新华社北京9月13日电(记者胡喆)我国自主研发的北斗快速辅助定位系统,填补了我国移动通信领域卫星导航辅助定位服务技术空白,用户已突破3亿规模。
这是记者从中国兵器工业集团有限公司近日召开的年科技工作会议上了解到的消息。
据了解,当前兵器工业集团装备体系策划与重大专项科研取得新突破,重点型号研制与关键核心技术攻关取得新成果,军工核心能力与科技创新基础能力取得新提升。
值得一提的是,在民品科技创新领域,兵器工业集团取得新成效,承担了一批国家级重大科研项目,核心关键技术取得创新突破,掌握了一批拥有自主知识产权的关键技术和工艺。
此外,兵器工业集团建成了技术领先、自主可控的“全国一张网”(国家北斗地基增强系统)和“一个服务平台”(千寻高精度位置服务平台),实时动态亚米级服务已覆盖全国,北斗高精度服务在战略性行业、区域经济和大众市场得到推广应用,自主研发的北斗快速辅助定位系统,填补了我国移动通信领域卫星导航辅助定位服务技术空白,用户已突破3亿规模。
“十三五”以来,兵器工业集团新增9个国家级技术创新平台,国家级技术创新平台达到56个,新增特聘院士13人、双跨院士4人。至年,兵器工业集团共获得国家科学技术奖7项、国防科学技术奖项。3项标准获得国际标准化组织批准,实现兵器工业集团国际标准制定零的突破。累计申请专利、授权专利同比分别增长%和%。
此间,兵器工业集团还对8个科研项目团队给予表彰,其中对获得兵器工业集团科技创新一等奖项目团队奖励万元,二等奖奖励万元,三等奖奖励万元,进一步完善了科技创新的顶层设计和有关措施。
北斗导航定位卫星北斗卫星导航定位系统,是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),是除美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗导航试验卫星系统是一个全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统。该系统主要为交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、海上作业、物流管理等行业提供高效的导航定位服务,应用前景十分广阔。
基本介绍0年10月31日、12月21日、3年5月25日北斗一号01/02星在西昌卫星发射中心发射升空,并成功定点,标志着我国成功建立了自主的北斗导航试验卫星系统。这项成就表明,中国成为继美国和苏联之后世界上第三个能自行研制发射导航卫星的国家。该系统由三颗(两颗工作卫星、一颗备用卫星)北斗定位卫星(北斗一号)、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务,定位精度可达数十柰秒(ns)的同步精度,其精度与GPS相当。
发展历程国产北斗导航定位卫星模型 卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的三维卫星定位与通信系统,有人把它比作中国自己的GPS。7年4月,我国发射了第一颗北斗二号导航卫星。0年,首先建成北斗导航试验系统,使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显著的经济效益和社会效益。特别是在8年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展,满足全球应用需求,我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。
发射时间三颗导航定位卫星的发射时间分别为:
0年10月31日;
0年12月21日;
3年5月25日,第三颗是备用卫星。
系统构成北斗卫星导航定位系统的系统构成有:两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”:以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心,各以测定的卫星至用户终端的距离为半径,形成2个球面,用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图,提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。
由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号,由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置,所以被称为“有源定位”。
建设原则北斗卫星导航系统的建设与发展,以应用推广和产业发展为根本目标,不仅要建成系统,更要用好系统,强调质量、安全、应用、效益,遵循以下建设原则:
1、开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放,为全球用户提供高质量的免费服务,积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作,促进各卫星导航系统间的兼容与互操作,推动卫星导航技术与产业的发展。
2、自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。
3、兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会(ICG)和国际电联(ITU)框架下,使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作,使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。
4、渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展,不断完善服务质量,并实现各阶段的无缝衔接。
服务内容北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。
为使北斗卫星导航系统更好地为全球服务,加强北斗卫星导航系统与其它卫星导航系统之间的兼容与互操作,促进卫星定位、导航、授时服务的全面应用,中国愿意与其它国家合作,共同发展卫星导航事业。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星,地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
主要用途北斗的主要用途有四个方面:
1、导航与通信的集成增强了导航能力和搜索救援能力,可实现用户信息共享和信息交换;
2、多系统兼容服务,可以实现公开服务相互兼容,必要时提供多系统监测信息和差分改正信息;
3、提供双向授时授权服务;
4、以双向伪距时间同步方法摆脱卫星时间同步与精密轨道之间的依赖关系。
主要优势1、有源导航的同时可以进行卫星数据通讯;
2、成本低,只需要发射两颗卫星即可组成可用的定位系统;
3、该导航系统完全独立,不依赖其他国家的卫星资源,自主系统,安全、可靠、稳定,保密性强,适合
关键部门应用。北斗的应用前景 北斗系统原有设计是一个封闭式系统,这样就限制了民用用户的扩展使用。在北斗导航定位卫星升空之初,北斗星通公司凭借在卫星导航定位技术方面多年来的积累和对北斗导航系统的深刻理解,提出了“北斗一号”信息服务系统的立项申请。1年,立项通过评审。2年底,他们完成了系统的研制并通过了由多位院士组成的专家委员会的验收评审。“北斗运营服务平台”的作用就是在北斗导航定位卫星系统和集团用户之间架起一座桥梁,使北斗系统具备了大规模应用的基本条件。北斗星通公司也因此成为国内首家获得授权的北斗导航定位系统运营服务商。
目前,他们研制的系统已成功用于陕西省防汛雨量监测速报,海南省渔船监控、青藏铁路机车监控与管理等项目也正在进行中。
随着“北斗”系列卫星导航定位系统的推广应用和我国正在着力研究开发的下一代卫星导航定位系统(CNSS)未来的诞生,中国一定会成为世界的卫星导航定位强国。
存在缺点由于北斗卫星导航定位系统是双星系统,因此,共用户接收器只能测得二维(平面、2D)的定位数据。用户若位于海平面上,因高度为零,可以直接求得三维(平面和高度、3D)的定位数据;但用户若位于陆地或空中,就需要利用地面控制中心的数值地图资料厍或用户自备的测高仪才能求得用户的高度,并进一步确定用户的三维坐标。若控制中心的数值地图数据库数据不够准确,尤其是要拿到非本国的地理精确数据并不容易,定位出的位置数据就会有问题。
北斗卫星导航定位系统用户的定位申请要送回地面控制中心,经由中心控制系统解算出用户的三维位置资料之后再发回用户。无线电信号从地面发出,经卫星返回地面的上下行时间约为0.24—0.28秒,从用户接收器应答测距信号到接收定位结果,信号经过两次上下行链路的传送,时间约需0.56秒,加上中心控制系统的计算时间,整个定位时间约需1秒钟,即用户接收器约可在1秒钟完成定位。这1秒的定位时间对飞机、导弹这种高速运动的用户嫌时间长,会加大定位的误差,因此,若要利用北斗卫星导航定位系统进行精确定位,以车辆、船舶等慢速运动的用户较适合。
由于北斗卫星导航定位系统的客户端耍请求定位服务时,必须发出应答信号,即有源应答,如果使用者是军方单位就会使自身失人隐蔽性,且这个定位服务要求的信号也可被敌方定位,而遭致攻击。另外,客户端除了要和卫星一样接收来自地面控制中心的询问信号,也要发出应答信号,因此,整个系统的同一时间内服务用户的数量便受用户可使用的通信频率数量、询问信号速率和用户的响应速率等条件的限制,所以北斗卫星导航定位系统的用户设备容量是有限的,每秒钟只能容纳个用户。虽然每个客户端都有专用识别码,不过一旦被破解,很容易使整个系统被敌人或有心人士以伪冒信号加以饱和,使系统瘫痪或者是传送假信息,迷惑友军。由于北斗卫星导航定位系统中地面控制中心扮演着系统关键角色,如:承转卫星信息、解算用户位置等,因此,一旦地而控制中心被毁,整个系统就不能运作了,这也是北斗系统的致命伤。北斗卫星导航定位系统使用的卫星是同步轨道卫星,这意味着落地信号功率很小,因此,用户机需要有较大天线(直径达20厘米)才能接收信号,而且因有源应答运作方式,所以,用户机还要包含发射机,因此在体积(普通型用户机长20厘米、宽17.5厘米、高5.2厘米)、重量、耗电量,甚至价格都远比GPS接收机来得大、重、耗电与贵,而且这么大且重的用户机,不要说是装在导弹上,就是单兵使用都是一大负担。
比较区分北斗星导航系统与GPS系统比较:
1、覆盖范围:北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统。覆盖范围东经约70°一°,北纬5°一55°。GPS是覆盖全球的全天候导航系统。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)。
2、卫星数量和轨道特性:北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星,轨道赤道倾角55°,轨道面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道,绕地球一周11小时58分。
GPS卫星定位示意图 3、定位原理:北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算,供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题,一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性,这在军事上相当不利,另一方面由于设备必须包含发射机,因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。
4、定位精度:北斗导航系统三维定位精度约几十米,授时精度约ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m,C/A码目前己由25-m提高到12m,授时精度日前约20ns。
5、用户容量:北斗导航系统由于是主动双向测距的询问--应答系统,用户设备与地球同步卫星之间不仅要接收地面中心控制系统的询问信号,还要求用户设备向同步卫星发射应答信号,这样,系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此,北斗导航系统的用户设备容量是有限的。GPS是单向测距系统,用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位,因此GPS的用户设备容量是无限的。
6、生存能力:和所有导航定位卫星系统一样,“北斗一号”基于中心控制系统和卫星的工作,但是“北斗一号”对中心控制系统的依赖性明显要大很多,因为定位解算在那里而不是由用户设备完成的。为了弥补这种系统易损性,GPS正在发展星际横向数据链技术,使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。而“北斗一号”系统从原理上排除了这种可能性,一旦中心控制系统受损,系统就不能继续工作了。
7、实时性:“北斗一号”用户的定位申请要送回中心控制系统,中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户,其间要经过地球静止卫星走一个来回,再加上卫星转发,中心控制系统的处理,时间延迟就更长了,因此对于高速运动体,就加大了定位的误差。此外,“北斗一号”卫星导航系统也有一些自身的特点,其具备的短信通讯功能就是GPS所不具备的。
北斗车载智能导航终端北斗车载智能导航终端是利用北斗卫星定位系统提供的位置、速度及时间等信息,并配合高精度导航电子地图的路线规划能力,并利用多配体通信位置服务系统,集定位、导航、汽车安防、倒车影像、行车记录、多媒体娱乐于一体的智能车载导航设备。北斗车载智能导航终端是智慧城市建设的典型应用,是车辆驾驶的好帮手。
北斗车载智能导航终端创新功能一键导航:一键设计导航路线,无需手动输入目的地。
位置共享:及时、准确地分享各自的位置信息,分享各自位置,不再跟朋友“擦肩而过”。
车载内置通讯模块的车载电话,突破距离限制的群组呼叫系统。
虚拟车库::为爱车设定一个“虚拟车库”。如果有人企图偷盗车辆,在车辆驶出“虚拟车库”时,将触发报警。
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倒车影像:倒车时,车后的状况更加直观可视,倒车亦如前进般自如、自信。
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