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  • 北斗三号系统卫星部署详解:3轨道设计与其他导航系统对比

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    Beidou-3系统采用三轨设计,并部署24、3和3卫星,5个测试卫星和3个轨道平面,距离地面21,500公里,赤道上方的地静止轨道,以及倾斜的地理轨道上的地理轨道,并分别与35个Naviative Attry Ass Andive Ass Andivition Ass Actim acters Actine Assine Assine Assine Assine Assine Assine Assine Assell Assell Assell Assell Assell Assell Assell Assell Assell of 35 naviative。俄罗斯有32个卫星(8个备用),格洛纳斯,俄罗斯有29个卫星(5个备份),而欧盟的伽利略有30个(3个备用)。

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    1994年,中国决定启动Beidou-1实验探索项目,该项目于2000年成功推出了两个地静止的轨道卫星。Beidou-1,也称为Beidou卫星导航测试系统,使用了相对落后的活动区域卫星位置系统。执行定位和求解时,系统要求用户向卫星发送请求,然后地面控制中心完成所有计算任务,并将用户所需的数据传输给用户。 Beidou-1总共有4个卫星。

    主动定位系统的优点是低成本和快速定位,但是它们的定位准确性,用户容量,定位频率,隐藏等等。此外,该系统没有速度测量功能,不能用于精确的指导武器。被动定位取决于终端计算,性能速度有限,定位速度缓慢,但在其他方面总体上是领先的。

    被动定位系统意味着用户终端不会向卫星发送请求信号,而是直接同时接受卫星的信号并完成用户终端的定位计算工作。

    2004年,中国启动了具有初步全球导航能力(Beidou II)的Beidou卫星导航系统的建设。 2007年,中国第一个被动定位卫星在Xichang发射场成功推出,标志着国内卫星定位系统的新时代。 Beidou-2总共发射了20颗卫星,其中只有14个是标称星座(5个地球轨道卫星 + 5个倾斜同步轨道卫星 + 4个中轮轨道卫星),其余6个是备用卫星和睾丸。除了采用与其他三个主要系统相同的被动定位技术外,Beidou-2还取得了另一个重大进展:它已经开始使用国内原子钟。

    原子钟是使用电子过渡原理制成的时钟,以释放电磁波。在原子内部,电子在原子核围绕高速旋转,并具有不同的旋转轨道。电子在不同的旋转轨道上具有不连续的能量差异,称为能级。电子之间电子的过渡频率是固定的,并且使用此特征,可以制作出非常准确的时序仪器。

    卫星传播的原子钟是导航卫星上的精确仪器。它需要满足卫星在轨道上发射和操作时需要面对的振动,温度,辐射等的环境要求,并且对体积和重量指示器的要求极高。在建造Beidou-1期间,卫星使用的原子钟必须从瑞士进口。当即将使用Beidou-2时,我的国家开始使用中国航空科学技术公司提供的原子钟。自2012年以来,Beidou开始使用国内原子钟,其性能与进口产品相当。

    2018年11月19日,我的国家成功推出了第42和第43位Beidou Navigation卫星,使用3月3日运营商火箭弹件的形式为“ One Arrow Two Stars”,并成功完成了全球网络基本系统太空系统的部署任务。卫星调试完成后,Beidou系统于当年12月开始提供全球服务。最后一个(第55)Beidou导航卫星于2020年6月23日推出,Beidou-3全球网络工作已成功完成。

    Beidou-3总共发射了35颗卫星,其中只有30个名义星座(24个中圆形轨道卫星 + 3个地静脉轨道卫星 + 3个地球倾斜轨道卫星),其余5个是实验性卫星。真正的Beidou导航卫星仅包括55 Beidou 2和3。

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    卫星定位

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    以下是卫星导航定位原理的描述

    为什么天空中的卫星可以为地面上的人们提供定位?这涉及“四星级定位”的原则。如果您的位置距离太空中的卫星为25,000公里,距另一卫星8,000公里,请在这两个距离上绘制一个球作为半径和2个卫星作为球的中心。这两个球的交集将形成一个圆,您的位置可能在此圆圈中的任何时刻。此时引入了第三颗卫星。如果您将球用31,000公里的距离在卫星上绘制,然后使用此半径,则球和上一个圆将在这2分中相交。排除1分不在地球上,其余的1分是您的位置。这样,通过3个卫星,您可以知道地球上的坐标(x,y,z)。

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    但是,在实际情况下,上面提到的“距离”都是伪距离,即假距离。因为在实际测量中,这些距离是通过信号传输时间(光速)逆转的,这是卫星使用的原子钟与地面接收器上的石英钟之间最典型的误差。

    石英时钟的时间误差比原子时钟大几个数量级,这可能会导致在测得的位置处的数十个米的误差。

    目前,需要将第四颗卫星作为零点引入,该点专门用于计算时间误差以准确计算位置信息。此外,可以接收卫星信号越多,计算的位置精度越好。

    从纯粹的数学角度来看,计算3个未知数(x,y,z)需要3个方程。这三个方程由3个卫星位置和与用户的距离组成。添加时间误差变量(t)后,未知数变为4(x,y,z,t),因此需要4个方程,在这种情况下,需要4星。

    通过这项技术,世界四种主要的卫星导航技术的准确性基本上是在仪表级别上。根据美国GPS设计概念,将24个卫星在中距离轨道上安排可以确保在地球上任何时候都可以观察到4个卫星以实现定位。

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    以上是通过导航卫星定位的基本原则。如果您使用的是普通的汽车导航设备或手机,则使用的定位原理与上面相同。但是,由于导航卫星从空间到地面传输的信号过程并不平滑,因此当通过电离层,对流层和其他区域时,电磁波信号将“延迟”,这等同于信号转弯。同时,导航卫星“告诉”用户的位置坐标和时间不是绝对准确的。对于地面用户的定位位置,这会导致大约5至10米的错误。

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    除了卫星定位本身外,还有另外两种提高定位精度的方法,因此定位精度达到厘米甚至毫米的水平。

    其中之一是实时动态载体相位差(RTK),即,参考站将其观察值和站点坐标信息通过数据链接传输到移动站。移动站不仅通过数据链接从参考站收集数据,而且还收集了GPS观察数据并在系统中形成差异观察,以实时处理,同时给出厘米级的定位结果。

    简而言之,RTK首先设置了一个基站,然后基站告诉您其自己的错误,然后使用此错误术语结合其自己的数据以消除其自己的移动站的错误。

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    对于单个参考站的动态定位,通常要求参考站和移动站之间的距离为10〜15公里,定位精度为厘米。拟议的多参考站RTK(例如虚拟参考站VRS)可以在50至70公里以内的厘米处实现实时动态定位。

    尽管RTK技术可以达到很高的精度,但通常受电台之间的距离限制。精确的单点定位PPP使用了单个双频接地导航卫星系统GNSS接收器,以及基于载体相位观测值的单点定位技术,由国际GNSS服务组织提供的卫星轨道和时钟差异产品。

    精确的单点定位(PPP)技术,即,一种双频接地导航卫星系统GNSS接收器,用于根据载体相位观测值以及由国际GNSS服务组织IGS提供的载体相位观测以及卫星轨道和时钟差异来执行单点定位。 IGS在世界范围内建立了多个观测站。通过天文台站,计算了卫星轨道和时钟差的数据,并将数据广播到商业卫星,并将商业卫星广播到移动站。移动站基于上述数据实现了百厘级的定位,并与其自己的算法结合使用。

    简而言之,有必要构建许多观察站以纠正定位错误,然后将校正后的高精度信息发送到移动站。

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