自上世紀90年代啟動研制以來，北斗系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從有源到無源，從區(qū)域到全球的跨越，服務定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能全面性不斷提升，已成為國家重要的空間基礎設施，全面支撐了國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。北斗三號作為我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設“三步走”戰(zhàn)略的最后一步，與北斗二號相比不是簡單迭代更新，而是巨大的歷史性跨越。

6月23日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭將最后一顆北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星成功送入預定軌道。至此，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署全面完成。這意味著，中國北斗正式走出中國，走向世界，將可以為全球用戶提供基本導航(定位、測速、授時)、全球短報文通信、國際搜救等服務。

未來應用空間無限

導航的核心功能其實就是定位和授時，試想一下，如果一個國家的時間和空間基準信息全部由他人來提供，那么無論是軍事、通信還是金融等都將面臨巨大安全隱患。

北斗在軍事上的應用是最為迫切的。導航主要用于部隊機動、武器發(fā)射、邊防巡邏和生命救援等，這就要求導航的過程中必須能夠?qū)崟r提供載體的位置、速度、姿態(tài)等狀態(tài)信息，如果這些信息發(fā)生偏差，就相當于武器裝備沒有了眼睛、部隊失去了方向。

在交通運輸上，北斗也在為更多車輛的安全行駛護航。北斗系統(tǒng)可以為車輛提供實時的位置和速度信息，在車輛行駛過程中，車內(nèi)的北斗終端設備可以記錄行車信息，得出車輛行駛的里程、速度、行車時間、路線等信息，防止出現(xiàn)超速或疲勞駕駛等危害安全的違規(guī)駕駛情況發(fā)生。數(shù)據(jù)顯示，截至2019年12月，國內(nèi)已有超過650萬輛營運車輛、4萬輛郵政和快遞車輛，36個中心城市約8萬輛公交車、3200余座內(nèi)河導航設施、2900余座海上導航設施應用北斗系統(tǒng)。

隨著人類活動的發(fā)展，對導航的要求也越來越高。在北斗系統(tǒng)等科技力量的支持下，我們可以構(gòu)建智慧森林防撲火基礎設施，基于北斗系統(tǒng)高精度定位導航服務，大型重載、長航時、遠距離、智慧化、全系統(tǒng)的消防無人直升機可以快速準確抵達火災現(xiàn)場，充分利用北斗系統(tǒng)及其短報文通信功能為救火隊員提供位置共享等重要信息。業(yè)內(nèi)專家表示，北斗導航系統(tǒng)是“新基建”的基建，是基礎的基礎。

當前，國內(nèi)不少汽車廠已經(jīng)在廣泛就汽車的智能網(wǎng)聯(lián)技術展開研發(fā)，目的是讓人、車、路能夠“說上話”。以時空智能基礎設施公司千尋位置網(wǎng)絡有限公司為例，今年內(nèi)，該公司就將有多達6個不同品牌的車型搭載千尋位置基于北斗高精度的導航定位能力并正式上市。

中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其說，北斗的應用只受想象力的限制。近年來，一大批從事北斗應用的企業(yè)致力于打造數(shù)字時代北斗應用的最佳實踐方案，已經(jīng)在自動駕駛、行業(yè)升級、測量測繪、智能城市、公共服務等領域有了諸多應用落地。隨著5G商用時代的到來，北斗正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術加速融合，北斗應用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟還將不斷涌現(xiàn)。

創(chuàng)新實現(xiàn)歷史性跨越

自上世紀90年代啟動研制以來，北斗系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從有源到無源，從區(qū)域到全球的跨越，服務定位精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能全面性不斷提升，已成為國家重要的空間基礎設施，全面支撐了國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。北斗三號作為我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設“三步走”戰(zhàn)略的最后一步，與北斗二號相比不是簡單迭代更新，而是巨大的歷史性跨越。不僅導航服務擴展到全球，短報文通信等北斗特色服務進一步強大，定位精度也將趕超GPS。

短報文通信可謂是北斗系統(tǒng)的“獨門絕技”，就是指北斗的用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間可實現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信。在北斗三號系統(tǒng)中，短報文通信的能力顯著提升，從最初一次發(fā)送120個漢字提升到一次發(fā)送1200個漢字。用戶遇到突發(fā)情況時無需字斟句酌，足以將情節(jié)一次性說清楚，還可發(fā)送圖片等信息，應用場景更為豐富。

有源定位也是北斗三號的一大創(chuàng)舉。其原理就是利用無線電測定技術，通過兩顆地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)聯(lián)手，不僅能回答用戶“我在哪”，還能告訴關注著用戶行蹤的相關方“你在哪”，這項技術在搜救、漁業(yè)等領域被廣泛使用，是保障民生安全的“千里眼”。

由于北斗系統(tǒng)不能像美國GPS那樣，在全球建立地面站，為設置境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道，北斗三號研制團隊攻克了星座星間鏈路技術，采取星間、星地傳輸功能一體化設計，實現(xiàn)了衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通。這就是說，雖然“看不見”在地球另一面的北斗衛(wèi)星，但用星間鏈路同樣能與其他衛(wèi)星取得聯(lián)系。星間鏈路技術不僅能實現(xiàn)太空間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，還能相互測距，自動“保持隊形”，可以減輕地面管理維護壓力。星間鏈路技術解決了我國不能全球布站進行衛(wèi)星境外監(jiān)測的難題，也是北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)建設的一大特色。

為了提高服務的精度，北斗三號系統(tǒng)還配置了新一代原子鐘。原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性保證產(chǎn)生時間的精準性，目前國際上主要有銣原子鐘、氫原子鐘、銫原子鐘等。我國北斗衛(wèi)星采用的是銣原子鐘，同時還配置了性能更高的新研國產(chǎn)氫原子鐘。氫原子鐘雖然質(zhì)量和功耗比銣原子鐘大，但穩(wěn)定性和漂移率等指標更優(yōu)。星載氫原子鐘的在軌應用，對于實現(xiàn)北斗導航定位“分秒不差”發(fā)揮了重要作用。

為了提高衛(wèi)星在軌服務的可靠性，北斗三號衛(wèi)星還采取了多項可靠性措施，使衛(wèi)星的設計壽命達到12年，達到國際導航衛(wèi)星的先進水平，為北斗系統(tǒng)服務的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎保證。

專家表示，未來，北斗系統(tǒng)將利用在軌衛(wèi)星、地面、用戶評估等海量數(shù)據(jù)，設計“天、地、用”一體化智能管理的衛(wèi)星在軌技術支持平臺，具備多源接收、自主監(jiān)視、智能診斷、過程可視等能力。

協(xié)作推動高效率組網(wǎng)

“近兩年時間，我們以平均每月發(fā)射1.2顆北斗衛(wèi)星的高密度，刷新了全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網(wǎng)速度世界紀錄。”北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風說，北斗三號高效率組網(wǎng)離不開系統(tǒng)內(nèi)團結(jié)協(xié)作。

北斗三號工程是一個空前復雜的航天系統(tǒng)工程，包含空間段、地面段、用戶段三個組成部分?？臻g段包含不同軌道高度的30顆組網(wǎng)衛(wèi)星，地面段包含40多個不同類型、功能的地面站，這樣一個龐大的系統(tǒng)要進行天地組網(wǎng)協(xié)同運行，將涉及幾十個系統(tǒng)、幾萬臺套設備，環(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)都不可或缺。

“北斗三號管理控制中心就像是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的‘大腦’，可以指揮空間段和地面段協(xié)同運行、地面天線和各類觀測設備統(tǒng)籌調(diào)度、傳輸數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星導航電文的編輯、上注和播發(fā)等，解決了幾十個系統(tǒng)、幾萬臺套設備的集中監(jiān)視和控制難題。”據(jù)中國電科技術人員介紹，該中心實現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的星地一體化管理與控制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)空間平臺與地面管控資源，是充分發(fā)揮北斗三號系統(tǒng)運行效能的核心環(huán)節(jié)。

護送北斗衛(wèi)星升空的長征三號甲系列火箭被稱為北斗組網(wǎng)工程的“專屬列車”。自2000年10月31日我國發(fā)射第一顆北斗導航試驗衛(wèi)星至今，共進行了44次發(fā)射，將59顆北斗導航衛(wèi)星成功護送升空，發(fā)射成功率100%。

為了保證導航衛(wèi)星時空信息的精確性和穩(wěn)定性，上海天文臺科研人員依托于在天體測量與天體力學、精密時間頻率標準等優(yōu)勢學科數(shù)十年的科研積累，從“零”到“有”，最終解決了大運算量數(shù)據(jù)整理、編輯、計算、存儲、發(fā)送的計算機軟硬件集成，統(tǒng)一調(diào)度穩(wěn)定運行及信息處理構(gòu)架等關鍵技術難題。為了實現(xiàn)北斗三號精密定位，上海天文臺信息處理團隊首次提出并實現(xiàn)了區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)+星間鏈路的星地星間聯(lián)合精密定軌技術，就像是北斗的“最強大腦”，能實時修正誤差，多備份，以保持北斗系統(tǒng)空間信號精度與GPS相當。

北斗的發(fā)展也離不開“芯”的支持。從北斗試驗衛(wèi)星第一顆星開始，龍芯中科抗輻照處理器分別在北斗試驗衛(wèi)星工程、北斗三號衛(wèi)星工程等型號任務中得到應用。龍芯中科抗輻照處理器的應用，解決了國外對我國高性能航天元器件禁運的卡脖子問題，實現(xiàn)了處理器系統(tǒng)方案整體部件的全國產(chǎn)化，助力了航天器國產(chǎn)化的跨越式發(fā)展。(經(jīng)濟日報·中國經(jīng)濟網(wǎng)記者 姜天驕)

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