定位导航、授时、短报文“撑起”北斗应用
最后更新：2020-06-11 10:15:18 手机定位技术交流文章
全国政协委员、中国北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风在今年的全国政协“委员会频道”上表示，北斗全球系统的最后一颗联网卫星定于6月发射，届时北斗全球星座的部署将圆满完成。
在去年底的全国新闻办公室会议上，中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统发言人冉承启透露，北斗系统服务覆盖200多个国家和地区，用户超过1亿，日常服务超过2亿...
“未来北斗将无处不在，从儿童定位手表到航空母舰……北斗将出现在所有需要定位、导航和计时的场景中。”这是南京航空航天大学航天学院微型卫星中心教授康国华所说的。
图为一台装有北斗导航系统的拖拉机在无人状态下播种。
此外，据新华社报道，Xi卫星测控中心最近完成了连接到网络的29颗北斗三号卫星的星间链路测试，确保全球网络如期完成。
定位和导航
高精度信号已经公开发布
在提到北斗的功能时，“定位和导航”经常被并列提及。但是这两个概念实际上是不同的。
康国华告诉记者，定位是导航的基础，导航是定位的应用。位置是“告诉你在哪里”，导航是“告诉你如何从现在的位置到达你想去的地方”。
中国科学院微卫星创新研究所的研究员陈鸿宇说，“简单地说，导航需要定位，然后地图和算法结合起来规划到达目的地的路线。”
以定位为例，大型基础设施项目需要卫星定位，如高速铁路、桥梁、机场建设以及后期变形监测。
例如，桥梁建成后，由于交通荷载、风力、温度、自然灾害等外部因素，以及混凝土收缩徐变、老化碳化、钢筋松弛腐蚀、桥墩基础沉降等内部因素。，各种影响如几何变化、内力变化和索力变化将不可避免地发生。如果这些变化太大，超出了桥梁所能承受的安全范围，将会产生灾难性的后果。为了保证桥梁的安全运营，必须对桥梁的变形进行长时间的监测。北斗卫星导航系统可以实现这样的长期监控。一旦变形指数超过标准，可以立即发出警报。
能达到多少精度？根据中国卫星导航系统管理办公室去年12月发布的《北斗卫星导航系统发展报告》(4.0版)，北斗的全球定位精度已经达到10米的水平和10米的高度。速度测量精度为每秒0.2米。在亚太地区，定位精度等级为5米，高程为5米(以上均为95%置信水平)。实测结果表明，北斗系统的服务能力完全达到并优于上述指标。
这还不是北斗的最高精度。不同的应用场景结合基于卫星的增强服务和精确单点定位服务，北斗的精度将会更高:冉承启在去年底的国家新闻办公室新闻发布会上表示，精确单点定位服务将为中国及周边地区提供动态分米级和静态厘米级的高精度定位服务，以满足用户在土地测绘、精准农业和自动驾驶等领域的高精度服务需求。
此外，冉承启还表示，北斗已经建成2000多个基准站，结合交通、测绘、地震、气象、土地等行业的监测站网络资源，在基础增强服务方面提供实时米、分米、厘米等增强定位精度服务。它已经在土地测绘、变形监测、精准农业、车道导航等应用领域开始大规模应用。“让我们想想，厘米级和毫米级的高精度服务将带来定位应用的巨大变化，如车道级导航，甚至建筑物变形监测。”
时间服务
从电网到股市，北斗可以提供“纳秒时钟”
北斗的定位和导航功能使我们能够在生活中直接联系。但是北斗远远不止于此。例如，北斗的“定时”功能是非常重要的“幕后英雄”。
“计时就是给出一个准确的时间。对某些仪器和设备来说，它是用来校准时间的。”康国华说道。
作为重要功能之一，北斗的授时功能为电网提供准确的时间。
北斗如何提供授时服务？清华大学电气工程与应用电子系教授谢晓荣表示，北斗卫星通常携带3到4个高精度(约0.3纳秒)原子钟作为参考时间源。卫星广播的电缆包含轨道坐标和卫星时间。结合接收机的空坐标，通过求解方程可以实现授时功能。"北斗的定时精度可以达到10纳秒，相当于全球定位系统."谢小荣说道。
康国华介绍，时间基准是国家安全保障，如高铁、电网、股市、计算机网络通信、跨海大桥和海底隧道建设等。，都需要时间同步。"可以说，现代社会离开统一的时间标准是不可思议的."康国华说道。
时间基准有多重要？以电网为例，谢晓荣给记者举了一个例子:如果100公里500千伏输电线路两端电压相量测量的时间基准差为0.1毫秒，可能会产生27万千瓦的功率差，相当于30多万个三户城镇的平均用电量；在电力系统故障分析中，要求变电站的时间同步精度优于1微秒，否则可能导致错误的故障原因分析结果。
谢晓荣说，据不完全统计，目前有数千套变电站时间同步装置接收北斗定时信号。20%以上的电力通信频率网接收北斗频率信号；相关产业预计将达到数百亿元人民币，并且发展迅速。
短报文
北斗以导航卫星“发短信”为特色。
“短消息”服务在其他外国卫星导航系统中不可用，可以称之为“北斗”功能。
简而言之，全球定位系统和其他系统只能接收来自卫星的信号，但不能向卫星发送信息。北斗的短信功能可以实现双向通信，其形式类似于手机短信，只要卫星在服务范围内，就可以发送到卫星。
“第一个北斗一号只验证了短消息系统，而第二个和第三个分别实现了区域和全球短消息服务。”陈鸿宇说。顾名思义，所谓的区域短信服务是为中国及其周边地区(东经75至135度，北纬10至55度)服务，而全球短信服务是为世界提供服务。
当手机短信越来越少用的时候，为什么北斗的短信功能在今天如此重要？
显然，短信服务并不是为普通城市用户“在线聊天”而设计的。它主要针对普通移动通信信号无法覆盖的区域(如无人地带、沙漠、海洋、极地等)。)或通信基站受损的情况(如地震、洪水、台风等)。)。
在这种情况下，装有北斗短消息模块的北斗终端可以通过短消息进行紧急通信，不仅可以让用户知道自己在哪里，还可以告诉别人发生了什么。
渔业是北斗短信应用的一个重要领域。在没有移动通信信号的海域，利用北斗系统短信功能，渔民可以通过北斗终端向家人报告安全，有效保障渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护和海洋主权维护。在2019年中国卫星导航大会上，冉承启提到，全国有7万多艘渔船和执法船安装了北斗终端，总共拯救了1万多人。
此外，林业巡逻、灾害通信、甚至电力和其他需要信息返回的领域都是短消息应用的场景。
值得一提的是，在北斗二代期间，已经出现了相当成熟的民用短信产品。据记者了解，目前市场上可以买到几千元的短信终端。每条短信的服务费大约是几美分，还有“逐年和逐月”套餐。与昂贵的卫星电话相比，短信服务成本更低，在“旅行者”中，短信相关产品有流行趋势。
[记者]徐勉与王世坤、王腾
[实习生]郭波
[规划]张智超
据新华社报道
[作者]徐勉；王世坤；王腾腾；张智超
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