如果美国断供GPS怎么办?带你看中国的北斗系统
5 月 22 日,第十屆中國衛星導航年會在北京召開。中國衛星導航系統委員會主席王兆耀透露,今年我國將發射 6 至 8 顆北斗三號導航衛星,不斷提升系統性能;2020 年,建成世界一流的衛星導航系統(即北斗三號系統),提供更優質的服務;2035 年,建成以北斗為核心,更加泛在、更加融合、更加智能的綜合定位導航授時(PNT)體系。
據統計,國產北斗導航型芯片模塊累計銷量已突破 8000 萬片,高精度板卡和天線銷量已占據國內 30% 和 90% 的市場份額,并輸出到 100 余個國家和地區。
在大眾應用領域,基于北斗的導航服務也已被電子商務、移動智能終端制造、位置服務等廠商采用。冉承其說,“國內外主流芯片廠商均推出兼容北斗系統的通導一體化芯片”,今年第一季度,在中國市場申請進網的手機有 116 款具有定位功能,其中支持北斗定位的有 82 款,北斗定位支持率達到 70%。
據中國衛星導航系統管理辦公室統計,從 2017 年 11 月 5 日至 2018 年 11 月 19 日,1 年時間,我國完成北斗三號系統 10 箭 19 星超高密度發射,創造了世界航天史奇跡。2018 年 12 月 27 日,北斗系統正式提供全球 RNSS 服務,提前兩年開啟北斗“全球時代”。
衛星導航系統“三步走”發展戰略
我國于 20 世紀后期開始探索適合國情的衛星導航系統,逐步形成了“三步走”發展戰略。按照先有源后無源,先區域后全球,先后建成北斗一號、北斗二號、北斗三號系統,走出了一條中國特色的衛星導航系統建設道路。
北斗一號系統工程建設于 1994 年啟動,2000 年建成并投入使用,為中國用戶提供服務;北斗二號系統工程建設于 2004 年啟動,2012 年年底建成,向亞太地區提供服務;北斗全球系統建設于 2009 年啟動,2017 年北斗三號首批組網衛星發射升空并成功入軌,拉開了北斗系統全球組網的序幕。
“北斗一號”系統是由 3 顆導航定位衛星組成的,前兩顆發射于 2000 年,第 3 顆發射于 2003 年。別看只有 3 顆小衛星,這 3 顆小衛星,組成完整的衛星導航定位系統,形成區域有源服務能力。與美國和俄羅斯的全球導航衛星相比,“北斗一號”系統尚有較大差距。首先,覆蓋范圍只初步具備中國周邊地區的定位能力;其次是定位精度低,無法定位高速移動的目標,不能用于軍事用途。但作為中國獨立自主建立的首個衛星導航系統,它打破了美、俄在此領域的壟斷地位。
“北斗二號”衛星導航系統由 16 顆衛星組成,2012 年發射的第 16 顆衛星與先期發射的 15 顆衛星實現組網,擁有了覆蓋亞太大部分地區的導航服務能力。
“北斗二號”克服了“北斗一號”系統存在的缺點,提供海、陸、空全方位的全球導航定位服務。
2012 年,“北斗二號”定位導航系統開始向亞太地區提供無源定位、導航和授時以及短報文通信服務。其實在“北斗二號”時期,中國的北斗導航系統在性能方面講已經與美國 GPS 不相上下,甚至在互動性上優于 GPS。
相對于“北斗二號”區域系統,“北斗三號”具備高精度、高可靠、高保險、多功能等特點,已具備從服務區域到服務全球的能力。
由于中國不可能像 GPS 一樣在全球建立地面站,星座星間鏈路技術成功解決境外衛星的數據傳輸通道問題,實現了衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通。
截至目前,我國北斗系統在軌衛星共 38 顆,包括 18 顆北斗二號衛星和 20 顆北斗三號衛星,共同為全球用戶提供服務。而且中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其也表示,今年還將再發射6-8 顆北斗三號衛星,明年計劃發射2-4 顆北斗三號衛星,至 2020 年底全面完成北斗三號系統建設。
截至 2019 年 4 月,國內超過 620 萬輛營運車輛、3 萬輛郵政和快遞車輛,36 個城市的約 8 萬輛公交車、3200 余座內河導航設施、2900 余座海上導航設施已應用北斗系統。另據了解,北京市超過 40000 輛出租車已安裝應用北斗車載設備,北京公交集團已基本實現公交車上北斗終端設備應用全覆蓋。
對于全面啟用不久的北斗導航系統,如果美國有一天斷供 GPS 的話,北斗導航系統能否當當重任。周其仁表示,如果美國連 GPS 也斷供,倒是中國“北斗”系統的一大機會,“北斗”的供應能力將得到獨立測試,“一定會推動我們把一些關鍵問題解決得更好。”
對于中國自主研發的北斗全球導航系統,有幾個創新點是美國的 GPS 無法比擬的。
1、短報文通信服務
這個是中國衛星導航的原創功能,并且非常實用。08 年汶川地震的時候,震區唯一的通訊方式就是北斗一代。這一特色功能毫不意外在二代中保留下來。但是這個功能也是有容量限制的,所以并不適合作為日常通信功能,而是作為緊急情況通信比較合適。基于這個功能,北斗還有一個好處是,不但能知道我在哪,還能讓別人知道你在哪。這個功能有利于求救。
2、星間鏈路通信
由于美國的 GPS 霸占王者幾十年,很重要的一點是 GPS 全球布站,每一個地面站如同“防御塔”一般遍布全球,讓其 GPS 衛星在任意位置都處在“防御塔”的輻射范圍內,可以“隨意輸出”。但是北斗系統很難像 GPS 系統那樣在全球大范圍建立自己的“防御塔”——地面站,所以境外衛星的數據傳輸通道就成了問題。此時,北斗三號啟動一技能:星間鏈路!
通過在衛星之間搭建通信測量鏈路,北斗采用 Ka 頻段中速星間鏈路,實現星間、星地傳輸,以及衛星與衛星、衛星與地面站的鏈路互通。
不僅如此,星間鏈路還能讓衛星之間在太空中相互測距校準,自動保持隊型。
有了星間鏈路,我們就可以不依賴于全球建站,與星座中的任何衛星相連,就可以依靠境內的地面站管理全球的衛星,使我們的導航系統能夠獨立自主的運行,且具有很強的抗干擾性。
3、高精度位置感知
近日,在第十屆中國衛星導航年會上,廣州海格通信集團發布了國內首個支持北斗三號應用的基帶+射頻全芯片解決方案。
此次發布的兩款全頻點覆蓋的衛星導航高精度芯片——“海豚一號”基帶芯片和北斗三號 RX37 系列射頻芯片,若進行組合應用,可為移動互聯網、物聯網,以及自動駕駛無人機和機器人等人工智能設備提供精準位置服務解決方案。
據海格通信總經理余青松介紹,“海豚一號”芯片具有完全自主知識產權,定位更新頻率可達每秒 100 次,在同類芯片中處于領先地位,可為快速運動的物體提供精確到厘米級的高精度位置感知。目前 GPS 能夠提供的精確值也才到米級。
總結
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