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【北斗人家】道生一,一生二,二生三,三生万物——细话北斗与“三”

发布时间:2020-12-23 15:12:49 来源:本站

道家鼻祖老子,骑牛有云

“道生一,一生二,二生三,三生万物”

北斗系统的发展中

也蕴含很多与“三”有关的奥秘


发展战略、系统架构

星座配置、工作原理

信号体制、未来愿景

无一不与“三”渊源深厚

北斗系统“三个组成部分”


北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。


NO.1 空间段:北斗三号系统空间段由3颗GEO卫星、3颗IGSO和24颗MEO卫星等组成。

NO.2 地面段:北斗三号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。

NO.3 用户段:北斗系统用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端设备、应用系统与应用服务等。

北斗“三种轨道”混合星座


北斗系统是由GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星三种轨道卫星组成的混合导航星座。


NO.1 GEO卫星:该卫星相对地球静止,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。

NO.2 IGSO卫星:该卫星轨道高度与GEO卫星相同,轨道倾角为55度,星下点轨迹为“8”字。

NO.3 MEO卫星:该卫星轨道高度约21500km,轨道倾角为55度,绕地球旋转运行,通过多颗卫星组网可实现全球覆盖,北斗MEO星座回归特性为7天13圈。


北斗“三球交汇”原理


“三球交汇”原理是指导航卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息。用户接收机在某一时刻同时接收三颗以上卫星信号,测量出用户接收机至三颗卫星的距离,通过星历解算出的卫星的空间坐标,利用距离交会法就解算出用户接收机的位置。

简单来说:

1、地球上的北斗用户接收机同时测量自身到至少三颗卫星的距离;

2、各卫星的位置通过导航电文播发给用户;

3、以卫星为球心,距离为半径画球面;

4、三个球面相交得两个点,根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。


北斗“三频服务”信号体制


北斗系统是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统,可以说这是北斗的后发优势。全球其他几大导航系统使用双频信号会减弱电离层延迟的影响,而使用三频信号可以构建更复杂模型消除电离层延迟的高阶误差。

同时,使用三频信号可提高载波相位模糊度的解算效率,理论上还可以提高载波收敛速度。正因如此,GPS系统也在扩展成三频信号系统。

北斗二号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B2I和B3I三个公开服务信号。其中,B1频段的中心频率为1561.098MHz,B2为1207.14MHz,B3为1268.52MHz。

北斗三号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B1C、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中B1频段的中心频率为1575.42MHz,B2为1176.45MHz,B3为1268.52MHz。


北斗定位测速授时服务的“PVT三要素”


北斗定位测速授时服务“PVT三要素”:位置信息(Position)、速度信息(Velocity)和时间信息(Time)。

位置信息:北斗系统可向全球提供优于10米的定位服务,亚太地区定位精度达到5米。北斗系统提供的位置信息服务,输出结果为“经度、纬度、高程”或者“x,y,z”,不管哪种输出形式,恰好都是“三个参量”,一个不多,一个不少。

速度信息:北斗系统提供的测速精度能力优于0.2米/秒。

时间信息:北斗系统可为用户提供优于20ns的授时服务,在此基础上利用差分授时、双向比对等技术手段,可进一步提升授时精度。


北斗系统“三步走”战略


中国北斗卫星导航系统自启动以来就实施“三步走”战略。

第一步:北斗一号——解决有无

北斗一号,1994年启动系统建设,直至2003年发射第3颗地球静止轨道卫星,实现从无到有,使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。北斗一号是探索性的第一步,初步满足中国及周边区域的定位导航授时需求。

第二步:北斗二号,区域无源

2004年,启动北斗二号系统建设启动,2012年完成北斗二号发射组网建设。北斗二号在兼容北斗一号技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地区提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

北斗二号创新性构建了的5GEO+5IGSO+4MEO的中高轨混合星座架构,也为全世界卫星导航系统发展提出了新的中国方案。

第三步:北斗三号,全球服务

2009年,启动北斗三号系统建设,直至2今年6月23全面建成北斗三号系统。

北斗三号系统是由3GEO+3IGSO+24MEO构成的混合导航星座,为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信和国际搜救服务,同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。


三生万物,万物互联。在北斗系统的作用下,互联互通会更加紧密、更加智能,万物互联时代将全面开启。中国梦、北斗梦也即将实现!