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定位導(dǎo)航、授時、短報文“撐起”北斗應(yīng)用

發(fā)布時間:2022-04-14 15:41:34

據(jù)統(tǒng)計,全國有7萬余艘漁船和執(zhí)法船安裝北斗終端。

  ■北斗“啟航”

  今年的全國兩會“委員通道”上,全國政協(xié)委員、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師楊長風(fēng)介紹,北斗全球系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星計劃于6月?lián)駲C(jī)發(fā)射,屆時北斗全球星座部署將圓滿完成。

  去年年底的國新辦發(fā)布會上,中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)言人冉承其曾透露,北斗系統(tǒng)服務(wù)覆蓋200余個國家和地區(qū),用戶突破1億,日服務(wù)達(dá)2億次……

  “未來北斗將無所不在,小到兒童的定位手表,大到航母……所有需要定位、導(dǎo)航、授時的場景,都會出現(xiàn)北斗。”南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院微小衛(wèi)星中心教授康國華如是說。

  此外,據(jù)新華社消息,日前西安衛(wèi)星測控中心已經(jīng)完成29顆已入網(wǎng)工作的北斗三號衛(wèi)星星間鏈路測試工作,確保全球組網(wǎng)如期完成。

  定位和導(dǎo)航

  高精度信號已公開發(fā)布

  提及北斗的功能,“定位導(dǎo)航”經(jīng)常并提。但二者的概念其實(shí)并不相同。

  康國華告訴記者,定位是導(dǎo)航的基礎(chǔ),導(dǎo)航是定位的應(yīng)用;定位是“告訴你在哪”,導(dǎo)航是“告訴你如何從現(xiàn)在所處的位置,去你想要去的地方”。

  中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員陳宏宇則表示,“簡單說,導(dǎo)航需要定位后,再結(jié)合地圖和算法來規(guī)劃到達(dá)目的地的路線?!?/span>

  以定位為例,大型基建工程,例如高鐵、大橋、機(jī)場的建設(shè),以及后期的變形監(jiān)測等,都需要衛(wèi)星定位。

  例如,橋梁建成后,由于行車荷載、風(fēng)力、溫度、自然災(zāi)害等外界因素,以及混凝土收縮徐變、老化碳化、鋼筋松弛銹蝕、墩臺基礎(chǔ)沉降等內(nèi)在因素的影響,不可避免地將產(chǎn)生幾何變化、內(nèi)力變化和索力變化等各種效應(yīng)。如果這些變化過大,超過了橋梁能夠承受的安全范圍,將會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。為了確保橋梁運(yùn)營安全,必須對橋梁的變形狀況長期監(jiān)測。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)這種長期監(jiān)測。一旦變形量指標(biāo)超標(biāo),可馬上發(fā)出警報。

  精度能夠達(dá)到多少?根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室去年12月公開發(fā)布的《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展報告(4.0版)》,在全球范圍內(nèi),北斗的定位精度達(dá)到水平10米、高程10米;測速精度為0.2米每秒。亞太地區(qū),定位精度水平5米、高程5米(以上均為95%置信度)。實(shí)測結(jié)果表明,北斗系統(tǒng)服務(wù)能力全面達(dá)到并優(yōu)于上述指標(biāo)。

  這還不是北斗的最高精度。不同應(yīng)用場景結(jié)合星基增強(qiáng)服務(wù)、精密單點(diǎn)定位服務(wù)等,北斗的精度將會更高:冉承其在去年年底的國新辦發(fā)布會上就表示,精密單點(diǎn)定位服務(wù),將為中國及周邊地區(qū)提供動態(tài)分米級,靜態(tài)厘米級的高精度定位服務(wù),滿足國土測繪、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、自動駕駛等領(lǐng)域用戶高精度服務(wù)需求。

  此外,冉承其還曾表示,北斗在地基增強(qiáng)服務(wù)方面,結(jié)合交通、測繪、地震、氣象、國土等行業(yè)監(jiān)測站網(wǎng)資源,已建成2000多個基準(zhǔn)站,提供實(shí)時米級、分米級、厘米級等增強(qiáng)定位精度服務(wù);已經(jīng)在國土測繪、形變監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、車道級導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域開始規(guī)?;瘧?yīng)用?!按蠹蚁胂?,厘米級和毫米級的高精度服務(wù),會帶來定位應(yīng)用方面多大的變化,比如說車道級導(dǎo)航,甚至樓房的形變監(jiān)測等方面都會有很好的應(yīng)用?!?/span>

  授時

  從電網(wǎng)到股市,北斗能提供“納秒級時鐘”

  北斗的定位、導(dǎo)航功能,我們在生活中能夠直接接觸。但北斗遠(yuǎn)不止于此。例如,北斗的“授時”功能就是非常重要的“幕后英雄”。

  “授時,就是給出準(zhǔn)確的時間,對一些儀器設(shè)備來說就是進(jìn)行時間的校準(zhǔn)?!笨祰A說。

  北斗如何提供授時?清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系教授謝小榮介紹,北斗衛(wèi)星上一般搭載3到4臺高精度(約0.3納秒級)原子鐘作為基準(zhǔn)時間源。衛(wèi)星播發(fā)的電文中含有軌道坐標(biāo)和衛(wèi)星時間,結(jié)合接收機(jī)的空間坐標(biāo),通過求解方程組,就能夠?qū)崿F(xiàn)授時功能?!氨倍返氖跁r精度可達(dá)到10納秒級,這一精度與GPS相當(dāng)?!敝x小榮說。

  康國華介紹,時間基準(zhǔn)是一個國家安全的保障,如高鐵、電網(wǎng)、股市、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、跨海大橋和海底隧道建設(shè)等等,都需要時間同步?!翱梢哉f,現(xiàn)代社會離開統(tǒng)一時間基準(zhǔn)是不可想象的?!笨祰A說。

  時間基準(zhǔn)有多重要?以電網(wǎng)為例,謝小榮給記者舉例:一條100公里的500千伏輸電線路,如果兩端電壓相量測量的時間基準(zhǔn)差0.1毫秒,就可能產(chǎn)生27萬千瓦的功率差異,相當(dāng)于30多萬戶城鎮(zhèn)三口之家的平均用電;電力系統(tǒng)故障分析時,要求變電站時間同步精度優(yōu)于1微秒,否則可能導(dǎo)致錯誤的故障原因分析結(jié)果。

  謝小榮表示,據(jù)不完全統(tǒng)計,目前已有上千套變電站時間同步裝置接收北斗授時信號;超過20%的電力通信頻率網(wǎng)接收北斗授頻信號;相關(guān)產(chǎn)業(yè)估計達(dá)到數(shù)百上千億元規(guī)模,并處于快速發(fā)展中。

  短報文

  北斗特色,用導(dǎo)航衛(wèi)星“發(fā)短信”

  “短報文”服務(wù)是國外其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均不具備的,堪稱北斗特色。

  簡單地說,GPS等系統(tǒng)對于用戶來說,只能接收衛(wèi)星發(fā)出的信號,但無法向衛(wèi)星發(fā)信息。而北斗的短報文功能可以實(shí)現(xiàn)雙向通信,以類似于手機(jī)短信的形式,只要在服務(wù)范圍,就能夠?qū)ⅰ岸绦拧卑l(fā)到衛(wèi)星上。

 “最初的北斗一號僅對短報文系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證,二號、三號則分別實(shí)現(xiàn)區(qū)域和全球短報文服務(wù)?!标惡暧畋硎尽n櫭剂x,所謂區(qū)域短報文,就是服務(wù)中國及周邊地區(qū)(東經(jīng)75°至135°,北緯10°至55°),而全球短報文服務(wù)則是向全球提供服務(wù)。

  在手機(jī)短信都使用越來越少的今天,為什么北斗的短報文功能被如此看重?

  顯然,短報文服務(wù)并不是面向城市普通用戶“上網(wǎng)聊天”的。它主要面向普通移動通信信號不能覆蓋的地區(qū)(如無人區(qū),荒漠,海洋,極地等)或通信基站遭受破壞的情況(如地震,洪水,臺風(fēng)等)。

  在這些情況下,裝有北斗短報文模塊的北斗終端,就可以通過短報文進(jìn)行緊急通訊,不僅能讓用戶知道自己“在哪兒”,也能告訴別人“發(fā)生了什么”。

  漁業(yè)是北斗短報文應(yīng)用的重要領(lǐng)域。在沒有移動通信信號的海域,使用北斗系統(tǒng)短報文功能,漁民能夠通過北斗終端向家人報平安,有力保障了漁民生命安全、國家海洋經(jīng)濟(jì)安全、海洋資源保護(hù)和海上主權(quán)維護(hù)。2019年的中國衛(wèi)星導(dǎo)航年會上,冉承其提到,全國7萬余艘漁船和執(zhí)法船安裝北斗終端,累計救助1萬余人。

  另外,林業(yè)巡防、災(zāi)情通信,乃至電力等需要信息回傳的領(lǐng)域,都是短報文應(yīng)用的場景。

  值得一提的是,在北斗二號時期,已經(jīng)有相當(dāng)成熟的民用短報文產(chǎn)品出現(xiàn)。據(jù)記者了解,目前市面上,幾千元即可購入短報文終端,每條短報文信息服務(wù)費(fèi)幾角錢左右,更有“包年包月”等套餐。相對于昂貴的衛(wèi)星電話,短報文服務(wù)費(fèi)用較低,在“驢友”群體中,短報文相關(guān)產(chǎn)品有普及的趨勢。


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