北斗导航吉星三大绝技服务国计民生

分类:GIS资讯-2018/11/02-

  2018年11月1日,由中国航天科技集团有限公司五院总体部抓总研制的第41颗北斗导航卫星,即第17颗北斗三号卫星发射成功。这是北斗全球卫星导航系统地球同步轨道(GEO)卫星的首发星,具有强大的功能,因此获得了“智多星”和“吉星”(GEO轨道导航卫星的谐音)的昵称。

  作为北斗三号卫星导航系统的高轨首发星,吉星除了具备传统导航卫星的功能外,还怀有多项绝技,具有广阔的应用前景与划时代的意义,是我国作为负责任的航天大国的重要标志之一。

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▲ 长征三号乙运载火箭托举第41颗北斗导航卫星升空

  有了它,自动驾驶范围广

  吉星的第一项绝技,要从最近很热的自动驾驶说起。

  要想实现自动驾驶,车辆必须实时、精准地“知道”自己的位置,否则没人敢让它开进车水马龙的公路。使用普通的卫星导航定位,会有几米甚至十几米的误差,远达不到上路行驶的要求,这就需要在地面建设基准参考站,进行“地基增强”以消除定位误差。基准参考站不会跑,精确位置早知道,只要基准参考站把自己的卫星定位信息和实际位置间的误差实时“广播”,周边的用户就能据此去粗取精,获得精密定位信息。

  可问题又来了,一座基站只能覆盖周围几十公里的地方。靠大量建设基站来实现精准定位,不仅耗资巨大,还无法实现热点地区的全覆盖。坐着自动驾驶汽车开出“定位服务区”?想想都可怕。这时候,吉星的卫星精密单点定位业务优势就很明显了。

  吉星副总设计师刘天雄介绍,“在天上‘静止’的吉星,可以像其他通信卫星那样,向地面稳定地广播导航差分和完好性增强信号。这样一来,只需以全国已有的北斗导航卫星地面站为参考,得出各地定位误差,再通过吉星播发精密单点定位信号告知用户,即可实现动态分米级、事后厘米级的定位服务,足够汽车自动驾驶、船舶精准停泊等场景使用,还省下了大规模建设基站的费用。”

  说到省钱,现在最需要吉星精密单点定位服务来降低成本的,还是农业。“在我国东北、新疆的许多农场,大规模机械化精准农业还靠国外的星链导航系统(Star Fire)来提供高精度定位服务,不仅每年要为每台农机上的终端支付上千美元服务费,还有可能因终端‘后门’泄露农业数据而威胁我国粮食安全。”刘天雄介绍,在吉星陆续上天、运营后,更多农场精准作业会用北斗终端,靠谱又省钱,未来甚至可能改变当前日出而作、日落而息的传统生产方式,实现全天候、全天时农业作业,支撑农业强国建设。

  有了它,航班起降更安全

  吉星的另一项绝技,是面向民航等高端用户的卫星导航服务星基增强(Satelite- d Augmentation System, SBAS)。

  与自动驾驶、精准农业等应用场景不同,民航对导航信号完好性有严苛的要求。完好性,简单地说,就是给我的导航信号要靠谱,万一不靠谱也要尽早告诉我。航班在航路上飞行时,导航信号偶尔出现中断并无大碍;可如果在飞机起飞和降落过程中,导航信号消失或出现偏差误导飞行员起降操作,那可不得了。

  “吉星会通过两个频点播发符合国际民航组织标准的星基增强信号,其中包含星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息,进一步提升卫星系统定位精度,同时增强导航信号的完好性。”吉星总体主任设计师潘宇倩介绍,“万一导航信号出现问题,吉星也会在6秒的安全时间内通知用户,切换其他导航信号。”

  此前,只有美国、欧洲等极少数国家、地区具备向民航提供星基增强业务的能力。吉星面向民航等用户的星基增强业务,标志着我国在卫星导航领域又取得了新的重大突破,将为国内外民航用户提供花费更低、可用性更高的导航服务,带来巨大的经济和社会效益,提升了北斗导航系统的国际地位,体现着我国的大国担当。

  有了它,应急短信足够量

  北斗卫星导航系统的应用第一次为人们所广泛关注,是在汶川地震救援中。当时,地面通信设施遭到严重破坏,救援部队利用北斗短报文通信发出了第一条来自灾区的信息,将灾情和受灾位置准确地报告给救灾抢险指挥部。中国北斗“既知道我在哪、又知道你在哪”的“导航、通信一体化”设计方案,为灾民抢出一线生机,也给各应用方留下了深刻印象。

  10年过去,北斗短报文通信功能已广泛应用到交通、电力等各行业,特别是在保护我国渔民、维护国家海洋权益上,发挥着重要作用。

  如今,吉星不仅在导航信号上兼容北斗二号、为传统用户提供一如既往的导航服务,在短报文通信功能上也有了新突破,通信能力提升10倍,单次可发送1000多个中文字符,实现了从“短信”到“长短信”的跨越,足以将突发情况的情节一次性说清楚;它还可发送图片等信息,应用场景将更为丰富。

  潘宇倩介绍,吉星的接收信号能力也大幅增强,使用户终端的发射功率降低10倍,用户终端实现了小型化,并可以与当前11位手机号码互联,大大提高了用户体验。

  有了它,中国北斗不一样

  要承载强大的功能,强大的卫星平台必不可少。吉星采用由航天科技集团五院研制的东方红三B(导航)卫星平台,是我国现役规模较大的卫星平台之一。而宽敞的载荷空间,又有一半留给各种通信载荷,这给整星的电磁兼容(EMC)带来极大的挑战。“吉星团队团结协作,集智攻关,高水平地解决了电磁兼容难题,使吉星成为‘导航、通信一体化’计水平最高的卫星。”刘天雄说。

  同时,大平台还能装载更多燃料。地球同步轨道资源犹如国土资源,一点都不能少。“充足的燃料可以保证卫星’稳坐’静止轨道位置,”吉星总设计师陈忠贵介绍,“再加上严格优选元器件、提升单机与整星抗辐照能力、优化卫星热控等措施,使得卫星的设计寿命创我国导航卫星新高。”

  “老一辈航天人利用地球同步轨道卫星成功开展‘双星定位’试验,验证了属于中国的导航创想;北斗一号双星定位卫星陆续上天,正式开启中国特色‘导航、通信一体化’实践。”北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军说,“如今,新一代北斗人将在党的十九大提出的‘建设航天强国’的号召下,继承前辈创造的北斗精神与北斗创想,续写中国卫星导航事业的新辉煌。”

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