北斗导航最新版，黑科技满满！
北斗导航最新版，黑科技满满！
2024年6月，以“测绘地理信息赋能新质生产力”为主题的莫干山地信研讨会在浙江德清举办。会上，中国科学院院士、中国工程院院士李德仁指出，以北斗为中心的PNT（定位、导航、授时服务）是新质生产力，要努力推进“北斗+”和“+北斗”，实现无所不在的PNT服务。
技术革新：北斗导航的六大突破
三频信号：突破定位精度极限
北斗三号是全球首个提供三频信号服务的卫星导航系统。与使用双频信号的GPS相比，使用三频信号可以构建更复杂模型消除电离层延迟的高阶误差，同时提高载波相位模糊度的解算效率，理论上还可以提高载波收敛速度。北斗三号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B1C、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中B1频段的中心频率为1575.42MHz，B2为1176.45MHz，B3为1268.52MHz。
北斗卫星导航系统实际星座PDOP值已达国际领先水平。导航星座的指标参数主要包括在轨可用卫星数量和空间精度衰降因子（Position Dilution of Precision，PDOP）。可用卫星数量决定星座导航信号的覆盖性，PDOP则是用于衡量卫星导航系统定位精确度和观测值几何强度的重要指标，通常由标准单点定位观测方程确定。反映定位精度衰减的因子与所测卫星的空间几何分布有关，空间分布范围越大，PDOP值越小，定位精度越高；PDOP值越大，定位精度越低。北斗系统采用混合星座在实现全球服务的基础上提升了区域范围内的服务性能，北斗三号实际PDOP最小值1.3，平均值1.7处于全球领先水平。
通导一体化：通信导航深度融合
北斗系统最具特色的是其通导一体化设计。与美国GPS相比，我国北斗系统有三大优势。第一，北斗三代保留了北斗一代的通信功能，提供短报文服务，一次可传送多达1000个汉字。第二，北斗采用B1/B2/B3共3个频率调制信号和星基PPP（精密单点定位）技术，对于厘米级以上的高精度导航定位具有重要意义。第三，北斗采用了高轨同步卫星、中轨卫星和倾斜轨道卫星相结合的轨道方案，对于亚太低纬地区和高纬地区的定位均比GPS有优势。
星间链路技术：实现全球覆盖的关键
星间链路技术是北斗三号实现全球导航的关键技术之一。所谓“星间链路”，就是卫星和卫星之间的一条通信线路，是航天器与航天器之间具有数据传输和测距功能的无线链路，基于国内布站条件提供全球运行服务。有了这项技术，即使“看不见”在地球另一面的北斗卫星，通过北斗卫星的星间链路同样能与它们取得联系，这是北斗全球导航系统建设的一大特色。
康成斌深度参与了星间链路的关键技术攻关。这位中国航天科技集团五院通信导航部导航室主任，自2010年参加工作起，就全身心投入北斗系统的研制中。实现“星连星”“太空架桥”难度极高。康成斌介绍，北斗三号系统中卫星与卫星的距离最远达到7万公里，既要让遥遥相望的两颗卫星仿佛近在咫尺，又要保证7万公里距离之间即使发生厘米级位置变化，都能被第一时间感知和测量，且星座中任意两颗星都要建立起类似联系，“这是一项巨大的技术跨越”。
混合星座设计：优化全球与区域服务
北斗三号的星座设计包括中圆地球轨道（MEO）卫星、地球静止轨道（GEO）卫星、倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星。三种轨道混合星座布局的优势在于抗遮挡能力更强、能实现全球覆盖、全球服务，又可为亚太大部分地区用户提供精度更高的服务。
中圆地球轨道（MEO）卫星：在北斗三号全球卫星导航系统的30颗组网卫星中，有24颗在中圆地球轨道，轨道高度21528公里，周期约12小时，24颗平均分布在3个轨道面上，轨道面之间相隔120°（升交点赤经分别相差120°）均匀分布，轨道倾角为55°（轨道平面与赤道面夹角）。每条轨道上的MEO卫星又间隔分布在轨道的各个相位，保证地球自转时，卫星能时间和空间同时均匀的扫过地表。这24颗卫星在2019年已经完成发射。中圆地球轨道（MEO）卫星是导航系统最基础的轨道星座。GPS就只是采用了这种轨道设计。此类轨道卫星主要是满足最基础的服务，但精度方面有限，最主要的作用是完成信号地标无死角的卫星信号覆盖。
地球静止轨道（GEO）卫星：地球静止轨道卫星，也就是GEO卫星，共有3颗，轨道高度35786公里，周期为24小时，轨道倾角为0度，轨道平面和赤道平面重合，卫星与地面的位置相对不变，与地球自转同步，卫星相对地表处于“静止”状态，“固定”在赤道正上方一个点上。可以理解为，这3颗星始终在我们的头顶上，便于实现区域服务。GEO卫星在区域导航服务方面具有明显优势，卫星利用率高，属于导航系统中的增强系统，可以起到星间通信和地表通信功能，是提高导航定位精度的杀手锏。
倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星：倾斜地球同步轨道卫星，也就是IGSO卫星，也是3颗，倾斜地球同步轨道几乎和MEO的三个轨道面重合，只是IGSO卫星轨道更高，约36000千米，同样均匀间隔分布在不同的轨道相位，同样始终聚焦亚太地区，运行轨迹点就像是在跳“8”字舞。此轨道为轨道静止轨道的延伸补充，最关键的是解决高纬度（尤其南北极地区）低仰角的问题。低仰角下的卫星信号受到大气延迟、多路径效应和观测噪声的严重影响，从而导致产生较大的误差。
高精度定位：满足多样化应用需求
全国北斗高精度导航定位服务平台已经开通试运行。平台整合了自然资源系统的卫星导航定位基准站资源，形成了由3300余座基准站组成的“一张网”，能够提供观测数据、坐标成果、增强定位服务等。平台旨在推动北斗规模化应用，为资源调查、智能交通、无人驾驶、精准农业等领域提供高精度导航定位服务。
原子钟技术：提升授时精度的核心
全球卫星导航系统包含导航、定位、授时三大功能，时间基准技术水平直接决定导航定位精度。其中原子钟被称为导航卫星的“心脏”。目前实现导航卫星应用的有铷原子钟（以下简称铷钟）、铯原子钟和氢原子钟（以下简称氢钟）。中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员梅刚华带领团队，从1997年开始便扎进了星载铷钟的研究，使我国星载原子钟实现从无到有的跨越。第一代星载铷钟满足了北斗二号工程建设需求，2016年，甚高精度铷原子钟成功通过验收，无论是短稳还是长稳均超过了GPS的铷原子钟。
星载氢原子钟具备频率稳定性好、漂移率小的特点，保证精度的同时还能提高卫星的自主运行能力。卫星创新院团队决定采用“氢钟+铷钟+钟组无缝切换的时频技术”设计，确保当某个原子钟出现异常时，导航系统运行不会中断。卫星时频系统交给了两个年轻人，如今的卫星创新院研究员、北斗三号卫星总设计师张军以及中国科学院上海天文台正高级工程师帅涛，他们与时任中国科学院国家授时中心时间频率测量与控制研究室主任李孝辉等共同攻关，在学科交叉中探索出了一套拥有自主知识产权的数字化星载原子时频解决方案，实现了主备原子钟切换时输出信号的相位误差不到五百亿分之一秒，满足了“无缝切换”的要求。
实际应用：从精准农业到智能交通
北斗导航系统已广泛应用于多个领域，展现出强大的实用价值和技术魅力。例如，基于北斗的精准农业支持农田自动化、智能化的播种、灌溉、面积计算、养分测定、品种分析、病虫害监测、长势分析等，实现了农业信息化和精准化。基于北斗单频RTK（实时差分定位）和导航地图的智能电单车运维系统，通过在车辆中控上搭载单频RTK芯片和高精度GNSS（卫星导航定位）天线，结合北斗地基增强系统和物联网设备，实现定位信息秒级上报，能有效对车辆停放、违法行为等进行识别。依托北斗与全息感知、时空分析、数据挖掘技术打造的道路交通智慧应急系统，可以满足应急资源接入、一图动态展示、一键视频核查、实时调度导航、重大活动安保、综合研判分析等多样化应用需求。该系统在武汉市得到成功应用，使武汉在全国拥堵排名中从23位降至53位，交通拥堵延时指数从2.34降至1.676，降幅高达30%，拥堵情况大幅缓解。
国际竞争力：引领全球导航技术发展
北斗系统在国际上的领先地位日益凸显。北斗系统采用混合星座在实现全球服务的基础上提升了区域范围内的服务性能，北斗三号实际PDOP最小值1.3，平均值1.7处于全球领先水平。北斗系统采用高轨同步卫星、中轨卫星和倾斜轨道卫星相结合的轨道方案，对于亚太低纬地区和高纬地区的定位均比GPS有优势。北斗系统是最具通导遥一体化全球性优势的PNT服务基础设施。这不仅标志着中国在全球卫星导航系统领域的自主创新能力得到了进一步提升，也为中国在全球航天领域的地位提升注入了新的动力。
未来展望：构建空天信息实时智能服务系统
李德仁院士指出，要努力推进“北斗+”和“+北斗”，实现无所不在的PNT服务，抓紧推进从PNT到PNTRC的“0到1”的创新，建立通导遥一体化的空天信息实时智能服务系统，创造多个万亿级空天信息产业，建设我国软件定义的空天信息全球实时监测网，为我国和全球可持续发展服务。
“十四五”期间，我国提出在2035年前建成以下一代北斗系统为核心，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合时空体系。在室内外一体化方面，武汉大学提出了音频定位，相关室内音频定位项目已落地南京南站、鄂州顺丰机场和德清未来社区，支撑智慧公安、智慧物流、智慧社区等数字经济建设。武汉大学还和华为合作，推出了北斗+5G室内定位方案，通过利用5G智能终端的下行链路信号进行测量定位。这种方案可实现亚米级定位精度，可感知人体姿态，对室内外行人进行摔倒测试及警告。这在老年人生活起居看护方面有很大的应用市场。在自动驾驶方面，利用“北斗惯性导航+智能感知终端”的融合智能感知系统，可以代替人的眼睛、耳朵甚至大脑，通过传感器获取的多源信息数据和云计算、人工智能图像理解等手段，实现城市峡谷、地下车库等复杂条件下“最后一公里”的自动驾驶。在智慧电网方面，装配有电力走廊多要素精准定位、