北斗三号实现独立自主研制 ——访航天五院西安分院北斗导航副总设计师张立新
航天五院西安分院北斗导航副总设计师张立新（左）刘杰 摄
本报记者 魏建军 凌旎 通讯员 张昊
“11月5日，北斗三号全球导航系统首发北斗三号一箭双星成功发射，拉开了北斗全球导航系统建设的大幕。这两颗卫星都是由航天科技集团五院抓总研制，导航分系统、天线分系统、星间链路等有效载荷全部由航天科技集团五院西安分院（以下简称西安分院）承担研制。于北斗一号、北斗二号相比北斗三号真正实现我国独立自主研制。”航天五院西安分院北斗导航副总设计师张立新说。
北斗三号导航系统可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有独特的短报文通信功能。相较于北斗二号卫星系统，除了覆盖区域由区域覆盖扩大到全球覆盖外，在性能上、系统可靠性上，都有很大的提高。以关键指标定位精度来说，会在现有基础上提高一到两倍，全球精度可达5米左右，重点区域可达到3米。北斗三号全球导航系统建成后，导航服务能力将处于世界先进水平。
高精度定位 为地面提供多样化服务
北斗导航卫星的主要功能是为地面提供精准的时空基准，有了时空基准，不仅能满足我们日常生活中的定位、导航需求，还可以为地面应用提供很多特殊服务。而北斗卫星这些强大的功能必须由卫星的有效载荷系统来实现，北斗三号首发星的全部有效载荷研制都是出自西安分院的北斗团队。
北斗三号导航系统有着较高的定位精度，在中国境内可提供最高达毫米级的定位测量精度，这就使导航卫星能为人类生活提供更多服务。例如当前人们的共享单车，就可以用高精度定位功能提供“电子围栏”技术进行管理，一旦自行车没有停在规定的区域内，就会影响使用者的费用，能大大降低共享单车的社会管理成本。
北斗三号导航系统以其高精度定位的优势，还可以向用户提供精密测量测绘数据，例如测量地震后建筑物的下沉变化等，几毫米的下沉，都逃不过北斗的法眼。同样是利用卫星对地表进行测绘，遥感类卫星提供的测绘结果多以图像的形式呈现，而北斗则是特定的数据。同时，北斗三号导航系统还将向国际搜救组织免费提供全球范围内搜救服务，精确定位受困人员的地理位置，为国际救援贡献大国力量。
同时，因为西安分院研制的北斗三号首发双星的铷钟稳定度的大幅提高，授时精度也将大幅提高，可以为金融、电力、电信等行业及部门提供更为精确的授时功能，为经济社会发展作出新的贡献。
自主完好性监测 提高无人驾驶安全系数
北斗三号导航系统除了提供定位、导航和授时服务以外，还可以向用户提供完好性服务，即当导航系统无法用于某些预定操作时向用户发出及时有效告警的能力。完好性监测功能对民航、自动驾驶等生命安全领域用户来说极其重要。
目前，航空导航综合利用了微波导航、卫星导航等多种手段来保证导航的可靠性和飞行、着陆的安全性。在传统的卫星导航中，飞机偏离航线或者跑道时比较难以快速发现和纠正，而北斗三号卫星就能自主判断出该错误，在几秒之内向飞机上的导航终端发出告警信号，飞机上的导航终端就会自动优选信号更完好的北斗卫星进行导航，主动避免事故。北斗导航卫星的自主完好性监测在未来的无人驾驶上应用将更为广泛。有人驾驶时，驾驶员对车辆行驶的路线及停靠会有自己的判断，但是无人驾驶的汽车，就必须完全依靠导航及其它电子设备保证安全行驶和准确停靠，如果导航定位出现偏差，就很有可能出现交通事故。如果车载导航有了北斗自主完好性监测的提示，那么就能及时的提醒车载导航设备切换更好、更准确的导航信号，以便自主驾驶系统更安全操作。
由于北斗导航卫星的地面站较少，地面系统的全球连续完好性监测与实时告警的时间一般需要数十秒到几小时，而星上的直接监测预警仅仅需要几秒钟的时间。卫星自主完好性监测是北斗三号的一项新技术，相较于美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯以及欧洲的伽利略等导航卫星系统，中国的北斗在世界上首次实现了卫星的在轨完好性自主监测功能。
北斗三号导航系统保留了北斗现有系统的短报文服务，即通信功能，这是其他卫星导航系统不具备的能力。目前，短报文功能已在地震救灾、搜救驴友等方面发挥了重大功效。
在轨重构 给你想要的导航功能
据航天五院西安分院北斗导航副总设计师张立新介绍，北斗三号卫星系统具有有效载荷系统的在轨重构功能，这相较于现有的北斗导航系统来说，是一个巨大的创新和提升，同时，有效载荷系统的重构能力与GPS三代相比也是毫不逊色的。
导航卫星实现定位、导航、测绘、救援等功能，主要依靠有效载荷系统，而随着北斗的应用越来越广泛，人们对于导航卫星可提供的服务需求将会有所增加，这时候，只要改变有效载荷中的部分软件，就能实现新的导航功能。例如，通过改变注入软件增加导航信号、改变信号频率等来解决“导航信号不够用”、“信号质量不好”等问题。
除此之外，卫星在运行过程中，可能会出现这样或者那样的问题，在轨重构就能及时有效的解决问题，这是北斗一号、北斗二号卫星系统所不具备的能力。对于卫星在轨重构的范围，张立新说：“重构功能不能无限制扩展，就好比不可能将导航卫星变成通信卫星，可以说在轨重构是对卫星进行维护和升级的重要手段，以后我们的卫星里，可能都会有具备在轨重构的能力。”
星间链路让太空中上百颗卫星联网
北斗三号导航系统采取了星间传输、地基传输功能一体化设计，实现了高轨、中轨卫星及地面站的链路互通。在卫星之间搭建的通信测量链路被称为星间链路，星间链路是北斗三号实现全球导航服务功能的重要手段。
“我国在国土范围之外的地面站很少，星间链路能够让我们看不见的、在地球的另一面的北斗卫星，与我们头顶的北斗卫星取得联系，”张立新说。北斗三号的星间链路系统还能与其他类型卫星相关联，从而构建我国的天基综合信息网，实现我国卫星之间的联网。以遥感卫星为例，遥感卫星对全球的地面进行测绘，但只有卫星经过国土境内时才能将其收集到的图片信息传回地面，在天基综合信息网中，遥感卫星以北斗导航卫星的星间链路为通道，能够实现信息的实时传输，更加高效地互通天地信息。
星间链路是北斗卫星实现自主导航的关键。所谓自主导航，就是指即使地面站全部失效，30多颗北斗导航卫星也能通过星间链路提供精准定位和授时，地面用户通过手机等终端接收导航卫星的信号，仍旧能进行定位及导航。
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