為了提高衛(wèi)星在軌服務(wù)的可靠性，北斗三號衛(wèi)星還采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設(shè)計壽命達(dá)到12年，達(dá)到國際導(dǎo)航衛(wèi)星的先進(jìn)水平，為北斗系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)保證。

 

　　專家表示，未來，北斗系統(tǒng)將利用在軌衛(wèi)星、地面、用戶評估等海量數(shù)據(jù)，設(shè)計“天、地、用”一體化智能管理的衛(wèi)星在軌技術(shù)支持平臺，具備多源接收、自主監(jiān)視、智能診斷、過程可視等能力。

 

　　協(xié)作推動高效率組網(wǎng)

 

　　“近兩年時間，我們以平均每月發(fā)射1.2顆北斗衛(wèi)星的高密度，刷新了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)速度世界紀(jì)錄。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計師楊長風(fēng)說，北斗三號高效率組網(wǎng)離不開系統(tǒng)內(nèi)團(tuán)結(jié)協(xié)作。

 

　　北斗三號工程是一個空前復(fù)雜的航天系統(tǒng)工程，包含空間段、地面段、用戶段三個組成部分。空間段包含不同軌道高度的30顆組網(wǎng)衛(wèi)星，地面段包含40多個不同類型、功能的地面站，這樣一個龐大的系統(tǒng)要進(jìn)行天地組網(wǎng)協(xié)同運行，將涉及幾十個系統(tǒng)、幾萬臺套設(shè)備，環(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)都不可或缺。

 

　　“北斗三號管理控制中心就像是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的‘大腦’，可以指揮空間段和地面段協(xié)同運行、地面天線和各類觀測設(shè)備統(tǒng)籌調(diào)度、傳輸數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星導(dǎo)航電文的編輯、上注和播發(fā)等，解決了幾十個系統(tǒng)、幾萬臺套設(shè)備的集中監(jiān)視和控制難題。”據(jù)中國電科技術(shù)人員介紹，該中心實現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星地一體化管理與控制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)空間平臺與地面管控資源，是充分發(fā)揮北斗三號系統(tǒng)運行效能的核心環(huán)節(jié)。

 

　　護(hù)送北斗衛(wèi)星升空的長征三號甲系列火箭被稱為北斗組網(wǎng)工程的“專屬列車”。自2000年10月31日我國發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星至今，共進(jìn)行了44次發(fā)射，將59顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功護(hù)送升空，發(fā)射成功率100%。

 

　　為了保證導(dǎo)航衛(wèi)星時空信息的精確性和穩(wěn)定性，上海天文臺科研人員依托于在天體測量與天體力學(xué)、精密時間頻率標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)勢學(xué)科數(shù)十年的科研積累，從“零”到“有”，最終解決了大運算量數(shù)據(jù)整理、編輯、計算、存儲、發(fā)送的計算機軟硬件集成，統(tǒng)一調(diào)度穩(wěn)定運行及信息處理構(gòu)架等關(guān)鍵技術(shù)難題。為了實現(xiàn)北斗三號精密定位，上海天文臺信息處理團(tuán)隊首次提出并實現(xiàn)了區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)+星間鏈路的星地星間聯(lián)合精密定軌技術(shù)，就像是北斗的“最強大腦”，能實時修正誤差，多備份，以保持北斗系統(tǒng)空間信號精度與GPS相當(dāng)。

 

　　北斗的發(fā)展也離不開“芯”的支持。從北斗試驗衛(wèi)星第一顆星開始，龍芯中科抗輻照處理器分別在北斗試驗衛(wèi)星工程、北斗三號衛(wèi)星工程等型號任務(wù)中得到應(yīng)用。龍芯中科抗輻照處理器的應(yīng)用，解決了國外對我國高性能航天元器件禁運的卡脖子問題，實現(xiàn)了處理器系統(tǒng)方案整體部件的全國產(chǎn)化，助力了航天器國產(chǎn)化的跨越式發(fā)展。

 

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