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北斗改变生活

卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设运行的全球卫星导航系统。2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成并正式开通。本版今日起开设“走近北斗”系列科普报道,让我们一同感受无处不在的北斗应用。
 
  北斗应用
 
  北斗卫星导航系统提供服务以来,已在多个领域得到广泛应用,服务国家重要基础设施,广泛进入我国大众消费和民生领域,产生了显著的经济效益和社会效益。
 
  在交通运输方面,北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时调度监控等。
 
  在农业方面,基于北斗系统的农机自动驾驶系统超过2万台(套),节约50%的用工成本;基于北斗系统的农机作业监管平台和物联网平台极大地提高了作业管理效率。
 
  在水文监测方面,北斗系统成功应用于多山地域水文测报信息的实时传输,提高灾情预报的准确性。
 
  在电力调度方面,基于北斗系统的电力时间同步应用,为在电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。
 
  在救灾减灾方面,基于北斗系统的导航、定位、短报文通信功能,显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。
 
  在电子商务领域,国内多家电子商务企业的物流货车及配送员,应用北斗车载终端和手环,实现了车、人、货信息的实时调度。
 
  在智能手机领域,在中国入网的智能手机,已经有70%以上提供了北斗系统服务。
 
  在智能穿戴领域,多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备,以及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品不断涌现,得到广泛应用。
 
  随着5G商用时代的到来,北斗系统正在与新一代移动通信、区块链、人工智能等新技术加速融合。
 
  中国的北斗 世界的北斗
 
  2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成并正式开通。
 
  北斗卫星导航系统(BDS,BeiDou Navigation Satellite System)是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供定位、导航、授时和短报文通信服务的国家重要空间基础设施。北斗卫星导航系统与美国全球定位系统GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS、欧盟伽利略卫星导航系统GALILEO构成全球四大卫星导航系统。
 
  近年来,北斗与GPS、伽利略、格洛纳斯先后建立了合作机制,联手打造精度更高的卫星集群。目前,世界上有半数以上的国家在全球范围内使用北斗系统。北斗系统已开始向上百个“一带一路”沿线国家提供服务,用户数量达到亿级以上。
 
  6月30日,北斗三号卫星导航系统最后一颗组网卫星、第三颗地球静止轨道卫星有效载荷完成开通,经过遥测数据判读,星载基准频率合成器、原子钟、导航任务处理单元等载荷设备均工作正常,地面接收信号正常。该颗卫星是北斗三号系统收官卫星,也是北斗卫星导航系统提供定位导航授时、短报文通信、星基增强、精密单点定位等服务的关键卫星。
 
  结构组成 及定位技术
 
  为实现北斗卫星导航系统高精度定位、导航和授时服务,2014年9月,我国正式启动北斗地基增强系统的建设工程。目前,北斗地基增强系统已具备在全国范围内提供实时米级、分米级、厘米级,后处理毫米级高精度定位基本服务能力。
 
  北斗星基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分,可以实现对原有卫星导航系统定位精度的改进。星基增强系统与地基增强系统相结合,可形成更高效的卫星导航高精度定位服务网络,构建海洋勘探、精准农业等专业应用,以及汽车导航、移动手机等大众化应用的高精度位置服务基础环境。
 
  短报文功能是北斗特有的一项技术突破。短报文是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递,而GPS只能实现单向通信功能(终端从卫星接收位置信号)。北斗是目前全世界唯一一个把通信和导航融合起来的系统。用户可在海洋、沙漠等没有通信信号覆盖的地区,发送120个字的信息和自己的定位信息。
 
  北斗授时
 
  自从有了时间,就有了时间传递的需求。从古至今,随着科技的进步,授时也在不断发展。
 
  常见的时间系统,包括以地球自转周期为基准的世界时、以地球绕太阳公转周期为基准的历书时、以铯原子内部电磁振荡频率为基准的原子时等。目前,国际通用的标准时间是协调世界时,它是以原子时的秒长为基础,与世界时的时刻相结合。
 
  在北斗卫星的信号中,时间信息是最重要的控制信息和定位依据,而维持卫星时间准确性的设备就是原子钟。没有原子钟就没有全球导航系统。原子钟是北斗卫星导航系统的心脏,为卫星系统提供了高稳定的时间频率基准信号,决定了导航系统的导航定位、测速及授时的精度。原子钟的工作原理涉及量子力学、电学、材料学和热学多个学科,各项指标要求苛刻。
 
  北斗三号上的原子钟已达到每300万年误差1秒的水平,这不仅有利于提高导航定位精度,还可以提供高水平的授时服务。
 
  【延伸阅读】
 
  北斗“三步走”发展战略
 
  1994年,我国启动北斗一号工程;2000年10月和12月,相继发射两颗北斗导航试验卫星,北斗一号系统建成。2004年,启动北斗二号工程;截至2012年年底,完成14颗卫星发射组网,承担中国和亚太地区的导航、授时等服务。2009年,启动北斗全球系统建设,开始建设北斗三号系统;2018年12月,北斗三号基本系统建成,并开始提供全球服务;2019年12月,北斗三号全球系统核心星座部署完成;2020年6月,北斗卫星导航系统星座部署完成。
 
  来源:北斗卫星导航系统网站、中国信息通信研究院、《我们的太空》《科技日报》等。
 
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