北斗的“独门秘笈”

互利计划 / 互利配资2020-06-24 11:07:54

 

  从深空到深海,从小我私人到万物,北斗作为提供时空基准信息的体系,不仅是我们的信息基础设施,更是护卫国门的一把金钥匙。自主可控的卫星导航体系,对于国度的紧张意义不问可知。但是,北斗真的是“不明觉厉”吗?跟我们平凡人有什么关系呢?实在它远在天涯,却近在眼前。截至2020年第一季度,在中国市场申请入网的智能手机里,有四分之三以上都支持北斗定位的。这一太空高科技,普遍看护着普罗大众。

互利计划 / 互利配资  今天,我们先来揭秘一下北斗到底有哪些独门秘笈。

  “心脏”300万年偏差一秒

  在庞大的、代体现代高尖端科技前沿技能的卫星导航体系中,其中能被称之为“心脏”的部门,有着怎样超然的能力呢?

  由于卫星导航体系在空间高速运转,差别种类的吸收机用户,位置处于不停变化的历程中,且地球自身也连续不停地转动,其间微小的时间偏差,将导致光速运行的无线电波产生巨大的丈量偏差,因此时间体系的准确计量和同步具有极其紧张的意义。

互利计划 / 互利配资  我们知道,天地间越同步,偏差越小,定位的精度就越高,各人得到的数据就越准确。要修炼好这门技能,焦点就是做好时间丈量,也就是掌握好时间的精度。而要掌握好时间精度,就要靠原子钟。

  而北斗的心脏,就是一座原子钟。它是目前人类最准确的时间丈量仪器,也是导航卫星最要害的焦点装备。在卫星导航体系中,1纳秒就是十亿分之一秒的时间偏差,将导致0.3米的间隔偏差。如果我们时间差出去一秒,那我们的间隔就会差出去3后面8个零这么大的间隔!人类要想实现这么精密的时间丈量,一般的钟可做不到,只有靠原子钟的气力。

  根据量子力学的原理,原子内部有上下两个能级结构,当原子从一个能级跃迁至另外一个能级时,吸收或者开释出的电磁波频率是固定的,这也就是我们所说的共振频率。比方铯133的一个共振频率为9192631770赫兹。用它制作的计时仪器就可以非常准确了。北斗卫星导航体系使用的是由中国航天科工集团所研制的星载铷原子钟,这些原子钟实现了元器件100%国产化,目前的精度可到达300万年偏差仅为1秒。

  “三”的秘密

  “道生一,一生二,二生三,三生万物”。北斗体系的发展中也蕴含了许多与“三”有关的秘密,包括北斗体系发展战略、体系架构、星座设置、事情原理、信号体制、服务规划、未来愿景等等诸多方面。

  北斗体系由空间段、地面段和用户段三部门组成。其中空间段由3颗GEO卫星、3颗IGSO和24颗MEO卫星等组成。地面段则包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站,以及星间链路运行管理设施。北斗体系用户段包括北斗及兼容其他卫星导航体系的芯片、模块、天线等基础产物,以及终端装备、应用体系与应用服务等。

  北斗独创了“三种轨道”混淆星座。它是由GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星三种轨道卫星组成的混淆导航星座。中国卫星导航体系管理办公室主任冉承其指出,世界上其他卫星导航体系都是单一轨道的部署,北斗是三个轨道的卫星组成的星座体系。除了MEO轨道之外,另有同步轨道的,一个是静止的GEO卫星,一个是倾斜同步轨道的IGSO卫星,由于它们的存在,在亚太大部门地域,用户搜到的卫星就会比其他体系多。由于这两个轨道的卫星高度更高,可见性更好。“除了天地双向通讯,北斗还具有短报文体系,而短报文通讯功效是其他国度的卫星导航体系都不具备的功效。在海上,没有手机信号,或者灾害产生时通讯受阻,这时候,如果你有北斗终端,就可以通过卫星发送短报文来与外界接洽。如果你在中国及周边地域,一次可以发一千个汉字呢。不外它跟发手机短信又不太一样。现在的平凡手机还发不了短报文,必须用北斗专门的通讯终端才能发。中国的渔民和海洋执法船都有如许的装备。”

  与此同时,北斗体系是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航体系。GPS使用的是双频信号,使用双频信号可以削弱电离层延迟的影响,而使用三频信号可以构建更庞大模子消除电离层延迟的高阶偏差。同时,使用三频信号可提高载波相位模糊度的解算效率,理论上还可以提高载波收敛速率,这就是北斗的后发上风。

  别的,位置信息(Position)、速率信息(Velocity)和时间信息(Time)是组成北斗信息服务的“三要素”。

互利计划 / 互利配资  北斗体系可向全球提供优于10米的定位服务,亚太地域定位精度到达5米。北斗体系提供的位置信息服务,输出结果为“经度、纬度、高程”或者“x,y,z”,不管哪种输出情势,恰好都是“三个参量”,一个不多,一个不少。同时,通过精密单点定位、星基增强、地基增强等方式,可将定位精度提高到米级、分米级以致厘米级。北斗体系提供的测速精度能力优于0.2米/秒。北斗体系可为用户提供优于20ns的授时服务,在此基础上利用差分授时、双向比对等技能手段,可进一步提升授时精度。

互利计划 / 互利配资  现实上,无论你在那里,北斗都在你身边。在天下30多个都会650多万辆汽车上都装有北斗芯片;国际上主流的智能手机都用到了北斗。手机导航有两部门组成。一部门是收卫星导航信号的芯片,这个卫星导航是以芯片的模式体现在手机的硬件内里,另外一部门是基于芯片收星以后提供服务的导航软件 ,比方说各人熟悉的百度、高德舆图,把北斗发送的位置信息展示在一张舆图上,让人们方便地去找路。手机终端是否用到北斗体系,是体现在芯片内里的。

  现实生活中,一到立交桥、高架上,导航显示的信息就让人犯晕。这是由于卫星提供应手机的是一个空间位置,包括经度、纬度和高度的三维位置信息,而导航软件提供的舆图是二维的,没有体现定位高度,以是就会出现导航偏差。

互利计划 / 互利配资  更令人疑惑的另有,当遇到导航信号弱时,手机却显示的是GPS信号弱。对此冉承其表示,实在这内里有一个小小的误解。“GPS实在是全球卫星导航体系的一个英文缩写,由于刚开始用卫星导航时,全世界用得最多的就是美国的GPS体系,日久习惯了各人一说卫星导航就容易想到GPS。手机厂商、舆图软件的制造商也每每用GPS来取代全部卫星导航体系。实在走到今天,卫星导航已经是多体系兼容共用,包括美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧洲的伽利略,固然更包括中国的北斗。”冉承其呼吁有关手机厂商、舆图软件制造商,可以或许根据我们卫星导航的情况做顺应性调解。“好比,我发起把‘GPS信号’改成‘卫星导航信号’。”

  协同5G打开新世界

  

  从2017年11月以来,北斗近两年连续18次组网发射,将28颗北斗三号组网卫星,2颗北斗二号的备份卫星,顺遂送入轨道。平均每个月发射1.2颗卫星,刷新全球卫星导航体系组网速率世界纪录。

互利计划 / 互利配资  冉承其表示,2035年,我国将建成以北斗体系为焦点,更融合、更智能的国度综合定位导航授时体系,进一步提升时空信息服务能力,实现由深空到深海的立体服务笼罩,要让多种应用模式越发融合,具备由公里级定位精度到分米、厘米级定位精度的多样化服务能力。

  “这个体系已经完成了开端论证,也开展了要害技能攻关和研究事情。我们也非常有信心,可以或许在2035年之前建设一个更好的综合时空服务体系,为中国、为全世界提供更好的服务。”他说。

  随着北斗构建了越发高精度、高可靠、高宁静的新一代信息时空技能体系,北斗在应用和产业化方面也在不停迈上新台阶。北斗和5G的融合更是将在智慧都会、智慧制造、智慧家庭、智慧农业等未来的新技能方面发挥出巨大作用。

  在我国远洋捕捞的渔船上,搭载着2万多台套北斗导航体系终端,每年服务3亿人次以上。每年有上百名海上遇险的渔民利用北斗导航的准确定位得到了救援。

  在东北和新疆广袤的农场里,2000多套无人耕种机械,吸收着来自北斗卫星的定位信号,在大田里循着既定路线自助耕作,提高作业效率30%以上……

互利计划 / 互利配资  北斗智能公交体系实现了公交车辆的准确到站预告和智能化管理,平均到站时间预告偏差小于1分钟,天天惠及数百万市民出行。

  曾经,我国95%的民用导航市场被美国主导的GPS全球定位体系所垄断;如今,大部门市场份额已被我国自主知识产权的北斗导航体系所取代。

  上海市向来高度器重北斗卫星导航技能创新和产业发展,它已经成为响当当的科创“明星”。目前,上海北斗卫星导航产业范围逐年上升,拥有相干企业约百家,产物笼罩了导航卫星、星地增强体系、芯片、板卡、终端、导航数据收罗和处置惩罚、体系集成、运营服务等各个领域。

互利计划 / 互利配资  2016年由上海交通大学领衔、8家产学研单元互助的“北斗导航与位置服务要害技能及其产业化”得到2016年度上海市科技进步奖唯一的特等奖。项目带头人、上海交通大学郁文贤教授团队潜心30年科研攻关,在焦点算法、基础产物和特色应用三个技能层面取得紧张突破,直接催生和连续动员了上海西虹桥北斗产业园的快速崛起,在北斗导航领域实现了全产业链创新,提升了上海在卫星导航领域的创新竞争力与国际影响力,推动上海北斗导航领域的产业集聚,为上海建设具有全球影响力的高精度导航位置服务技能创新中心和新兴产业策源地奠基了紧张基础。“未来市场一定是北斗化,而非GPS化。”郁文贤教授自信地说。

  2019年年底,上海市北斗导航研发与转化功效型平台正式启动,这个平台是上海科创中心建设的“四梁八柱”的紧张组成部门。上海西虹桥导航技能有限公司作为北斗功效型平台的主要承建单元,将围绕庞大场景、高可用、高精度融合导航技能提供研发、尺度、测试服务和整体解决方案等技能共性服务,建成场景顺应性导航技能研发支持体系,加速北斗导航领域创新结果转化,推动具有全球影响力的导航科创中心建设,服务国度北斗战略和上海以致长三角导航产业技能集群创新和产业集聚发展。

互利计划 / 互利配资  业内专家一致认为,2020年是北斗实现迁移转变发展的要害年,将从体系建设转向产业发展,从研发转向产业化应用,从单一技能产业向多技能多产业深化融合迁移转变。

  作为北斗导航体系的垂直应用之一,车联网技能的高速发展无疑将全方位受益于北斗的全面结构和高精度定位。郁文贤在接受记者采访时说,全球定位体系GPS的定位可以或许“准确”到几米,对于民用GPS而言,最好的定位精度也不外3-5米。而我们的北斗卫星导航体系呢,不仅实现了庞大情况下单点定位精度优于0.8米,动态RTK定位精度优于5厘米,还可实现室内定位精度优于1米的高明技能。室表里的“末了一米”问题解决了,“这意味着,如果在路上开车,可以准确到你在哪一根车道;纵然在室内,通过多种传感器技能的融合,也可知道你在哪个房间、坐在哪张桌子前。”

  北斗为门路上行驶的车辆提供了高精度定位服务,它可以实现端到端亚米级,甚至厘米级的动态定位。在极度恶劣的天气下,车载激光雷达和摄像头等融合感知装备会一定水平上失效,从而影响车车、车路之间的状态判定,不能实时有用地通报信息,“而北斗高精定位技能却不受天气情况等外界因素影响,在任何情况下,它都可以包管汽车的精准定位,可以充实保障车辆行驶宁静,降低事故产生率”。

  公路交通无疑是我国卫星导航体系应用最成熟、最遍及的行业之一,别的,在测绘、航空、智慧都会、大众宁静、工农机械、无人体系等领域,北斗的应用也将进一步深化。卫星导航定位体系究竟有哪些应用,专家说了——北斗的应用只受制于我们的想象力。

  让我们立即进入 “北斗+5G ”打开的新世界吧!

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