“北斗”系统“三步走”开发过程的过去和现在

6月23日，我国最后一颗全球卫星北斗三号的发射成功完成，这意味着北斗将进入服务世界，造福人类的新时代. 北斗系统是一种以国家安全和经济社会发展为重点的卫星导航系统，是独立建设，独立运行的.

卫星导航系统的开始

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了人类太空时代. 美国对此非常关注. 数学家威廉·盖伊（William Gay）和物理学家乔治·维芬巴赫（George Wifenbach）在霍普金斯大学应用物理实验室发现了一个现象: 苏联发射的卫星的频率将有所改变. . 经过研究，他们最终发现这是由相对运动引起的多普勒频移效应. 随后北斗二号卫星导航系统，两位科学家对此进行了实验研究，发现如果在地面上竖立多个接收机，则可以根据接收到的不同频差信号来计算卫星的特定位置. 他们很高兴向实验室主任弗兰克·麦克卢尔（Frank McClure）告知研究结果，他们已经实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪.

当时的导演弗兰克（Frank）正在研究海军，其研究内容是如何在广阔的海洋中定位军舰的特定位置. 在听完这两位科学家的报告后，他的眼睛闪闪发光: 既然您可以找到卫星的位置，那么如果您将问题转过来，卫星就可以知道您的位置. 这为他研究海军战舰的定位开辟了思路. GPS系统就是根据这个想法启动的.

在推广GPS项目中迫切需要解决的第一个问题是哪个卫星轨道应该是低，中或高？如果使用低轨道: 精度较高，但需要200颗卫星才能覆盖整个世界，因此庞大的项目负担不起. 如果使用高轨道，理论上讲，三颗卫星可以覆盖整个世界. 但是，除了发射高轨道卫星的困难外，定位精度也要低得多. 因此，中轨是一个相对妥协的解决方案，仅覆盖全球24至36颗卫星. 但是由于轨道在移动，即使地面物体不移动，其相对于卫星的速度也非常大，因此可以充分利用多普勒频移的方法. 基于上述综合考虑，美国选择了24颗卫星的中轨方案. 第一颗卫星于1978年发射. 整个系统于1995年投入运行. 现在有30颗卫星，分为军事和民用两种定位模式. 平民方法向世界开放.

值得注意的是，使用多普勒效应进行定位是一种早期实践，现在的主要方法是使用极其精确的原子钟. 通过测量信号，从卫星到物体的时间决定了它们之间的距离. 通过三个或三个以上距离确定对象的位置. 现在，多普勒效应仅用作辅助.

我们为什么要发展我国的定位和导航系统

美国大量投资的GPS系统可在全球范围内免费使用. 这是因为免费的GPS系统必将在世界上形成巨大的市场. 依靠这一体系将产生新的国际产业，同时也将形成强大的国家软实力. 因此，说GPS是免费的，符合美国的国家利益.

免费GPS是全世界人民的福利，但这是军事挑战. 对于美国的敌对国家，GPS系统也可以安装在其军用飞机和军舰上. 当然，他们安装的GPS只是民用系统，其精度比美国军方使用的系统差十倍. 更重要的是，如果这个国家有一天与美国作战，美国将为您停止GPS系统. 此时，它将成为盲人，无法弄清方向和目标；更可怕的是，如果美国向您发送欺骗性代码，那么针对美国的导弹可能会飞向您的身体. 因此，其他国家的武器绝不能使用美国GPS. 一旦变得依赖，后果将不可想象.

因此，有必要开发自己的定位和导航系统. 当然，发展自己的定位和导航系统只是少数几个主要国家的权利. 因为全球定位和导航系统是如此庞大. 一个整体国力薄弱的小国根本负担不起.

事实上，自1970年代以来，中国就提出了“新四星级”计划. 在1980年代初期，由陈方云院士，两架轰炸机和一颗恒星为首的专家小组提出了一种两星级定位解决方案，这是当时公认的最佳解决方案. 但是，由于经济条件和其他原因，该计划被推迟了十年. 直到1991年，海湾战争才唤醒了中国人. 美国的GPS系统在战斗中非常成功. 当时，决策层深知未来的战争必须依靠这项技术. 因此，被搁置了十年的两星级定位计划立即启动.

院士陈芳云

中国北斗体系的“三步走”

自1990年代初以来，北斗系统开始研发，并遵循三步发展战略: 先主动后被动. 首先是区域性，然后是全球性. 先后建设了北斗一号，北斗二号和北斗三号系统，并建设了一条具有中国特色的卫星导航系统之路. 北斗体系的三步走建设是我国结合不同时期技术和经济实际发展提出的发展路线.

1. 北斗一号: 从零开始实现卫星导航

第一步是构建北斗一号系统，也称为北斗卫星导航测试系统，以实现从零开始的卫星导航. 1994年，北斗一号系统的建设正式启动. 2000年，发射了两颗对地静止卫星，即北斗一号系统，并投入使用. 2003年，发射了第三颗对地静止卫星，以进一步提高系统性能. 北斗一号系统的完成迈出了探索性的第一步，初步满足了中国及周边地区的定位，导航和计时需求. 当时采用的是主动定位系统，这意味着用户需要发送信号系统来进行定位. 此过程依赖于卫星转发器北斗二号卫星导航系统，因此存在时间延迟和容量受限的问题，无法满足高动态性的要求.

当时，该官员宣布北斗一号导弹具有通信和定位的独特优势，但其通信功能远不如国际海事卫星，其定位功能也远不及国际海事卫星. 全球定位系统. 尽管如此，北斗一号已达到设计目标，并且在工程上非常成功. 如果没有国际海事卫星和GPS系统，那么可以定位和通信的北斗一号辐射很大. 但是问题在于，北斗一代问世时，这两个卫星系统已经相当成熟. 在他们的比较下，使用北斗一号的经验相对较差，那么您如何看待？

这时，中国看中了欧洲的伽利略计划. 这是欧洲国家共同开发的全球定位导航卫星系统项目. 当时，欧洲拥有技术，但缺乏资金. 中国担心的是，北斗一号系统还不够强大，因此自然而然地将两者一拍即合. 据报道，当中国加入伽利略计划时，它慷慨地支付了2亿欧元的入场费. 但是在付了钱之后，中国觉得事情越来越不对劲了. 欧洲实际上将日本和印度带入了该集团. 他们付的钱少了，但是他们没有很多权力. 花更多的钱不是什么大问题. 关键是这两个国家原本是军事防御. 我们应该使用与他们相同的系统吗？在发现迹象不正确之后，中国决定撤军. 辞职后，他独自一人去开发北斗二号.

2. 北斗第二系统: 亚太区域导航服务

北斗2号系统，从主动定位到被动定位，都是亚太地区的导航服务. 北斗2号系统于2004年开始建设. 北斗2号创新地构建了中高轨道混合星座体系. 到2012年，它完成了14颗卫星的发射. 北斗2系统在与北斗1主动定位系统兼容的基础上增加了被动定位系统. 也就是说，用户不需要自己发送信号，仅通过接收信号就可以解决用户容量的限制，满足高动态要求. 北斗二号系统的建成不仅为中国服务，而且还为亚太地区的用户提供定位，速度测量，定时和短消息通信服务.

北斗二号当时所应用的轨道和频率与欧洲伽利略号一致. 这不可避免地遇到了卫星轨道的位置和频率争用. 卫星轨道和空间频率是人类的共同资源，那么如何分配它们呢？国际规则既不按国家也不按人口划分，但不按带头者为准. 2005年12月，伽利略计划的第一颗卫星升空，但没有发射. 它只占据了轨道，却没有占据频率. 不开放频率的主要原因是欧洲很紧张，没有钱开放它. 随后，中国的北斗2号卫星也升空了，频率一上升就被打开，然后轨道和频率都被占用. 欧洲的伽利略号演得很慢，而中国的北斗则接连发射了卫星. 后来，它也取得了双星. 伽利略号和北斗二号的某些频率相吻合，双方都已向国际电信联盟提起诉讼. 谁先占领它就算在内. 中国的快速发展使欧洲感到焦虑，我想通过美国对中国施加压力，要求中国放慢脚步并等待欧洲人民. 当然，中国无视欧美的抗议活动，并继续以既定的速度发射卫星.

3. 北斗三号系统: 实现全球联网

第三步是建立北斗三号系统，建立星际链接，实现全球联网. 2009年，北斗三号系统开始建设，到2020年，将完成30个卫星发射网络，北斗三号系统也将完成. 最近发射的卫星是北斗全球卫星导航系统星座部署的终点卫星. 在北斗二号的基础上，北斗三号进一步提高了性能，扩展了功能，为全球用户提供定位和导航，全球短消息通信以及国际搜救等服务. 同时，它在中国及周边地区提供基于卫星的增强，基于地面的增强，精确的单点定位和区域性短消息通信服务. 目前，北斗服务由北斗2号系统和北斗3号系统提供，并将在2020年后平稳过渡到北斗3号系统.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-278804-1.html