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北斗导航吉星上天!三大绝技服务国计民生

时间:2018年11月02日 信息来源:中国空间技术研究院 点击: 【字体:

2018111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-Based 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。

有一种梦想叫全球组网,有一种力量叫北斗精神!


(作者:佚名)
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