北斗系列：從一號(hào)到三號(hào)如何傳承并升級(jí)？

據(jù)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室消息，6月16日推遲執(zhí)行的北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)相關(guān)技術(shù)問題已排除，任務(wù)重新啟動(dòng)，將于6月23日擇機(jī)發(fā)射。目前，執(zhí)行任務(wù)的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭已完成加注前的全部測(cè)試工作，功能、性能滿足任務(wù)要求，常規(guī)推進(jìn)劑加注已順利完成。

那么，三代北斗到底是怎么組成的？它們都有什么特點(diǎn)？在東南大學(xué)交通學(xué)院教授、東南大學(xué)交通學(xué)院“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位”科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人高成發(fā)的公開課上，就對(duì)此有過很詳細(xì)的解答。高成發(fā)介紹，我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是分三步走的：第一代的試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)、第二代的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)和第三代的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。

北斗一代

1994年，我國(guó)就開始了北斗一代的攻關(guān)研究。

2000年，我國(guó)開始發(fā)射北斗試驗(yàn)衛(wèi)星。2003年初步建成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位試驗(yàn)系統(tǒng)，北斗一代具有基本的定位、授時(shí)和短報(bào)文通信功能，服務(wù)區(qū)域?yàn)闁|經(jīng)70度-140度，北緯5度-55度，定位精度優(yōu)于100米。

北斗一代的特點(diǎn)，首次是定位時(shí)間速度很快。用戶定位、電文通信、位置報(bào)告等一般只需要幾秒鐘。而GPS首次定位速度則需要1-3分鐘。

二是定位、授時(shí)和通訊融為一體，解決了何人、何時(shí)、何處的相關(guān)問題。

三是授時(shí)精度比較高，能達(dá)到20納秒的雙向授時(shí)精度。

四是可分類保障，可劃分使用等級(jí)范圍，授權(quán)用戶與公開用戶分開，并可隨時(shí)進(jìn)行定位保障等級(jí)的調(diào)整、優(yōu)先權(quán)調(diào)配和能力集成。

在應(yīng)用方面，北斗則擁有GPS不具備的短報(bào)文通信功能，典型應(yīng)用主要集中在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控類的應(yīng)用和監(jiān)控、指揮調(diào)度類的應(yīng)用，這樣能充分發(fā)揮北斗的通訊優(yōu)勢(shì)。

比較有代表性的事件，是2008年汶川地震抗震救災(zāi)期間，北斗發(fā)揮了顯著作用，因此該系統(tǒng)在災(zāi)害應(yīng)急救援方面獲得了各方的高度重視和認(rèn)可，而北斗一代的主要用戶則是政府、行業(yè)用戶、軍方等。

確實(shí)，北斗一代其實(shí)民用較少，因?yàn)槠洳捎糜性炊ㄎ惑w制，導(dǎo)致終端價(jià)格高、保密性能相對(duì)不足、定位精度與GPS相比具有明顯差距。

北斗一代屬于主動(dòng)定位服務(wù)，所有用戶的終端的位置計(jì)算都在地面控制中心站完成，因此控制中心就可以保留全部北斗終端用戶的位置及時(shí)間信息。

所以，北斗一代的優(yōu)勢(shì)有投資少，組建快，有短報(bào)文通信等特點(diǎn)。但也存在明顯不足和差距，即用戶隱蔽性能差，無測(cè)高和測(cè)速功能，用戶數(shù)量受到限制，用戶設(shè)備體積過大。

北斗二代

在北斗一代基礎(chǔ)上，形成了北斗二代區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，它由14顆衛(wèi)星組成，地面站32個(gè)，2012年12月開始應(yīng)用。

北斗二代覆蓋亞太地區(qū)，服務(wù)區(qū)域?yàn)槟媳本?5度，東經(jīng)55度-180度的區(qū)域。

北斗二代是由5顆地球同步軌道衛(wèi)星（軌道高度為35786公里）、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（軌道高度35786公里，傾角55度）、4顆中圓地球軌道衛(wèi)星（軌道高度21528公里，傾角55度）組成。

它的特定是實(shí)現(xiàn)了亞太區(qū)域覆蓋，并且采用無源定位導(dǎo)航體制，該系統(tǒng)有3個(gè)頻點(diǎn)對(duì)民用開放，并繼承了北斗一代短報(bào)文通訊功能，擴(kuò)充了通信容量。

同時(shí)，北斗二代采用分層的星座布設(shè)方案和組網(wǎng)方案，還充分考慮了和其它導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性問題。

北斗二代亞太地區(qū)可見衛(wèi)星數(shù)在7顆以上，圖形強(qiáng)度PDOP（位置精度強(qiáng)弱度）一般小于5，偽距觀測(cè)值測(cè)量的精度為33厘米，載波相位測(cè)量精度為3毫米，偽距單點(diǎn)定位精度優(yōu)于6米。

這一代北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)具備雙頻RTK（Real - time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）定位能力，其定位精度與GPS基本相當(dāng)。并且，北斗與GPS載波相位差分定位時(shí)，相對(duì)于單一GPS系統(tǒng)，組合定位精度可提高20%以上。

北斗三代

2017年開始，北斗三代全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)開始發(fā)射衛(wèi)星。2018年完成了一帶一路國(guó)家的覆蓋。到2020年，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

北斗三代由30顆衛(wèi)星組成，其中3顆靜止衛(wèi)星和27顆非靜止衛(wèi)星。

分別為：3顆地球同步軌道衛(wèi)星（軌道高度為35786公里）、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（軌道高度35786公里，傾角55度）、24顆中圓地球軌道衛(wèi)星（軌道高度21528公里，傾角55度）。

同時(shí)，地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星除參加定位觀測(cè)外，還可用于發(fā)射北斗三代、GPS、GALILEO廣域差分增強(qiáng)信息和完好性信息，差分偽距定位精度可達(dá)1米以內(nèi)。

與北斗二代不同，北斗三代和GPS是有共同頻率的。

因此北斗三代的五個(gè)基本服務(wù)就是——基本導(dǎo)航服務(wù)、短報(bào)文通訊服務(wù)、星基增強(qiáng)服務(wù)、國(guó)際搜救服務(wù)和精密單點(diǎn)定位服務(wù)。

北斗的優(yōu)勢(shì)

1、北斗分階段實(shí)施，由試驗(yàn)系統(tǒng)全區(qū)域（亞太地區(qū)）覆蓋轉(zhuǎn)向全球覆蓋

2、北斗具有全系統(tǒng)三頻民用信號(hào)，并采用類似GPS等系統(tǒng)的無源定位導(dǎo)航體制

3、短報(bào)文通訊功能，北斗三代有1200個(gè)漢字的通信容量

4、北斗采用高中軌分層的布設(shè)方案

5、北斗具有星間鏈路系統(tǒng)，用于衛(wèi)星軌道之間的自校正