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北斗三号一箭双星发射成功 "西安造"铷钟提升定位精度

2017-11-6 11:45| 发布者: admin| 查看: 34041| 评论: 0

摘要:   11月5日19时45分,中国独立自主研制的北斗三号全球导航系统首发双星,由长三乙火箭在西昌卫星发射中心成功发射。   这标志着中国北斗卫星导航系统步入全球组网新时代。它不仅意味着北斗全球导航系统建设的大幕 ...

  11月5日19时45分,中国独立自主研制的北斗三号全球导航系统首发双星,由长三乙火箭在西昌卫星发射中心成功发射。

  这标志着中国北斗卫星导航系统步入全球组网新时代。它不仅意味着北斗全球导航系统建设的大幕拉开,也意味着北斗导航系统定位测量精度再次提高:北斗三号在北斗二号性能的基础上,将进一步提升1至2倍的定位精度,达到2.5米—5米的水平,并在保留短报文功能的前提下提升相关性能。北斗三号全球导航系统建成后,导航服务能力将处于世界先进水平,堪称国之重器。

  据悉,这两颗卫星的导航分系统、天线分系统、星间链路等全部有效载荷的研制,均出自航天科技集团五院西安分院的北斗团队。而推送两颗卫星升空入轨的长三乙火箭,其动力部分则是由位于西安航天基地的航天科技集团六院研制的。

  “西安造”铷钟将定位精度从10米级提升至米级

  在北斗三号卫星上有众多含金量极高的新科技、新产品,新一代高精度铷原子钟就是其中的杰出代表。

  原子钟被称为“导航卫星的心脏”。铷原子钟,是以铷原子跃迁为物理基础而建立的一套极度精密的电子设备,简称铷钟。在北斗三号导航卫星上,它发挥着提供时间基准的作用,其稳定度直接关乎着导航卫星的定位、测速和授时功能的精度。

  该铷钟就是由五院西安分院研制的。据专家介绍,北斗三号卫星上的铷原子钟在稳定度指标方面,较北斗二号区域导航系统提高了10倍,达到世界先进水平。推动我国新建设的全球导航系统定位精度,可由之前区域系统的10米,跨越到后续全球系统米级分辨率,测速和授时精度也同步提高一个量级。

  五院西安分院铷钟产品责任人屈勇晟介绍,西安分院是我国第一台星载铷钟的诞生地,在2006年发射的育种卫星上成功进行搭载试验,打破了少数航天强国对星载原子钟的垄断。2007年4月,西安分院研制的铷钟随着我国北斗二号飞行试验星飞入太空并成功开通、锁定,为我国北斗二号导航系统占据频率资源立下赫赫战功,彻底化解了北斗工程建设的最大瓶颈。此后,西安分院为我国北斗二号、北斗三号导航系统累计提供国产化星载铷钟69台,有力支撑了北斗单行系统工程的建设与发展。

  航天五院原子频标领域首席专家贺玉玲博士透露,西安分院正在研制甚高精度铷原子钟,频率稳定度等关键指标已经实现重大突破,有望在未来将导航卫星的定位精度、授时精度再提高一个量级。

  地震后建筑物沉降了几毫米都难逃北斗“法眼”

  据专家介绍,北斗三号导航系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具有独特的短报文通信功能。

  相较于北斗二号卫星系统,北斗三号除了将覆盖区域由区域覆盖扩大到全球覆盖外,在性能和系统可靠性上都有很大的提高。以关键指标定位精度来说,会在现有基础上提高一到两倍,全球精度可达5米左右,重点区域可达到2.5米。而在中国境内,可提供最高可达毫米级的定位测量精度。

  这就使得导航卫星能为人类生活提供更多服务。比如,对共享单车就可以用高精度定位功能提供“电子围栏”技术进行管理,一旦自行车没有停在规定区域内,就会影响使用者费用,大大降低共享单车的社会管理成本。

  北斗三号导航系统还可向用户提供精密测量测绘数据,例如测量地震后建筑物的下沉变化等,几毫米的下沉都逃不过北斗的法眼。

  同时,北斗三号导航系统还将向国际搜救组织免费提供全球范围内搜救服务,精确定位受困人员的地理位置,为国际救援贡献大国力量。

  由于北斗三号首发双星的铷钟稳定度大幅提高,授时精度也大幅提高,可为金融、电力、电信等行业及部门提供更为精确的授时功能。

  飞机偏离航线 几秒内就可发出告警信号

  当北斗三号导航系统无法用于某些预定操作时,还可以向用户发出及时有效告警。这一被称为“完好性监测”的功能,对民航、自动驾驶等生命安全领域的用户来说极其重要。

  在传统的卫星导航中,飞机偏离航线或者跑道时比较难以快速发现和纠正。而北斗三号卫星可以自主判断出该错误,在几秒内向飞机上的导航终端发出告警信号,以避免事故。在未来无人驾驶领域,这一功能的应用也将更为广泛。

  相较于美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯以及欧洲的伽利略等导航卫星系统,中国的北斗在世界上首次实现了卫星的在轨完好性自主监测功能。

  北斗三号导航系统保留了北斗现有系统的短报文服务,即通信功能,这也是其他卫星导航系统不具备的能力。目前,短报文功能已在地震救灾、搜救驴友等方面发挥了重大功效。

  可实现在轨重构 给你想要的导航功能

  除此外,北斗三号卫星系统还具有有效载荷系统的在轨重构功能,给你想要的导航功能。航天五院西安分院北斗导航副总设计师张立新表示,这是一个巨大的创新和提升,北斗三号卫星系统的这一能力与GPSⅢ相比也毫不逊色。

  张立新介绍,导航卫星实现定位、导航、测绘、救援等功能,主要依靠有效载荷系统。随着北斗应用越来越广泛,人们对导航卫星可提供的服务需求会有所增加,这时只要改变有效载荷中的部分软件,就能实现新的导航功能。比如,可以通过改变注入软件增加导航信号、改变信号频率等,来解决“导航信号不够用”、“信号质量不好”等问题。此外,卫星在运行过程中可能会出现这样或那样的问题,通过在轨重构就可以及时有效地解决问题,这是北斗一号、北斗二号卫星系统所不具备的能力。

  搭建星间链路 让太空中上百颗卫星联网

  北斗三号导航系统采取了星间传输、地基传输功能一体化设计,实现了高轨、中轨卫星及地面站的链路互通。在卫星之间搭建的通信测量链路被称为星间链路,星间链路是北斗三号实现全球导航服务功能的重要手段。

  “我国在国土范围之外的地面站很少,星间链路能够让我们看不见的、在地球的另一面的北斗卫星,与我们头顶的北斗卫星取得联系”,张立新介绍,北斗三号的星间链路系统还能与其他类型卫星相关联,从而构建我国的天基综合信息网,实现我国卫星之间的联网,更加高效地互通天地信息。

  星间链路也是北斗卫星实现自主导航的关键。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精准定位和授时,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。

  多知道点:我国卫星导航“三步走”发展战略

  我国于20世纪后期开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成“三步走”发展战略:2000年年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。

  目前前两步已实现,中国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

  从此次任务起,我国迎来新一轮北斗组网卫星高密度发射。2018年前后,将发射18颗北斗三号组网卫星,覆盖“一带一路”沿线国家;2020年左右,将完成30多颗组网卫星发射,实现全球服务能力。

  华商记者 马虎振  张昊 王同心  刘杰

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