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上海天文台:为北斗系统作导航

上海天文台:为北斗系统作导航 天地星联
2020-08-22
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导读:北斗卫星导航系统是首个由地球静止轨道、倾斜地球同步轨道以及中圆地球轨道三种混合轨道星座组成的卫星导航系统。这
北斗卫星导航系统是首个由地球静止轨道、倾斜地球同步轨道以及中圆地球轨道三种混合轨道星座组成的卫星导航系统。这是创举,混合星座有利于短时间内快速建立属于我们自己的导航系统;同时也是基于当时实际情况所作的选择。而三种轨道对卫星位置的获取带来了难度,也给精密的轨道确定和信息处理带来了挑战。

要知道,北斗系统为我们导航,而北斗系统也需要有时空基准作为参考才能实现定位。中国科学院上海天文台北斗导航系统研制团队则为北斗导航系统时空基准的精确建立和维持提供关键技术支持。

  • 承研的信息处理系统被称为卫星导航系统的“大脑”,利用多源测量数据实现北斗全球导航电文的实时生成;
  • 承研的时间频率系统及其组成的星载和地面氢原子钟被称为导航卫星的“心脏”,负责提供北斗时间频率标准;
  • 激光测距分系统相当于卫星导航系统的“量天尺”,负责精准判断北斗卫星轨道误差。

 

(图片来源:上海天文台)

“最强大脑”

据了解,我国目前的地面监测网是区域性的,地面基站的建设尚未形成全球分布,对卫星轨道的测量不够全面。对于要提供全球服务,在数据处理的层面上有一定的难度。


为了保证导航卫星时空信息的精确性和稳定性,上海天文台科研人员依托于在天体测量与天体力学、精密时间频率标准等优势学科数十年的科研积累,从“零”到“有”,大到方案设计,小到计算公式,都一再反复推算和检验,最终解决了大运算量数据整理、编辑、计算、存储、发送的计算机软硬件集成,统一调度稳定运行等信息处理构架等关键技术难题。

 

对于地面站的区域性,上海天文台科研人员通过结合区域监测网以及星间链路的星地星间联合精密定轨技术,设计联合定轨数据处理算法提高了稳健性和容错性

 

上海天文台研发的信息处理系统就像北斗的“最强大脑”,能实时修正误差,多备份,以保持高可靠度,空间信号精度与GPS相当,优于0.5米,全球定位精度为2.5米至5米。


(图片来源:上海天文台


导航卫星的“心脏”

由于采用光速传输的电磁波信号进行测距,十亿分之一秒(1纳秒)的时间误差就会导致0.3米的距离误差,因此精准的时间尤为重要。和其他三大全球导航系统的卫星一样,北斗也配置了高性能原子钟。星载原子钟为卫星系统提供了高稳定的时间频率基准信号。因为它不间断稳定地如同心脏的跳动,被称为导航卫星的“心脏”。


在北斗三号卫星系统工程建设中,上海天文台完成了多台星载氢原子钟正样产品的研制及交付,并随卫星发射入轨。星载氢钟采用国产元器件和原材料完成核心部件的研制,实现了星载氢钟核心技术和器部件自主可控。”

 

(图片来源:上海天文台


“量天尺” 

为了进一步演算北斗的精度,有效评估导航系统性能,上海天文台还发展了激光测距技术。它像一把“量天尺”,让两个点通过一束光相连。据悉,激光测距能精确测定激光信号从地面站与导航卫星往返时间差,从而计算出它们之间的距离,进而更有根据地标校北斗的定位、导航等指标精度。


上海天文台卫星激光测距研发始于上世纪70年代,在1972年成功建成我国第一台完整并投入应用的卫星激光测距系统。先后研制出我国第一、二、三代卫星激光测距系统,对带有激光反射器卫星的单次测距精度由最初的米级发展到现在的亚厘米级,步入国际前列,在我国卫星精密定轨、天文地球动力学、地壳运动监测等领域中起到了重要作用。

 

确保任务高质量完成,对上海天文台的科研人员要求很高。在为北斗保驾护航的道路上,上海天文台一直在奋力前行。


来源:今日北斗

【声明】内容源于网络
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天地星联
深圳市天地星联通信科技有限公司,是一家专注于卫星信号接收天线、无线数据传输产品的研发与生产。目前国内具有较强影响力的高精度天线供应商和卫星定位天线领域的领先者。
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