北斗卫星导航系统基础篇之(一)

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一、中国为什么要发展北斗卫星导航系统?

说到北斗,大多数人都不陌生了,当前北斗导航已经应用于人们生活的方方面面,在汽车导航、共享单车定位、航天科技、军事科技都获得了广泛的应用。在地震救灾、搜救、医疗等工作中发挥着不可替代的作用。因为有了北斗,我们的生活更加便捷。那么在当时的条件下,为什么想到要发展自己北斗卫星导航系统呢?让我们简单来回顾一下。

1、外部环境因素

1)海湾战争

1991年爆发的海湾战争给全世界上了一课,也震惊了我们,仗原来可以这么打,精确制导的美式装备在面对伊拉克数以万计的苏氏装甲如同砍瓜切菜般轻松,我们终于明白再不发展卫星导航,悲剧是否会发生在我们身上犹未可知,此时老美的GPS系统已投入使用,前苏联卫星导航系统也基本建成,这让我国意识到我们必须拥有自己的卫星导航定位系统。
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2)银河号事件

1993年,我国的一艘远洋“银河号”货轮被老美关闭GPS,在茫茫大海中失去了方向,而我们派出的搜救船只的定位系统也出现异常,十分被动,这让我国意识到如果完全依赖GPS会被关停、受到干扰,更极端的是被虚假的GPS信号欺骗,轻则汽车、轮船走错路,重则导弹攻击目标错误,打到的都有可能是自己,因为GPS隶属于老美空军,这个系统包含军码和民码两种信号,美军几乎所有会飞的移动的物体都在使用GPS,而民用方面,如果离开了GPS,手机不能导航,股票交易时间无法精准同步,超大工程如桥梁测绘定位困难,精密农业、自动驾驶也沦为空谈,这更加坚定了我们要独立发展卫星导航的决心。
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2、启动北斗建设

1994年,我国启动了北斗卫星导航系统的建设,不过巧妇难为无米之炊,从零开始自主研发,困难程度可想而知,直到2000年,中国才发射第一颗北斗卫星,此时的GPS已经运营了30多年,北斗在其面前连渣渣都算不上,以这种速度别说赶超,想看到GPS的车尾灯都不知道猴年马月才能实现,恰巧此时的欧洲伽利略导航系统向我们伸出橄榄枝,我们爽快地投入了2.7亿美元参与伽利略项目,然后欧洲去做出了一件非常过分的事情,只接受我们资金,不让我们参与核心技术的研发,一怒之下,我们开始了埋头苦干,就在2020年6月23日西昌卫星发射中心成功发射了北斗卫星导航系统第55颗,也是最后一颗导航卫星,标志着北斗导航系统全球组网卫星全部发射完成,在这26年的攻坚之路上,取得了一系列的丰硕成果,这里我们应感谢那些为之付出的科学家们,到目前,全世界一半以上的国家都开始使用北斗,北斗在技术方面已经超过了GPS,但北斗的商业之路才刚刚开始,需要更多的外部支持。

3、发展北斗意义

从1994年北斗一号系统工程立项,到如今北斗三号组网卫星发射任务收官,中国北斗人走过了从“埋头追赶”到“昂首领跑”,从“受制于人”到“自主可控”,从“区域服务”到“全球指路”的艰辛历程。如今,完成了全球卫星导航系统星座部署,中国人也终于迎来了这个属于梦想的高光时刻。北斗卫星导航系统能满足公家安全与经济社会发展需求,为全球用户提供持续连续、稳定、可靠服务;还能发展卫星导航产业,服务经济社会发展和民生改善;再往大讲,能深化国际合作,共享卫星导航发展成果,提高全球卫星导航系统的综合应用效益。

二、什么是北斗卫星导航系统?

1、概述

中国北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System, BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)、美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟GALILEO是联合国卫星导航委员会认定的供应商。
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2、基本组成

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航和授时服务,并具有短报文通信、导航、定位和授时能力,定位精度为分米、厘米级别,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
1)空间段:北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。
2)地面段:北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站,以及星间链路运行管理设施。
3)用户段:北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。

3、发展特色

北斗系统的建设实践,走出了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的中国特色发展路径,丰富了世界卫星导航事业的发展模式。 北斗系统具有以下特点:
1)北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力强,尤其低纬度地区性能优势更为明显;
2)北斗系统提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。
3)北斗系统创新融合了导航与通信能力,具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。

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