探索北斗系统科技之旅

第二段旅程即将扬帆~

带上您的好奇心和想象力

领略北斗系统的科技魅力

▲夜空中的卫星发射

古人云“道生一，一生二，二生三，三生万物”。北斗系统的发展中蕴含了很多与“三”有关的奥秘，探寻北斗系统与“三”奥秘之旅即将启程，一起踏上这段奇妙的科技之旅吧~

  “三步走”战略  

▲太空卫星

中国北斗卫星导航系统实施“三步走”战略

第一步：北斗一号，解决有无 

1994年，启动北斗一号系统建设；2000年发射2颗地球静止轨道(GEO)卫星，建成系统并投入使用，采用有源定位体制，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。北斗一号，中国卫星导航系统实现从无到有，使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。

第二步：北斗二号，区域无源

2004年，启动北斗二号系统建设；2012年，完成14颗卫星、即5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球轨道卫星(IGSO)和4颗中圆地球轨道卫星(MEO)的发射组网。北斗二号在兼容北斗一号技术体制基础上，增加无源定位体制，为亚太地区提供定位、测速、授时和短报文通信服务。 

北斗二号创新性构建了的5GEO+5IGSO+4MEO的中高轨混合星座架构，为全世界卫星导航系统发展提出了新的中国方案。 

第三步：北斗三号，全球服务 

2009年，启动北斗三号系统建设；2020年，全面建成北斗三号系统。北斗三号系统是由3GEO+3IGSO+24MEO构成的混合导航星座，系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，为全球用户提供基本导航（定位、测速、授时）、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。 

北斗“三步走”发展战略，是在结合我国国情和不同阶段技术经济发展实际提出的发展路线，北斗系统的成功实践，走出了在区域快速形成服务能力、不断扩展为全球服务，具有中国特色的卫星导航发展道路，丰富了世界卫星导航的发展模式和发展路径。 

“三部分”构成  

北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分构成。

空间段：北斗导航卫星持续发射载有导航电文的无线电波，提供给地球上的各种接收机来应用。

地面段：为追踪及控制北斗导航卫星的运转，在地面设置了主控站、注入站和监控站，主要工作是收集数据，计算导航信息，监视系统状态，调度卫星，修正与维护每颗卫星的各项参数数据等。

用户段：包括北斗系统用户终端以及与其它卫星导航系统兼容的终端。可以追踪北斗导航卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间。

“三球交汇”原理  

导航卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。

地球上的北斗用户接收机同时测量自身到至少三颗卫星的距离；各卫星的位置通过导航电文播发给用户；以卫星为球心，距离为半径画球面；三个球面相交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。

目前，国际上四大全球卫星导航系统（美国GPS、我国北斗系统、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo）均是采用这种三球交汇的几何原理实现定位。 

“三频服务”信号体制  

北斗系统是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统，GPS使用的是双频信号，这是北斗的后发优势。使用双频信号可以减弱电离层延迟的影响，而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，使用三频信号可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。正因如此，GPS系统也在扩展成三频信号系统。

  测速授时“三要素”  

位置信息(Position)、速度信息(Velocity)和时间信息(Time)是构成北斗信息服务的“三要素”。 

位置信息：北斗系统可向全球提供优于10米的定位服务，亚太地区定位精度达到5米。北斗系统提供的位置信息服务，输出结果为“经度、纬度、高程”或者“x，y，z”，不管哪种输出形式，恰好都是“三个参量”，一个不多，一个不少。同时，通过精密单点定位、星基增强、地基增强等方式，可将定位精度提高到米级、分米级乃至厘米级。 

速度信息：北斗系统提供的测速精度能力优于0.2米/秒。 

时间信息：北斗系统可为用户提供优于20ns的授时服务，在此基础上利用差分授时、双向比对等技术手段，可进一步提升授时精度。 

  执法仪与北斗“三优势”  

定位数据的安全性

北斗系统可以保障国家在导航领域的独立性和安全性，北斗的地面监控部分只建在中国境内，可以在不受外界干扰的情况下提供安全可靠的定位导航服务。在处突维稳的关键时刻，警员可以无间断获取精准定位、导航等信息，且日常区域内警力分布、高级警官活动轨迹等敏感信息避免泄露、被跟踪或者被故意偏差导航。

目标定位的准确性

先来看目前北斗的精度，北斗导航系统在全球范围定位精度优于10米、测速精度优于0.2米/秒、授时精度优于20纳秒、服务可用性优于99%，亚太地区的精度可以在2-5米。相比于gps系双频信号系统，北斗是首个播发三频信号的卫星星座系统，三频可以形成更多的组合观测量更好的抵消时钟偏差和多径效应，提高周跳探测和修复、整周模糊度解算，从而获得更高精度的载波相位观测值来进行精密相对定位解算使，因此相比于GPS使用的是双频信号，三频信号使北斗具有更强的后发优势。

卫星授时零延迟性

执法仪的校时有两种方式：网络校时和卫星定位校时，通常情况下这两种都会打开，在定位的同时，完成时钟同步。我国北斗卫星时间和 GPS 系统时间一样，属于原子时，精度为北斗导航卫星的原子钟，一千万年仅误差一秒。

高新兴北斗的创新应用

基于北斗系统的高精度、高可靠的定位、导航、授时服务等优势，高新兴积极推进产品的研发与实践应用，创新推出了基于北斗全流程音视频新质解决方案，亮点之一是打造出“全国（省、市）精准位置一张图、场景数据通信一张网、案件时间线索一条线”的北斗应用体系格局；系统架构由北斗型数据采集终端设备、具备北斗地图应用的数据汇聚设备以及含有北斗服务在内的业务综合管理平台组成，建设基于北斗全流程音视频规范执法新质综合指挥系统，优化警力指挥调度，提高出警效率。

高新兴单北斗执法记录仪，支持人脸车牌离线识别、实现快速布控；支持全域定位+北斗定位、实现精准定位，支持融合对讲、实现快捷指挥调度，支持声纹结构化，以音搜音，快速识别判定执法事件；并将定位信息上传到指挥中心，方便案情态势研判、指挥调度及周边增援，为民警现场执法提质增效。

文章综合《北斗网》、《北斗卫星导航系统》等综合报道