今天是太空與您相伴的【第609期】
道家鼻祖老子，騎牛有雲，「道生一，一生二，二生三，三生萬物」。北斗系統的發展中也蘊含了很多與「三」有關的奧秘，包括北斗系統發展戰略、系統架構、星座配置、工作原理、訊號體制、服務規劃、未來願景等等諸多方面。具體是什麼呢？下面就和大家一起了解北斗系統裡與「三」有關的奧秘。
一、北斗系統的「三步走」戰略
第一步：北斗一號，解決有無。2023年，啟動北斗一號系統建設；2023年發射2顆地球靜止軌道衛星，建成系統並投入使用，採用有源定位體制，為中國使用者提供定位、授時、廣域差分和短報文通訊服務；2023年，發射第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統效能。
北斗一號，中國衛星導航系統實現從無到有，使中國成為繼美、俄之後第三個擁有衛星導航系統的國家。北斗一號是探索性的第一步，初步滿足中國及周邊區域的定位導航授時需求。北斗一號巧妙設計了雙向短報文通訊功能，這種通導一體化的設計，是北斗的獨創。
第二步：北斗二號，區域無源。2023年，啟動北斗二號系統工程建設；2023年，完成14顆衛星(5顆地球靜止軌道衛星(geo)、5顆傾斜地球軌道衛星(igso)和4顆中圓地球軌道衛星(meo))發射組網。北斗二號在相容北斗一號技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區提供定位、測速、授時和短報文通訊服務。
第三步：北斗三號，全球服務。2023年，啟動北斗三號系統建設；2023年，完成30餘顆衛星發射組網，全面建成北斗三號系統。北斗三號系統是由3geo+3igso+24meo構成的混合導航星座，系統繼承有源服務和無源服務兩種技術體制，為全球使用者提供基本導航(定位、測速、授時)、全球短報文通訊和國際搜救服務，同時可為中國及周邊地區使用者提供區域短報文通訊、星基增強和精密單點定位等服務。
北斗「三步走」發展戰略，是在結合我國國情和不同階段技術經濟發展實際提出的發展路線，北斗系統的成功實踐，走出了在區域快速形成服務能力、不斷擴充套件為全球服務，具有中國特色的衛星導航發展道路，豐富了世界衛星導航的發展模式和發展路徑。
二、北斗系統的「三個組成部分」空間段：
北斗三號系統空間段由3顆geo衛星、3顆igso和24顆meo衛星等組成。地面段：北斗三號系統地面段包括主控站、時間同步、注入站和監測站等若干地面站，以及星間鏈路執行管理設施。使用者段：北斗系統使用者段包括北斗及相容其他衛星導航系統的晶元、模組、天線等基礎產品，以及終端裝置、應用系統與應用服務等。
三、北斗獨創的「三種軌道」混合星座
北斗系統是由geo衛星、igso衛星和meo衛星三種軌道衛星組成的混合導航星座。
geo衛星相對地球靜止，軌道高度35786km，軌道傾角為0度，單星覆蓋區域較大，3顆衛星可覆蓋亞太大部分地區。
igso衛星軌道高度與geo衛星相同，軌道傾角為55度，星下點軌跡為「8」字。
北斗meo衛星軌道高度約21500km，軌道傾角為55度，繞地球旋轉執行，通過多顆衛星組網可實現全球覆蓋，北斗meo星座回歸特性為7天13圈。
2.各衛星的位置通過導航電文播發給使用者。
3.以衛星為球心，距離為半徑畫球面。
4.三個球面相交得兩個點，根據地理常識排除乙個不合理點即得使用者位置。
北斗是全球第乙個提供三頻訊號服務的衛星導航系統，gps使用的是雙頻訊號，這是北斗的後發優勢。使用雙頻訊號可以減弱電離層延遲的影響，而使用三頻訊號可以構建更複雜模型消除電離層延遲的高階誤差。同時，使用三頻訊號可提高載波相位模糊度的解算效率，理論上還可以提高載波收斂速度。正因如此，gps系統也在擴充套件成三頻訊號系統。
北斗二號在b1、b2和b3三個頻段提供b1i、b2i和b3i三個公開服務訊號。其中，b1頻段的中心頻率為1561.098mhz，b2為1207.14mhz，b3為1268.52mhz。
北斗三號在b1、b2和b3三個頻段提供b1i、b1c、b2a、b2b和b3i五個公開服務訊號。其中b1頻段的中心頻率為1575.42mhz，b2為1176.45mhz，b3為1268.52mhz。
速度資訊：北斗系統提供的測速精度能力優於0.2公尺/秒。時間資訊：北斗系統可為使用者提供優於20ns的授時服務，在此基礎上利用差分授時、雙向比對等技術手段，可進一步提公升授時精度。
一是空間段採用三種軌道衛星組成混合星座，與其它衛星導航系統相比高軌衛星更多，抗遮擋能力強，尤其在低緯度地區效能優勢更為明顯。二是提供多個頻點的導航訊號，能夠通過多頻訊號組合使用等方式提高服務精度。三是創新融合了導航與通訊功能，具備基本導航、短報文通訊、國際搜救、星基增強和精密單點定位等多種服務能力，系統功能高度整合，實現了集約高效。
作者 |盧 鋆
編輯 | 尹 銳
郵箱 | [email protected]
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