经过几十年的砥砺前行,中国独立建设的北斗全球卫星导航系统终于在近日建成,并开始提供覆盖全球的卫星导航讯号。而由于欧洲的伽利略还未完全建成,俄罗斯的格洛纳斯因缺乏维护,早已不能信号全球覆盖。也使得中国成为目前全球除美国之外,第二个真正拥有全球导航系统的国家。而对于北斗的建成,我们最好奇的应该还是北斗系统的性能到底有多强。

和目前其它所有的卫星导航系统不同,北斗是唯一采用三种轨道卫星组成的混合导航星座的导航系统。包括3颗GEO卫星,3颗IGSO卫星,24颗为MEO卫星。其中定位于赤道上空的静止/同步地球轨道GEO卫星,相对地球静止,轨道高度35786km,轨道倾角为0度,单星覆盖区域较大,3颗卫星可覆盖亚太大部分地区。

而倾斜地球同步轨道IGSO卫星,轨道高度与GEO卫星相同,轨道倾角为55度,星下点轨迹为“8”字。这六颗卫星是用来向亚太和“一带一路”地区提供更高性能的精确定位和导航授时服务。

而其它24颗北斗中远地球轨道MEO卫星,轨道高度约21500km,轨道倾角为55度,通过多颗卫星组网可实现全球覆盖,用来保证提供全球高精度定位信号,MEO星座回归特性为7天13圈。北斗系统通过独创的混合星座设计,既能实现全球覆盖、全球服务,又可为亚太大部分地区用户提供更高性能的定位导航授时服务。

其中亚太大部分地区,每时可见约12至16颗卫星,而全球其他地区每时可见4至6颗卫星,能有效确保在全球任意时间任意地点都能保证有足够的卫星可见。

通过三轨卫星提供的高精度定位信号,北斗导航系统可向全球用户提供优于10米的定位服务,而在亚太地区,由于可观测到更多的北斗卫星,还可提供优于5米更高精度服务。而在北斗系统正式开通提供全球服务之后,根据实地测试,发现北斗能够提供的精度服务能够达到3米,远远优于设计参数。

这样的定位精度在普通民用市场已经基本足够。不过随着智慧化城市,自动驾驶等新技术的逐渐普及,显然对于更高精度的定位服务有着广阔的前景。而北斗系统当然也会对此有所准备。通过与地基增强系统的配合,北斗系统能够提供厘米级的高精度导航服务。

因为如果要通过导航卫星发出的信号对地球上某个物体进行定位,必须根据信号速度和到达的时间,计算算出该卫星到物体的距离。而当目标物体能接收到 4 颗卫星的信号时,就能得到 4 个距离。然后以卫星为圆心,以对应距离为半径画圆,就能在唯一交点处确定该物体坐标,从而完成定位。这也是为何卫星导航系统必须时刻保证,在任何地点都有四颗可见卫星,才能完成定位。

但是因为很多干扰因素会让卫星信号发生偏移,从而导致“测不准”问题,因此仅仅依靠卫星信号,定位精度基本只能到米级。此时,就需要地基增强站帮忙了。通过所以地基增强站的精准位置坐标。定位系统可以通过计算得到一个相对卫星位置的补偿差值,而通过这个补偿差值,就能得到用户的高精度位置信息。

因此,想要实现高精度定位,地基增强站就属于必要条件。而自从我国从2015 年开始启动大规模地基增强站建设以来,目前,已经建成了分布在全国各地的 2600 多个北斗地基增强站,是全球覆盖范围最广的地基增强系统。通过这些增强站,北斗所能提供的最高定位精度可以达到厘米级别。

而通过这样的定位精度服务,在未来将可以广泛应用于诸多的方面,比如无人机输电线路排查,农业方面的无人插秧机,城市里的无人快递车投送,更为大众的无人驾驶等等。可以说在未来,随着智慧城市建设的逐步推进,对于高精度定位服务的需求是无限的。而北斗系统的厘米级定位信息服务,正完美契合了智慧城市的需求。而作为中国真正掌握了核心技术的北斗系统,也是未来我们应对全球任何风险的底牌之一。为我国的航天科技工作者们点赞。

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