科普课堂｜北斗卫星导航系统的重大关键技术

      卫星导航系统以一种星座方式工作，同时有数十棵卫星在天上运转，所以稳定的空间卫星平台是关键，长时间连续发送信号，这是系统成功的重要标志，稳定的供电也是不可回避的事。近几年来，北斗卫星在空间稳定运营，地面上成千上万用户在使用，保证一切工作正常，说明北斗的空间卫星平台经受住了很好的考验。我国在自主的第一颗人造卫星“东方红”上天以后，不断地优化我们的卫星平台，由于有三种轨道，平台间还存在着差异性，而全球系统与区域新天地卫星同样有差异性。特别值得指出的是，北斗卫星导航系统不仅仅是单个卫星的平台，而是一个数十颗卫星同时存在和工作的星座，它极大地改变了卫星制造的生产模式和维护维修维持模式，在相当大程度上，促进了我国航天事业从试验型向业务型转变，从单个生产制造逐步向批量化生产方式转变的过程。同时也将涉及发射模式、卫星测控管理模式，均会发生重大转变。而长寿的卫星平台和管控技术，是个极其严峻的挑战和考验。

      卫星导航的测量原理，最终归结为时间测量，而且要求精度极高，好在人们在时间测量上所达到的水平非常高，这是人们几十年奋斗的结果，高精度的原子时钟一般可达到百万年才差1秒。我国的空间用原子钟，已经投入北斗的正式应用，这是一个重大的突破。近些年来，我国在原子钟国产化方面取得长足进步，并且在不同种类的原子钟技术上取得某些重大突破。我们的奋斗目标是在尽可能短的时期内赶上国际先进水平，因为航天级原子钟是卫星导航系统的心脏，是高精度的关键依托，是现代信息社会所有关键技术的出发点和信息普惠的基础。

      中国联通的主要无线网络使用的是CDMA技术，目前全球卫星导航领域主要就是采用这种码分多址技术，它是利用伪随机噪声码技术，将导航卫星信号进行扩频，变成类似噪声一样的信号，利用不同的伪码可以区分来自不同卫星的信号，而所有的北斗卫星可以由此利用同一个频点（载波）来发送各自的信号，这种信号体制大大简化了导航定位接收机的物理结构和射频部分，实现了多卫星多信道的同时接收。在信号体制的竞争中，对于后来者，往往无法取得后发优势，这就给我们增添了更大的困难和问题，所以我们应该更加努力，在夹缝中求生存，要在应用策略、在兼容互操作技术中赢得主动权。在新一代卫星导航信号设计中，中国取得了明显的技术进步，而且创造了具有一定竞争力的自主知识产权的信号体制机制，并且在全球系统卫星布局中开始投入实际试验和应用。

      卫星信号从卫星至接收机跨越数万公里，大气中的传播环境直接影响到信号的测量精度和可靠性，会对这些重要性能指标产生决定性的影响，尤其是在高精度条件下，电离层和对流层与多径效应形成的误差已成为最重要的一组误差源，所以人们千方百计地去设法进行环境模型的研究，尽一切可能实施误差改正，将它们的影响减少到最小。但这是件很难的事，随着技术的进步，测量精度要求越来越高，环境效应的矛盾日益突出，至今还一直困扰着人们。实际上，严酷的物理环境和严重的电磁干扰环境都会影响到卫星导航接收机的正常工作，所以环境影响及其应对举措的研究一直是卫星导航应用的关注点。环境技术是卫星导航需要突破的重点和难点，随着卫星导航技术广泛深入的应用和服务产业的蓬勃发展，环境技术得到进一步的重视和关注，而且这方面中国人可以做出自己的特色来，因为环境的最大特点是本地化，所以有更大的发展余地。中国的低纬度电离层具有赤道异常特征，是值得好好加以分析研究的，这样不仅有利于学术研究的进步，而且可以提供实际的电离层改正应用，减少误差影响。