衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-01-07
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的視頻教程
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主建設(shè)和運(yùn)營的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也稱為“北斗”系統(tǒng)。目前，北斗系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到了交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、智能交通、氣象預(yù)報、應(yīng)急救援等領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。本期視頻課，讓我們來了解一下北斗的前世今生及未來展望吧。
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衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)例教程
而在現(xiàn)代，很多人會脫口而出“北斗衛(wèi)星”。我國蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代航天事業(yè)，為“北斗”賦予了一層新的含義。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡稱北斗系統(tǒng)）是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。
北斗系統(tǒng)發(fā)展歷程
我國高度重視北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展，自20世紀(jì)80年代開始探索適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：2000年年底，建成北斗一號系統(tǒng)，向中國提供服務(wù)；2012年年底，建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；2020年，建成北斗三號系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。
第一步，建設(shè)北斗一號系統(tǒng)。1994年，啟動北斗一號系統(tǒng)工程建設(shè)；2000年，發(fā)射2顆地球靜止軌道衛(wèi)星，建成系統(tǒng)并投入使用，采用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務(wù)；2003年發(fā)射第3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)性能。
第二步，建設(shè)北斗二號系統(tǒng)。2004年，啟動北斗二號系統(tǒng)工程建設(shè)；2012年年底，完成14顆衛(wèi)星（5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中圓地球軌道衛(wèi)星）發(fā)射組網(wǎng)。北斗二號系統(tǒng)在兼容北斗一號系統(tǒng)技術(shù)體制基礎(chǔ)上，增加無源定位體制，為亞太地區(qū)用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務(wù)。
第三步，建設(shè)北斗三號系統(tǒng)。2009年，啟動北斗三號系統(tǒng)建設(shè)；2018年年底，完成19顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，完成基本系統(tǒng)建設(shè)，向全球提供服務(wù)；計(jì)劃2020年年底前，完成30顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，全面建成北斗三號系統(tǒng)。北斗三號系統(tǒng)繼承北斗有源服務(wù)和無源服務(wù)兩種技術(shù)體制，能夠?yàn)槿蛴脩籼峁┗?em>導(dǎo)航（定位、測速、授時）、全球短報文通信、國際搜救服務(wù)，中國及周邊地區(qū)用戶還可享有區(qū)域短報文通信、星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位等服務(wù)。
展開 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用三球交會的定位體制，在統(tǒng)一的時間、空間基準(zhǔn)中，將衛(wèi)星作為位置已知的空間節(jié)點(diǎn)播發(fā)導(dǎo)航信號，用戶通過接收導(dǎo)航信號獲取衛(wèi)星與用戶之間的偽距和多普勒頻移，實(shí)現(xiàn)用戶的定位、測速、導(dǎo)航和授時服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，時間的穩(wěn)定性和時鐘的同步是高精度測量的基礎(chǔ)。目前，GPS、Galileo、GLONASS以及我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均在星上配置了高精度時頻系統(tǒng)，通過在每顆衛(wèi)星配置高性能的星載原子鐘和功能豐富的時頻生成與保持設(shè)備，為衛(wèi)星導(dǎo)航載荷提供高精度、平穩(wěn)可靠的時頻參考信號。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度和自主運(yùn)行能力的不斷提升，對星載時頻系統(tǒng)的性能也提出了更高的要求。
本文首先介紹了目前應(yīng)用于各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的星載時頻關(guān)鍵技術(shù)，然后討論了面向未來精度提升和系統(tǒng)自主運(yùn)行能力提升需求下星載時頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和可能的發(fā)展路徑。
1 導(dǎo)航衛(wèi)星時頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
導(dǎo)航衛(wèi)星時頻系統(tǒng)由多臺原子鐘和時頻生成與保持單元組成。星載原子鐘輸出穩(wěn)定度極高的頻率信號，時頻生成與保持單元將原子鐘的頻率轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星載荷需要的頻率，常為10.23MHz，并進(jìn)行原子鐘主備份輸出信號間的高精度測量和鐘差參數(shù)精密調(diào)整，為導(dǎo)航衛(wèi)星有效載荷提供性能優(yōu)良、平穩(wěn)可靠的基準(zhǔn)時間頻率信號。
1.1 星載原子鐘
時間(頻率)是7個基本物理量中計(jì)量精度最高的，這得益于原子鐘技術(shù)的不斷發(fā)展。原子鐘是利用原子在微波、光波段的電子躍遷頻率作為基準(zhǔn)產(chǎn)生的時間保持系統(tǒng)。原子鐘是現(xiàn)代導(dǎo)航衛(wèi)星的基礎(chǔ)，各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均配置了星載原子鐘?？紤]到原子鐘在星載應(yīng)用中對體積、質(zhì)量、功耗、可靠性和壽命的要求，以及需要非常好的頻率穩(wěn)定度，目前的星載原子鐘仍以銣鐘、氫鐘和銫鐘為主，通常每顆衛(wèi)星配置3～4臺原子鐘。
根據(jù)系統(tǒng)需求與技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)，各全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用了不同種類的星載原子鐘。
展開 9月25日消息，據(jù)BBC報道，中國雄心勃勃、希望快速擴(kuò)張的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)能夠?yàn)槭澜缭S多地方（不僅僅是亞洲）提供服務(wù)，但它真的能與美國已經(jīng)成熟的全球定位系統(tǒng)(GPS)匹敵嗎？
圖：隨著2018年十多顆衛(wèi)星發(fā)射升空，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍正在迅速擴(kuò)大
達(dá)林太（Dalintai）是中國北方的一名牧民，他以前每天騎摩托車跑好幾公里路為牲畜送水?，F(xiàn)在，他要做的就是發(fā)送一條短信來操作自動供水系統(tǒng)。達(dá)林太說：“我可以通過這個系統(tǒng)隨時隨地為牛羊送水?！边@條短信是通過中國正在擴(kuò)大的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送的，它已經(jīng)被用于運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)甚至精確導(dǎo)彈。
最初，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是為軍方設(shè)計(jì)的，目的是減少對美國GPS系統(tǒng)的依賴。隨著覆蓋范圍的擴(kuò)大，北斗系統(tǒng)逐漸成為巨大的商業(yè)機(jī)會。上個月，北京市政府要求3.35萬輛出租車(約占出租車總數(shù)的一半)安裝北斗系統(tǒng)，同時還設(shè)定了一個目標(biāo)，即到2020年所有新車都將由北斗系統(tǒng)引導(dǎo)。
華為、小米和一加等國內(nèi)手機(jī)品牌現(xiàn)在都與北斗系統(tǒng)兼容，不過蘋果在9月12日的發(fā)布會上表示，其新款iPhone系列不支持北斗系統(tǒng)。中國越來越熱衷于向世界其他地區(qū)推廣自己技術(shù)實(shí)力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的首席設(shè)計(jì)師楊長峰直言不諱地表達(dá)了中國吸引更多海外客戶的雄心。他去年曾表示：“中國的北斗系統(tǒng)也是世界的北斗，全球衛(wèi)星導(dǎo)航市場肯定也是北斗追尋的市場。”
太空絲綢之路
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以北斗七星(西方大熊星座)命名，已經(jīng)有20多年開發(fā)歷史，但直到2000年、2012年才分別在中國和亞太地區(qū)投入使用。到2020年完成時，它將擁有35顆衛(wèi)星，以提供全球覆蓋。僅今年一年，中國就發(fā)射了10多顆北斗衛(wèi)星，上周又發(fā)射了兩顆。此外，中國官方媒體報道稱，更多衛(wèi)星將以“前所未有的密集度發(fā)射”。
展開 據(jù)BBC報道，中國雄心勃勃、希望快速擴(kuò)張的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)能夠?yàn)槭澜缭S多地方（不僅僅是亞洲）提供服務(wù)，但它真的能與美國已經(jīng)成熟的全球定位系統(tǒng)(GPS)匹敵嗎？
圖：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擴(kuò)張的時間線，中國計(jì)劃到2020年在軌道上擁有35顆北斗衛(wèi)星
到2018年底，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將覆蓋“一帶一路”沿線國家?！耙粠б宦贰笔侵袊鲗?dǎo)的大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施和貿(mào)易項(xiàng)目，而北斗系統(tǒng)則被稱為“太空絲綢之路”。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了包括巴基斯坦、老撾以及印度尼西亞在內(nèi)的30個國家。英國皇家聯(lián)合軍種防務(wù)與安全研究所的亞歷山德拉·斯蒂金斯（Alexandra Stickings）表示:“這期間肯定有涉及擴(kuò)大影響力的因素，但更多則是關(guān)于經(jīng)濟(jì)安全的。”
斯蒂金斯表示，能夠與全球定位系統(tǒng)(GPS)匹敵的全球導(dǎo)航系統(tǒng)，是中國成為太空領(lǐng)域全球領(lǐng)導(dǎo)者雄心的一個重要組成部分。他說：“擁有自己系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于可保證訪問的安全性，從某種意義上說，中國不需要再依賴其他國家提供類似服務(wù)。美國可以禁止用戶訪問某些特定地區(qū)，特別是在沖突時期?！?圖：隨著覆蓋范圍的擴(kuò)大，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用也越來越多
但是，盡管北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有先進(jìn)的技術(shù)，但它也有個所謂的缺陷，即使用雙向傳輸方式，包括衛(wèi)星向地球發(fā)送信號，以及設(shè)備向衛(wèi)星發(fā)回信號。這可能會降低精度，并占用更多的頻譜帶寬。相比之下，GPS設(shè)備不需要將信號傳回給衛(wèi)星。世界安全基金會(Secure World Foundation)主任布賴恩·維登(Brian Weeden)表示：“開發(fā)和運(yùn)行全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)非常困難?！?來源：網(wǎng)易科技
展開 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)不是指一顆衛(wèi)星，而是以北斗三號這一代為例要到2020年完成30多顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射的成熟系統(tǒng)。對于中國掌握衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，美國作為GPS的運(yùn)用大國，非常憎恨的中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，這是為什么呢？
從2000年開始，中國已經(jīng)陸續(xù)建成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，往天上發(fā)射了二十多顆衛(wèi)星，形成了導(dǎo)航的組網(wǎng)，是繼美國的GpS，歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及俄羅斯的格林納斯以外的全球第四個，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用在了測繪，漁業(yè)，搶險救災(zāi)，電信，森林防火，公共安全等領(lǐng)域，雖然還比不上美國的GPS，還不能免費(fèi)使用，但將來一定能在國際市場上擠壓美國，那時他有可能被中國擠出市場，所以美國對中國的北斗系統(tǒng)格外忌恨。
正如在國際市場上，中國的產(chǎn)品一旦進(jìn)入，首先就會取代美國的地位，至今中國奪走了美國人的多少個世界第一，現(xiàn)在可以說任何一種工業(yè)品中國都排世界第一，現(xiàn)在中國正在軍火市場和衛(wèi)星導(dǎo)航市場擠壓美國，并且必然與其他中國制造一樣，趕走美國，中國人做的總是又好又便宜，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段，地面段，用戶段三部分組成，可向全世界的用戶提供全方位，全天候的導(dǎo)航與定位服務(wù)，初號具備了定位，導(dǎo)航和授時的能力，定位精度10米，測速精度每秒0.2米，授時精度10納秒，這怎么能不讓美國著急。
除了上邊講的民用領(lǐng)域外，在軍事上徹底擺脫了美國的GPS控制，這樣中國才能用自己的導(dǎo)彈去打任何敵人的目標(biāo)，另外在飛機(jī)上，航母上，軍艦上都可以安裝北斗，這就等于這些武器都安上了眼睛，不但著得見，而且看得清，才能打得準(zhǔn)。
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導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)化：提升北斗導(dǎo)航的“精準(zhǔn)度”
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度依賴于衛(wèi)星軌道的精準(zhǔn)度。激光測距技術(shù)可對北斗衛(wèi)星等導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行高精度軌道校準(zhǔn)，修正軌道誤差。據(jù)規(guī)劃，2025年我國將通過激光測距技術(shù)把亞太地區(qū)的北斗定位誤差從8米降至6.8米，大幅提升導(dǎo)航系統(tǒng)在交通、農(nóng)業(yè)、測繪等領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)化：提升北斗導(dǎo)航的“精準(zhǔn)度”</strong></h1><p class="ql-align-justify">衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的<strong>定位精度</strong>依賴于衛(wèi)星軌道的<strong>精準(zhǔn)度</strong>。激光測距技術(shù)可對北斗衛(wèi)星等導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行高精度軌道校準(zhǔn)，修正軌道誤差。
（1）核心數(shù)據(jù)處理架構(gòu)
aiData Auto Annotator整合攝像頭、激光雷達(dá)（LiDAR）、全球導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS/INS）及可選毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一的4D（空間+時間）環(huán)境模型中完成多傳感器數(shù)據(jù)的同步標(biāo)注。
與人工標(biāo)注類似，傳感器的精確標(biāo)定與同步是保障標(biāo)注質(zhì)量的基礎(chǔ)前提（相關(guān)細(xì)節(jié)可參考往期技術(shù)博客）。
檢測和信息技術(shù)；Image data processing technology 圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)；Geological hazards and earthquake engineering 地質(zhì)災(zāi)害與地震工程；Geographic Information Systems (GIS) 地理信息系統(tǒng)（GIS）；Global Navigation Satellite System (GNSS) 全球導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)
GPS/BDS雙模天線：能夠同時接收GPS（全球定位系統(tǒng)）和BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）信號，能夠提升定位精度，并增強(qiáng)系統(tǒng)峰可靠性和抗干擾能力。
高精度數(shù)據(jù)采集前端：漢航Hunter Mobile
Hunter Mobile 特征概述：
? 支持多種信號類型的傳感器，如IEPE、電壓、應(yīng)變、RTD、熱電偶、4~20mA電流、電位計(jì)、編碼器等。
目前，人們不但可以在購買新車時選擇導(dǎo)航系統(tǒng)作為選擇配置，還可以在已有的汽車上安裝該設(shè)備，甚至可以配置一臺移動式的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，開那輛車就把它放到那輛車上，或者帶著它去野游、爬山。車載導(dǎo)航是利用車載GPS（全球定位系統(tǒng)）配合電子地圖來進(jìn)行的，它能方便且準(zhǔn)確地告訴駕駛者去往目的地的較短或者較快路徑，是駕駛員的好幫手。
災(zāi)害模擬系統(tǒng)：VR災(zāi)難體驗(yàn)、VR仿真技術(shù)、場館模擬、消防模擬、AR 技術(shù)等相關(guān)技術(shù)設(shè)備等；
◆防汛應(yīng)急搶險與信息化：防汛救生器材、防汛抗旱機(jī)具、防汛搶險應(yīng)急設(shè)備、防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)、防汛抗旱儀器、氣象與防雷技術(shù)設(shè)備、防汛抗旱材料、防汛抗旱信息系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品等；
◆應(yīng)急通訊及信息指揮系統(tǒng)：應(yīng)急通訊設(shè)備、衛(wèi)星通信站、短波電臺、移動應(yīng)急通訊車、應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、移動視頻技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
★電力物聯(lián)網(wǎng)及電力數(shù)據(jù)展區(qū)：大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、UPS不間斷電源、EPS應(yīng)急電源、物聯(lián)網(wǎng)、 移動互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、工業(yè)以太網(wǎng)、電力通信、機(jī)房 設(shè)備、機(jī)箱機(jī)柜、 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)用和解決方案。
★數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案、邊緣數(shù)據(jù)中心方案、微模塊數(shù)據(jù)中心、 空調(diào)、 制冷及新風(fēng)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、機(jī)房建筑及裝飾材料、大屏幕顯示系統(tǒng)等。
★電力物聯(lián)網(wǎng)及電力數(shù)據(jù)展區(qū)：大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、UPS不間斷電源、EPS應(yīng)急電源、物聯(lián)網(wǎng)、 移動互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、工業(yè)以太網(wǎng)、電力通信、機(jī)房 設(shè)備、機(jī)箱機(jī)柜、 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)應(yīng)用和解決方案。
★數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案、邊緣數(shù)據(jù)中心方案、微模塊數(shù)據(jù)中心、 空調(diào)、 制冷及新風(fēng)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、機(jī)房建筑及裝飾材料、大屏幕顯示系統(tǒng)等。
探測器中除了依靠圖像之外，也可以擴(kuò)展應(yīng)用雷達(dá)、無線電臺和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。地面站軟件需要解決目標(biāo)和探測平臺同時運(yùn)動的條件下的數(shù)據(jù)處理問題等。2017年，ArtemRozantsev等人采用深度學(xué)習(xí)的方法，實(shí)現(xiàn)了用于無人機(jī)對小視場內(nèi)無人機(jī)的探測等。2018年，Opromolla等等人采用模板匹配、形態(tài)學(xué)濾波器等算法實(shí)現(xiàn)了用無人機(jī)跟蹤合作無人機(jī)，并在這一過程中融入導(dǎo)航信息。
