探索北斗系統科技之旅

第二段旅程即將揚帆~

帶上您的好奇心和想象力

領略北斗系統的科技魅力

▲夜空中的衛星發射

古人云“道生一，一生二，二生三，三生萬物”。北斗系統的發展中蘊含了很多與“三”有關的奧秘，探尋北斗系統與“三”奧秘之旅即將啟程，一起踏上這段奇妙的科技之旅吧~

  “三步走”戰略  

▲太空衛星

中國北斗衛星導航系統實施“三步走”戰略

第一步：北斗一號，解決有無 

1994年，啟動北斗一號系統建設；2000年發射2顆地球靜止軌道(GEO)衛星，建成系統并投入使用，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；2003年，發射第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統性能。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、俄之后第三個擁有衛星導航系統的國家。

第二步：北斗二號，區域無源

2004年，啟動北斗二號系統建設；2012年，完成14顆衛星、即5顆地球靜止軌道衛星、5顆傾斜地球軌道衛星(IGSO)和4顆中圓地球軌道衛星(MEO)的發射組網。北斗二號在兼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、授時和短報文通信服務。 

北斗二號創新性構建了的5GEO+5IGSO+4MEO的中高軌混合星座架構，為全世界衛星導航系統發展提出了新的中國方案。 

第三步：北斗三號，全球服務 

2009年，啟動北斗三號系統建設；2020年，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，為全球用戶提供基本導航（定位、測速、授時）、全球短報文通信和國際搜救服務，同時可為中國及周邊地區用戶提供區域短報文通信、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、不斷擴展為全球服務，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。 

“三部分”構成  

北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分構成。

空間段：北斗導航衛星持續發射載有導航電文的無線電波，提供給地球上的各種接收機來應用。

地面段：為追蹤及控制北斗導航衛星的運轉，在地面設置了主控站、注入站和監控站，主要工作是收集數據，計算導航信息，監視系統狀態，調度衛星，修正與維護每顆衛星的各項參數數據等。

用戶段：包括北斗系統用戶終端以及與其它衛星導航系統兼容的終端。可以追蹤北斗導航衛星，并實時地計算出接收機所在位置的坐標、移動速度及時間。

“三球交匯”原理  

導航衛星發射測距信號和導航電文，導航電文中含有衛星的位置信息。

地球上的北斗用戶接收機同時測量自身到至少三顆衛星的距離；各衛星的位置通過導航電文播發給用戶；以衛星為球心，距離為半徑畫球面；三個球面相交得兩個點，根據地理常識排除一個不合理點即得用戶位置。

目前，國際上四大全球衛星導航系統（美國GPS、我國北斗系統、俄羅斯GLONASS和歐洲Galileo）均是采用這種三球交匯的幾何原理實現定位。 

“三頻服務”信號體制  

北斗系統是全球第一個提供三頻信號服務的衛星導航系統，GPS使用的是雙頻信號，這是北斗的后發優勢。使用雙頻信號可以減弱電離層延遲的影響，而使用三頻信號可以構建更復雜模型消除電離層延遲的高階誤差。同時，使用三頻信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系統也在擴展成三頻信號系統。

  測速授時“三要素”  

位置信息(Position)、速度信息(Velocity)和時間信息(Time)是構成北斗信息服務的“三要素”。 

位置信息：北斗系統可向全球提供優于10米的定位服務，亞太地區定位精度達到5米。北斗系統提供的位置信息服務，輸出結果為“經度、緯度、高程”或者“x，y，z”，不管哪種輸出形式，恰好都是“三個參量”，一個不多，一個不少。同時，通過精密單點定位、星基增強、地基增強等方式，可將定位精度提高到米級、分米級乃至厘米級。 

速度信息：北斗系統提供的測速精度能力優于0.2米/秒。 

時間信息：北斗系統可為用戶提供優于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，可進一步提升授時精度。 

  執法儀與北斗“三優勢”  

定位數據的安全性

北斗系統可以保障國家在導航領域的獨立性和安全性，北斗的地面監控部分只建在中國境內，可以在不受外界干擾的情況下提供安全可靠的定位導航服務。在處突維穩的關鍵時刻，警員可以無間斷獲取精準定位、導航等信息，且日常區域內警力分布、高級警官活動軌跡等敏感信息避免泄露、被跟蹤或者被故意偏差導航。

目標定位的準確性

先來看目前北斗的精度，北斗導航系統在全球范圍定位精度優于10米、測速精度優于0.2米/秒、授時精度優于20納秒、服務可用性優于99%，亞太地區的精度可以在2-5米。相比于gps系雙頻信號系統，北斗是首個播發三頻信號的衛星星座系統，三頻可以形成更多的組合觀測量更好的抵消時鐘偏差和多徑效應，提高周跳探測和修復、整周模糊度解算，從而獲得更高精度的載波相位觀測值來進行精密相對定位解算使，因此相比于GPS使用的是雙頻信號，三頻信號使北斗具有更強的后發優勢。

衛星授時零延遲性

執法儀的校時有兩種方式：網絡校時和衛星定位校時，通常情況下這兩種都會打開，在定位的同時，完成時鐘同步。我國北斗衛星時間和 GPS 系統時間一樣，屬于原子時，精度為北斗導航衛星的原子鐘，一千萬年僅誤差一秒。

高新興北斗的創新應用

基于北斗系統的高精度、高可靠的定位、導航、授時服務等優勢，高新興積極推進產品的研發與實踐應用，創新推出了基于北斗全流程音視頻新質解決方案，亮點之一是打造出“全國（省、市）精準位置一張圖、場景數據通信一張網、案件時間線索一條線”的北斗應用體系格局；系統架構由北斗型數據采集終端設備、具備北斗地圖應用的數據匯聚設備以及含有北斗服務在內的業務綜合管理平臺組成，建設基于北斗全流程音視頻規范執法新質綜合指揮系統，優化警力指揮調度，提高出警效率。

高新興單北斗執法記錄儀，支持人臉車牌離線識別、實現快速布控；支持全域定位+北斗定位、實現精準定位，支持融合對講、實現快捷指揮調度，支持聲紋結構化，以音搜音，快速識別判定執法事件；并將定位信息上傳到指揮中心，方便案情態勢研判、指揮調度及周邊增援，為民警現場執法提質增效。

文章綜合《北斗網》、《北斗衛星導航系統》等綜合報道