北斗工程自1994年正式立項(xiàng)以來，已經(jīng)走過了20多個年頭。如今，北斗系統(tǒng)基本建成，并在約10萬參試人員的努力下實(shí)現(xiàn)了自主可控的要求。

現(xiàn)階段全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)有美國GPS、中國北斗、歐洲伽利略和俄羅斯格洛納斯4個成員。相比于國外的系統(tǒng)，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡稱北斗系統(tǒng)）到底有多牛？

星間鏈路

一直以來，美國GPS系統(tǒng)之所以成為導(dǎo)航領(lǐng)域的“霸主”，很重要的一點(diǎn)是GPS全球布站，每一個地面站如同“防御塔”般遍布全球，讓GPS衛(wèi)星在任何位置都處在“防御塔”的輻射范圍內(nèi)，可“隨意輸出”。但北斗系統(tǒng)很難像GPS系統(tǒng)那樣在全球范圍內(nèi)建立自己的“防御塔”，所以境外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸通道就成了問題。

北斗三號通過星間鏈路解決了這一難題。通過在衛(wèi)星之間搭建通信測量鏈路，北斗系統(tǒng)采用Ka頻段中速星間鏈路，實(shí)現(xiàn)星間、星地傳輸以及衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面站的鏈路互通。

不僅如此，星間鏈路還能讓衛(wèi)星在太空中相互測距校準(zhǔn)，自動保持隊(duì)形。這就好比北斗衛(wèi)星拉了一個“微信群”，大家可以愉快地在群里“聊天”。即使和地面中斷聯(lián)系，它們也能照常提供服務(wù)。

有了星間鏈路，我們就可以不依賴于全球建站與其他衛(wèi)星相連，而是依靠境內(nèi)的地面站管理全球的衛(wèi)星，使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能夠獨(dú)立自主地運(yùn)行，且具有很強(qiáng)的抗干擾性。

高精度原子鐘

導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎都是依靠原子鐘“掌握”時間精度，時間精度就是衛(wèi)星導(dǎo)航的“命門”，天、地間時間越同步、誤差越小，定位精度越高。

北斗三號高精度星載原子鐘的穩(wěn)定度達(dá)到E-14量級，這相當(dāng)于300萬年內(nèi)只會出現(xiàn)1秒誤差。這一技術(shù)進(jìn)步直接推動了我國全球?qū)Ш较到y(tǒng)定位精度的發(fā)展，讓導(dǎo)航系統(tǒng)的時頻精度提高了一個量級，使原子鐘能連續(xù)地工作。

北斗三號星載時頻系統(tǒng)增加了衛(wèi)星鐘完好性監(jiān)測與衛(wèi)星鐘自主平穩(wěn)切換等功能，使多個原子鐘保持同步，當(dāng)主工作原子鐘出現(xiàn)故障后，衛(wèi)星能夠自主診斷并平穩(wěn)切換，保證衛(wèi)星時頻信號的連續(xù)性，極大地提高了導(dǎo)航信號與服務(wù)的可靠性。

新信號體制

2017年，中美雙方簽署了《北斗與GPS信號兼容與互操作聯(lián)合聲明》，標(biāo)志著中國北斗系統(tǒng)與美國GPS系統(tǒng)在國際電聯(lián)框架下實(shí)現(xiàn)射頻兼容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)民用信號互操作。

從用戶層面來講，一般來說，接收機(jī)需同時收到至少4顆導(dǎo)航衛(wèi)星信號才能實(shí)現(xiàn)定位。如果使用單一導(dǎo)航系統(tǒng)，由于某一區(qū)域上空的衛(wèi)星數(shù)量有限，一旦接收機(jī)與某顆衛(wèi)星斷開聯(lián)系就會影響定位服務(wù)的持續(xù)性。北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作后，用戶用一臺接收機(jī)能同時接收兩個系統(tǒng)的衛(wèi)星信號，如果GPS衛(wèi)星數(shù)量不夠還有北斗衛(wèi)星，定位的穩(wěn)定性和精度會更高。

北斗三號新增了B1C公開信號，并對B2信號進(jìn)行了升級，采用新設(shè)計(jì)的B2a信號替代原B2I信號，實(shí)現(xiàn)了信號性能的提升，更好地滿足了兼容互操作。

“天羅地網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)高精度

北斗系統(tǒng)由“天羅地網(wǎng)”組成，“天羅”由導(dǎo)航衛(wèi)星組成，“地網(wǎng)”由超過1 800個地基增強(qiáng)站組成。在“天羅地網(wǎng)”的支持下，北斗系統(tǒng)的定位精度可達(dá)厘米級。

北斗衛(wèi)星已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位功能，為什么還要地面網(wǎng)的支持？由于受衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差等因素影響，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差難以消除。這時可以通過在地面建立地基增強(qiáng)站，以定位算法獲得定位數(shù)據(jù)差分信息，再進(jìn)行大范圍播發(fā)，幫助各類終端實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)定位。

北斗三號衛(wèi)星

北斗三號系統(tǒng)的定位精度與之前相比提升了1至2倍，達(dá)到2.5米至5米水平。系統(tǒng)完全建成后，將為用戶免費(fèi)提供約10米精度的定位服務(wù)和每秒0.2米的測速服務(wù)。而隨著北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)“地面網(wǎng)”的“加盟”，北斗系統(tǒng)的服務(wù)精度將達(dá)到厘米級。（據(jù)中國科普博覽）