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北斗一二三代区别早知道~
日期:2021年06月07日    来源:

咱们老百姓经常会听到北斗一号、北斗二号、北斗三号,其实他们并不是单独的卫星,而是由多颗卫星组成的定位系统。北斗一代基本都已废弃,北斗二代组建区域导航,北斗三代建正式星座,要搞清我国三代“北斗”导航卫星的异同,首先应了解以下几种卫星导航系统,看看北斗一号、二号和三号分别是属于哪一种导航。

一、导航系统技术原理区别

卫星导航技术已先后发展了两大类:

一类卫星导航系统是采用多普勒测速原理,即利用测量导航信号的多普勒频移来求出距离变化率进行导航定位,但由于这种方式存在不能连续实时导航等一些缺点,所以采用这种原理的卫星导航现已基本没有了

另一类卫星导航系统采用时间测距原理,即利用测量导航信号传播时间来求出距离进行导航定位,目前大多数卫星导航系统都采用这种方式,包括三代“北斗”导航卫星,但即使这样,它们仍各不相同。

因为卫星导航系统又可分为有源(主动式)和无源(被动式)两种,我国北斗一号卫星导航系统采用有源方式,即用户进行导航定位时要主动向卫星发送信号,北斗二号和北斗三号卫星系统采用无源和有源相结合的方式,进行无源卫星导航时,用户只需接收导航卫星信号,美国的“全球定位系统”、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧洲的“伽利略”等卫星导航系统都采用无源方式。

1)北斗一号定位原理

北斗一号卫星导航系统是通过采用卫星无线电测定业务方式来确定用户的位置,在平时,地面中心站径2颗北斗一号地球静止轨道卫星不断向用户询问是否需要定位的信号,而用户终端一般只处于光收听不发信息的状态,当需要定位时,用户终端分别径2颗北斗一号地球静止轨道卫星向中心站发送需要定位的申请信号,这时,地面中心站通过测量信号的往返时间来算出用户终端分别到每颗卫星的距离,由于卫星的位置是已知的,所以可以用这两个测量数据进一步推算出用户位置,然后,地面中心站将该定位信号经1颗卫星传给用户终端。

采用这种方式的优点所需卫星少,只要两颗卫星就行,具有导航定位、发短报文和精密授时等多种功能。但其定位精度不高,系统用户容量有限。

2)北斗二号和北斗三号定位原理

北斗二号和北斗三号卫星导航系统在国际一次实现了采用卫星无线电测定业务和卫星无线电导航业务相结合的集成体制方式来为用户导航定位,所谓卫星无线电导航业务,就是用户被动测量来自至少4颗在卫星时钟控制下的导航卫星连续发送的无线电导航信号,并根据这些卫星信号的不同传输时间,来测定用户到这些卫星的不同距离,然后通过用户终端的数学运算得到用户的三维坐标与速度。

二、根据导航卫星的信号覆盖范围,卫星导航系统还可分为区域性卫星导航系统和全球性卫星导航系统,我国的北斗一号、二号卫星导航系统以及日、印度的卫星导航系统等属于前者,美国、俄罗斯、欧洲和我国的北斗三号卫星导航系统属于后者。

三、导航卫星轨道不同

导航卫星还可根据卫星的轨道高度,分成近地轨道、地球中圆轨道、倾斜地球同步轨道和地球静止轨道导航卫星几种。我国北斗一号为地球静止轨道导航卫星,而北斗二号和三号导航星座都由地球中圆轨道导航卫星、倾斜地球同步轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星和地球静止轨道导航卫星组成。

四、北斗三代独有的特点

具有高精度、高可靠、高保险、多功能的“北斗”全球卫星导航系统有一些美国、俄罗斯和欧洲全球卫星导航系统不具备的性能和特点,例如,其空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,且与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,因此抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区性能特点更为明显,;北斗三号可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;该卫星系统创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

由于北斗三号导航卫星需采用许多新技术,为此,我国在2015年至2016年陆续发射了5颗北斗三号试验卫星,验证了以高精度星载原子钟、星座自主运行等的卫星载荷关键技术,以轻量化、长寿命、高可靠为典型的卫星平台关键技术,基于星地链路、星间链路、全新导航信号体制的导航卫星运行控制关键技术,以及98%的国产化器件,关键器件均为“中国造”。

2017115日发射首批北斗三号地球中圆轨道导航卫星起,我国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。与北斗二号相比,除了服务区域由区域覆盖扩大到全球覆盖外,北斗三号在精度和可靠性上都有很大的提高。其单星设计寿命由以前的8年提高到10年至12年,并提出“保证服务不间断”指标。

另外,还有以下重大技术创新或改进。北斗三号中圆地球轨道卫星采用了新型的导航卫星平台,它具有功率密度大,载荷承载比重高,设备产品布局灵活、功能拓展适应能力强等技术特点,可为系统后续功能和需求扩展提供更大的适应能力,将实现卫星导航系统的定位、授时和导航的服务业务,兼容天基数据传输、新业务载荷的在轨应用,能作为天基数据传输网络的广播节点。作为世界上的由3种轨道卫星构成的导航系统,北斗三号未来还将按照国际标准增加全球搜救、全球位置报告、星基增强等拓展服务。

北斗三号地球静止轨道卫星与倾斜地球同步轨道卫星采用大型卫星平台,它能集成多种载荷,兼容实现天基增强、可动点波束功率增强、短报文通信与位置报告等系统,成为天基数据传输网络的中心节点。

北斗三号卫星星座头次配备了相控阵星间链路(在卫星之间搭建的通信测量链路),解决了境外监测卫星的难题,成为一大特色。这样能实现对运行在境外的卫星进行监测、注入功能,并可实现卫星之间的双向精密测距和通信,从而能够进行多星测量,自主计算并修正卫星的轨道位置和时钟系统,很大程度减少对地面站的依赖,提高整个系统的定位和服务精度,星间链路是“北斗”实现自主导航的关键,不仅实现了北斗卫星之间相互间的通信和数据传输,还能相互测距,自动“保持队形”,减轻地面管理维护压力。所谓自主导航,就是指即使地面站全部失效,30多颗“北斗”导航卫星也能通过星间链路提供准确定位和授时,地面用户通过手机等终端接收导航卫星的信号,仍旧能进行定位及导航。

众所周知,导航卫星上的原子钟性能对整个卫星导航系统的性能有重要影响。北斗三号卫星采用我国新型高精度铷原子钟和氢原子钟。与北斗二号卫星采用的原子钟相比,北斗三号上的原子钟在产品体积、重量方面大幅降低,每天的频率稳定度提高了10倍,综合指标达到国际水平,其上的氢原子钟精度将比北斗二号的星载铷原子钟提高一个数量级,铷原子钟天稳定度为每1万秒误差10-4秒量级,氢原子钟天稳定度为每1万秒误差10-15秒量级。原子钟技术的进步,直接推动了“北斗”系统的定位精度由10米量级向长级跨越,测速和授时精度同步提高了一个量级。

北斗三号进一步提升了连续性、稳定性和可用性的指标,采用多项新技术提高了卫星的抗干扰能力,非计划中断指标为每年0.4次,达到国际水平,它采用了多重可靠性“加固”措施,可大限度增强系统的保险参数,比如,系统建成后运行卫星数量大于报务必需卫星数,即卫星有备份,配备了多台铷原子钟,形成“双保险”一起提供服务,还采用了软件冗余、故障自我修复等多项措施,可保证系统可靠性。

该卫星还在世界上头次实现了卫星的在轨自主完好性监测功能,这一功能对民航、自动驾驶等生命安全领域用户来说,具有很强的实用价值,它将增加性能更优的互操作信号,即与世界其他卫星系统兼容性更好的信号B1CB2a信号,其全新的导航信号体制和强大的在轨重构功能,也将提升用户体验,因为通过兼容互操作技术,可为用户能在终端上接收多个信号奠定基础,给用户提供多种选择方案。

 

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