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      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域

      添加時間:2022-04-14 11:58:09

      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      現有導航系統:美國的GPS系統,俄羅斯的格洛納斯系統,中國的北斗系統,歐洲的伽利略系統。日本正在研發和實驗的QZSS―準天頂衛星系統。


      有源和無源:中國北斗導航衛星的軌道是個特殊的混合軌道,跟剛才大家提到的GPS、GLONASS和Galileo是不同的。北斗試驗系統是有源的,我們做全球系統,就是無源的,包括GPS、GLONASS和Galileo,它們也是無源的。


      簡單說,源就像對講機,對講機有發射有接收,這就是有源的,導航的計算通過衛星轉到地面站算。無源的是光收衛星的信號,自己在那兒算就可以了。它們之間的差別就相當于對講機和收音機一樣。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      BDS發展歷程

      “北斗”衛星導航試驗系統(也稱“雙星定位導航系統”)為我國“九五”列項,其工程代號取名為“北斗一號”,其方案于1983年提出。我國結合國情,科學、合理地提出并制訂自主研制實施“北斗”衛星導航系統建設的“三步走”計劃:


      第一步是試驗階段, 2000年,首先建成北斗導航試驗系統(有源系統),使我國成為繼美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家,2003年5月25日零時34分,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭,成功地將第三顆“北斗一號”衛星送入太空。


      前兩顆衛星分別于2000年10月31日和12月21日發射升空,運行至今導航定位系統工作穩定,狀態良好。這次發射的是導航定位系統的備份星,它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛星導航定位系統,確保全天候、全天時提供衛星導航信息。


      這標志著我國成為繼美國GPS和俄羅斯的GLONASS后,在世界上第三個建立了完善的衛星導航系統的國家,該系統建立對我國國民國防和經濟建設將起到積極作用。第二步是到2012年,2012年10月25日23時33分,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”火箭,成功將第16顆北斗導航衛星送入預定軌道。


      這是我國二代北斗導航工程的最后一顆衛星,這是長征系列運載火箭的第170次發射。至此,我國北斗導航工程區域組網順利完成。中國此前已成功發射四顆北斗導航試驗衛星和十六顆北斗導航衛星(其中,北斗-1A已經結束任務),將在系統組網和試驗基礎上,逐步擴展為全球衛星導航系統。第三步是在2020年,建成由5顆地球靜止軌道和30顆地球非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      北斗試驗系統

      “北斗一號”是利用地球同步衛星為用戶提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務的 一種全天候、區域性的衛星定位系統。系統由兩顆地球靜止衛星(80°E和140°E)、一顆在軌備份衛星(110.50°E)、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成。其工作頻率為2491.75MHz,系統能容納的用戶數為每小時540000戶。


      “北斗一號”就性能來說,和美國GPS相比差距甚大。


      第一,覆蓋范圍也不過是初步具備了我國周邊地區的定位能力,與GPS的全球定位相差甚遠。


      第二,定位精度低,定位精度最高20米,而GPS可以到10米以內。


      第三,由于采用衛星無線電測定體制,用戶終端機工作時要發送無線電信號,會被敵方無線電偵測設備發現,不適合軍用。


      第四,無法在高速移動平臺上使用,這限制了它在航空和陸地運輸上的應用。但最重要的是,“北斗一號”是我國獨立自主建立的衛星導航系統,它的研制成功標志著我國打破了美、俄在此領域的壟斷地位,解決了中國自主衛星導航系統的有無問題。


      北斗衛星導航系統


      1、背景

      《2006年中國航天白皮書》宣布將在未來5年啟動五大航天工程,其中具有軍事用途的第二代“北斗”衛星導航系統將在4年內完成部署。有專家表示,二代“北斗”衛星系統部署完成后,中國將能對小目標發動精準攻擊,而美國也有媒體認為中國用北斗計劃來壓制美國衛星的軍事優勢。


      隨著我國綜合國力的提升和衛星導航定位系統全面滲透普通人的生活,還有科索沃戰爭和第二次海灣戰爭美國GPS制導高精度打擊武器的誘惑,構建一個類似GPS的全球衛星導航定位系統開始提上日程,從2007年開始正式建設“北斗”衛星導航定位系統“北斗二號”。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      2、北斗系統概述

      北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。目前仍然實行兩種體制,一種就是前面講到的北斗試驗系統的體制,第二個就是和GPS相同的體制??梢宰龅脚cGPS兼容,就是用一臺用戶機,既可以接收北斗信號也可以接收GPS信號,同時實現GPS互操作,定位精度可以和GPS相當。


      北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成,空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星,地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站,用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。


      2020年我們已經形成北斗全球服務能力,將由35顆衛星組成,具有衛星無線電定位、衛星無線電導航兩種工作體制,成為全球GNSS供應商,滿足中國國防安全和經濟安全的需要。北斗雙模用戶機可以接收北斗、GPS、Galileo信號,并且實現多種原理的位置報告。導航和短報文的結合,將改變現行手機的概念,成為人們出行的生活必需品。


      北斗衛星導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務,包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務,定位精度10米,測速精度0.2米/秒,授時精度10納秒。授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。


      2012年12月27日起,北斗系統在繼續保留北斗衛星導航試驗系統有源定位、雙向授時和短報文通信服務基礎上,向亞太大部分地區正式提供連續無源定位、導航、授時等服務;民用服務與GPS一樣免費。


      2012年12月27日,為鼓勵國內外企業研發北斗應用終端,推動北斗廣泛應用,正式公布了北斗系統空間信號接口控制文件(ICD),中、英文兩種版本文檔將在北斗政府網站同步上線。該文件規范了北斗系統和用戶接收機之間的信號接口關系,是開發制造接收機及芯片所必備的技術文件。目前,北斗系統技術狀態已經固化。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      3、GNSS定位應用以及變形監測應用


      GNSS在定位測量中的應用

      GNSS定位測量,在工程上主要應用于控制網的建立和位移檢測等,一般需要設置兩臺或者是兩臺以上的GNSS接收機進行衛星信號的接受,然后技術人員對所接受的衛星數據進行分析處理,就可以取得控制點的精確三維坐標。


      由于GNSS定位測量精度高,不易受氣候影響,觀測點不存在必須通視的限制條件,觀測速度快等優點,使得工作的效率得到很大的提升,因此GNSS技術在工程測量中的應用領域很多,如鐵路、公路的線路勘測和隧道、橋梁和房屋工程的建設勘測等。


      實際監測表明,相比傳統的工程定位測量,GNSS定位技術進行精密工程測量和大地測量時,其平差后控制點的平面位置精度至少可達到1mm~2mm,高程精度可達到2mm,其專業的處理軟件可對數據自動結算處理,得到的監測點為實時的毫米級坐標值。這些大大提高了測量的精度和準確性,降低了測量難度,提高了工程的工作效率和測量成本。


      例如:由北京天璣科技自主研發的TJMC路面數據處理和線路檢驗軟件專為路面攤鋪和壓實提供線路數據處理、樁點位校驗及數據處理上傳。系統實現車載端的通信連接數據收發,根據收到的坐標數據計算里程樁號、路幅等,將結果傳入web平臺,并支持數據上傳統計功能。系統主要實現用對工程標段、設備及分配、碾壓層計劃、坐標系統的基礎配置,用戶可查詢數據處理情況、對歷史數據進行重傳,另外用戶可通過線路設計工具生成線路數據及圖像預覽,校驗里程坐標等功能。廣泛應用于:打樁系統,攤鋪系統以及壓實系統。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      GNSS在變形監測中的應用

      GNSS技術在變形監測上主要是應用于高層大樓、水庫大壩、大橋等建筑物的安全監測及工程基坑沉降、位移和傾斜等狀況。如我國的三峽工程是世界規模最大的水利工程,通過三峽庫區建立的GNSS自動化變形監測系統,取得了三峽庫區的沉降、滑坡等變形信息的監測資料,這對三峽大壩及庫區的安全有重要的意義。由于GNSS技術具有亞mm級的高精度、全天候觀測、測站間無需保持通視、可同時測定點的三維位移和易于實現全系統的自動化等優點。因此,GNSS技術在變形監測中得得到越來越多的應用,尤其是在大型工程使用上備受青瞇。


      例如:由北京天璣科技自主研發的TJ-Cloud在線監測預警系統包括通信模塊、數據處理模塊、采集模塊和預警預報模塊。主要利用北斗高精度定位技術和其它傳感器技術,構建實時數據解算,處理,轉換,存儲的在線監測預警系統,可以及時了解人工建筑、滑坡、大壩、尾礦壩、橋梁、深基坑等的安全狀態,進行安全評價,適時進行預警和警報,能夠為建筑物的安全監測提供有力保障。


      GNSS以其實時、高精度、全天候、不受通視條件限制和自動化觀測程度高等優點,為實現工程和地殼形變及災害變形監測中的應用提供了高質量的保證,實踐證明,GNSS在變形監測中的應用是一種值得采用的有效手段,這對彌補傳統的監測方法的不足有重要意義。隨著我國北斗導航定位系統的投入使用與完善,GNSS技術在我國國民經濟建設中必將有更廣闊的發展前景。


      導航衛星發展歷程以及北斗GNSS技術應用領域


      4、北斗應用展望

      當我們建成區域系統和全球系統以后,北斗的威力將成倍增加,可以和現在的GPS系統發揮的作用完全一樣。北斗在全球系統布設完畢以后,將和GPS、俄羅斯的GLONASS以及歐洲的Galileo一起組成全球衛星導航系統。


      北斗能在全球板塊運動監測、航天工程、橋梁的施工以及變形監控、公路及大壩碾壓、國防、民航航路管理、智能交通、路況信息管理、道路堵塞治理、車輛監控和車輛自主導航、精密農業、城市管理、弱勢群體監護等方面有著廣闊的應用前景。


      總之,全球衛星導航定位技術的應用領域,上至航空航天,下至工業、漁業、農業生產和日常生活,已經無所不在了。正如人們所說的:“GNSS的應用,僅受人類想象力的制約”。


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      北京天璣科技有限公司(以下簡稱天璣科技)隸屬于北京奧宇集團,是一家致力于北斗智慧工程應用的高科技企業。天璣科技以交通部公路院、中國水科院,北京地研發等為行業技術支撐,結合自身強大的研發實力,整合行業資源優勢,匯聚資深創業團隊,深耕行業應用需求,深入了解中國特色,為用戶提供一整套智慧工程建設全流程解決方案。

      天璣科技成立以來高速發展,創新性的將北斗技術應用到公路、鐵路,水利、機場工程建設領域,以工程質量過程管控為核心,將隱蔽工程透明化,為業主和施工總包單位解決質量,安全、效率、管理等核心問題。已形成TJMC攤鋪系統,壓實系統,樁基信息化系統,TJ-Cloud變形監測等系統產品,從終端到平臺,硬件到軟件,產品銷售到全程技術服務為廣大業主和施工總包方提供完善的北斗智慧工程方案。特別是基于北斗的道路工程質量信息化系統成熟應用于日照交發,武漢交投,中建四局,南寧繞城高速等項目中,京雄城際,江巷水庫大壩,大興機場沉降監測等項目中也已全線選用,積累了豐富的成功案例,得到業界高度肯定和贊許。

      天璣科技已通過ISO9001質量體系,3A信用企業,國家、中關村雙高新技術企業等認證,取得軟件著作權10項,發明專利3項,是拓普康數字化施工產品核心代理商,已成為智慧工程領域的領軍企業。天璣星,是北斗七星的第三顆, 尊為祿存星。天璣,主理天上人間的財富,喻為財富之星,不斷為用戶創造價值,為業主提升管理,為業者提供保障,為行業積累財富。

      天璣科技:北斗智慧工程系統方案專家--誠信,創新,專注,感恩

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