十问北斗 指引苍穹

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　　一问：为什么中国要建“北斗”？
　　1957年10月4日，苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星“斯普特尼克一号”。1958年2月1日，美国发射了第一颗人造卫星“探险者1号”。1989年2月4日，第一颗GPS卫星发射成功，GPS是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。
　　GPS系统分为军用和民用两种定位模式，其中民用方式向全球开放，对人们生活品质的提升相当大，例如汽车和手机导航就非常重要，人们告别了在纸制地图上找路的历史。 GPS对于探险航海就更重要了，关键时刻可以救命。这么好的东西，美国又投入了巨资，居然向全世界免费，难道美国政府是活雷锋？
　　中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其表示，长久以来，美国GPS系统都占据着卫星导航系统的“霸主”地位。只要美国一不开心，就可以随时关闭GPS，对全球任何一个依赖于现代科技的国家来说都是“致命性”的打击。所以，必须要发展本国的定位导航系统。
　　二问：目前世界上有哪些卫星导航系统？
　　目前，只有美国、俄罗斯、中国、欧盟先后建立了全球卫星导航系统。北斗导航系统（COMPASS）是现在世界上四个成熟的全球卫星导航系统之一。其他三个分别是：美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧洲的伽利略卫星导航系统（GALILEO）。日本、印度也建有区域卫星导航系统。
　　三问：北斗三号卫星导航系统有几颗卫星组网？
　　北斗三号卫星导航系统由24颗中圆地球轨道（MEO）卫星、3颗地球静止轨道（GEO）卫星和3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星，共30颗卫星组成。这种混合星座设计是北斗系统独有的，服务精度进一步提高，與其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力更强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。
　　四问：北斗卫星走过了怎样的星路历程？
　　从北斗一号系统开始建设，我们已经走过了26年，三代北斗已经在轨20年。
　　1994年，开始启动北斗一号系统建设。
　　2000年10月31日，第一颗北斗一号实验导航卫星升空。与此同时，北斗一号卫星开始提供公共服务，北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这种通导一体化的设计，是北斗的独创。
　　2004年，开始建设北斗二号系统。北斗二号系统一共拥有14颗卫星，2007年4月14日北斗实用卫星首次发射，2012年完成北斗二号系统组网，北斗二号创新性构建了5GEO+5IGSO+4MEO的中高轨混合星座架构。
　　2009年，正式启动北斗三号系统建设。
　　2017年11月5日19时45分，在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射两颗北斗三号卫星，这也是北斗三号卫星的首次发射。“未来，通过一箭双星或者多星模式发射卫星将是常态。”航天科技集团一院长征三号甲系列火箭副总设计师叶成敏表示。
　　2018年前后发射18颗北斗三号卫星，覆盖“一带一路”沿线国家。
　　2019年共发射北斗三号10箭19星。
　　2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。“截至当前，所有的北斗卫星均从这里飞向太空，成功率达到100%。”西昌卫星发射中心人力资源部主任林玉南表示。
　　五问：北斗三号卫星系统的优势所在？
　　与北斗二号相比，北斗三号卫星增加了性能更优、与世界其他卫星导航系统兼容性更好的B1C信号，按照国际标准提供了星基增强服务（SBAS）及搜索救援服务（SAR）。同时，还采用了更高性能的铷原子钟和氢原子钟，铷原子钟天稳定度为E-14量级，氢原子钟天稳定度为E-15量级。
　　不仅仅是信号能够覆盖全球，而且任何国家都可享受北斗带来的便利，更重要的是，其拥有许多GPS无法完成的功能，例如接收系统主动发射信号给卫星等。此外，北斗还采用了比GPS的二频信号更为先进、高级的三频信号，这也让目前除了美国GPS之外，各国又多了一个新的选择。
　　六问：北斗卫星是怎么找到你的？
　　作为中国版的GPS，这套系统的定位精度可以从“某地附近”变为“某一块砖”，北斗它是怎么做到的？需要多少颗这样的卫星才能实现？
　　首先你需要一个接收卫星信号的设备，例如安装了接收器的手表，收到信号后以你跟卫星的距离为半径画一个球，你的位置一定就在这个球体表面上的某一个点上，接着用同样的方法，利用第二颗卫星的信号得到第二个球体，你位置的范围会缩小到两球相交的平面上。这时只要再有一个这样的球体，你的位置范围就会进一步缩小在两个点上，排除太空中的那个点，你的位置就能被确定。
　　如何知道你跟卫星的距离，计算的关键在于信号传播速度和传播时间，理论上卫星信号的传播速度与光速相同，传播时间是你的手表接收信号的时间减去卫星发出信号的时间，现在用光速乘以时间差（L=V * （T1 - T2））就能得到你与该卫星的距离，可这只是理论上而言，现实情况中由于传播距离上信号传播速度会受到大气密度等因素的影响，导致不稳定，卫星用的原子钟和你的手表也不一样，时间会有误差。 　　因此除了之前提到的三颗卫星外，还至少需要第四颗卫星提供的数据来修正距离计算中的误差，且接收到的卫星信号越多，计算出的位置信息就越精确。
　　七问：北斗发射与国际电信联盟的关系？
　　“北斗卫星导航系统在发射的时候，有一个先决条件，必须要有国际电联（ITU）规定的这样一个频段，相当于频率的使用权利，这是国际电联规定的。ITU负责接收各国的卫星轨道和频率的申请，并进行备案和审批。”北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风回顾：“2000年，我们向国际电联无线电管理委员会申请了这样一个频率以后，规定在申请之日起，7年内申请方的系统必须开始使用，这意味着，我们必须在2007年发射我们的北斗卫星，否则，频率的资源就没有了。”2007年4月，一切准备就绪，火箭在塔架上蓄势待发，然而，最后一轮检查时，却发现“应答机”出现了问题，连夜驱车送到成都完成修复工作。4月14日，卫星发射升空，信号接收正常。
　　20多年前中国政府选拔了一名优秀的通信专业人士到国际电信联盟工作，他数十年如一日地勤恳工作，业绩斐然受人尊重，并在新一届选举中成功地当选了国际电信联盟秘书长，他就是赵厚麟。“北斗系统在其发展过程中也采用了最新的技术，国际电联今年最终将确认5G相关标准，那么在这个发展过程中，我们发现北斗系统一直跟踪世界最新的通讯技术，在这个方面，我非常赞同北斗系统专家们的国际眼光，瞄准前沿，大家一起和相关领域的专家密切合作，使得咱们北斗系统的先进性和实用性，能够在市场保持一个相当强的一个竞争力。”
　　八问：北斗和5G融合，将带来哪些新业态？
　　“北斗提供全球服务以后，各行各业应用北斗的信心倍增，全面布局北斗产业。同时，随着5G商用时代的到来，北斗正在与新一代通信、区块链、人工智能等新技术加速融合。”中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其在发布会上作出如上表述。
　　今冬疫情来袭，北斗率先投入战疫，在武汉火神山、雷神山医院建设中，北斗高精度定位设备火速驰援，确保工地大部分放线测量一次完成，实现高精度定位、精确标绘，向世界展示实现了“十天建成一所医院”的伟大壮举。
　　5月27日，5G和北斗齐上阵为珠峰“新高度”测量“神助攻”。GNSS卫星测量不再依赖GPS系统，首次用上了我国自主研发的北斗卫星导航系统。全球海拔最高的5G基站实现5G信号对珠峰北坡登山线路及峰顶的全面覆盖，亿万观众通过5G高清直播共同见证这一极限挑战时刻。
　　在冬奥会首钢园区内，基于北斗的高精度定位技术已展开应用。无人驾驶中型巴士、无人驾驶大型清扫车、无人驾驶共享轿车等多种自动驾驶车辆都是基于北斗提供的厘米级高精定位服务以及5G园区的建设。即将来临的2022年冬奥会，“北斗+5G”的技术也将被运用到奥运赛事中。
　　“北斗+高铁”京张智能高铁；“北斗+港口”深圳妈湾港区，一个个“北斗+”正加速走来，“北斗+5G”有望在机场调度、机器人巡检、无人机、建筑监测、车辆监控、物流管理等领域广泛应用。中国工程院院士、武汉大学教授刘经南认为，实现“北斗+5G”融合和相互赋能，能产生颠覆性的技术，未来应用有极大的想象空间，将催生更多的新技术、新需求与新业态。
　　九问：当广电遇上北斗，会碰撞出什么样的火花？
　　在广播电视系统中，标准时间占有重要的位置，是安全播出的前提条件。之前，广播电视中心常利用GPS授时来获取标准时间，GPS授时存在手段单一，我国没有自主控制权。目前，基于北斗卫星的广播电视授时系统已经展开应用，通过北斗卫星获取标准时间实现全台时间同步，此项应用对改变国外卫星授时系统垄断我国市场的状况，保证我国信息安全，具有重要意义。北斗授时系统接收北斗卫星授时时间信号，将标准UTC时间信息通过网络传输，为制作播出网络提供精确、标准、安全、可靠和多功能的ntp校时服务。
　　直播卫星作为广电的重大惠民工程，得到政府的大力推广。具备北斗定位功能的新一代“户户通”（也称“第四代‘户户通’”）已成为当下行业最新热门话题，4月27日，第四代北斗“户户通”成功上线62套标清节目和47套广播节目。直播卫星高清时代已经来临，5月9日，国家广播电视总局副局长朱咏雷出席全国广播电视直播卫星平台高清节目同播工作部署电视电话会议。他指示，今年6月底前，中央广播电视总台、中国教育电视台和具备条件的省级卫视高清频道，作为第一批频道通过直播卫星实现高清同播，推动直播卫星平台高清节目同播相关工作内容已纳入“十四五”发展规划。
　　十问：6月23日北斗三号最后一颗卫星发射实况直播团队？
　　与发射场的震撼场景、指挥大厅的拥抱掌声相比，负责此次卫星和火箭发射电视直播任务的转播车内略显平静，伴随着各种设备的运转声，各工种技术人员目不转睛的盯着屏幕，他们是北斗三号的幕后英雄。
　　按照中宣部对此次卫星发射宣传报道工作的统一部署，由央视和川台共同承担本次卫星发射的电视直播技术保障任务。在接到任务后，川台抽调10名技术骨干和一辆高清转播车、一辆高清卫星车组成了一支精干的转播技术团队。5月29日，直播团队奔赴西昌卫星发射中心进行先期踩点。6月5日，技术团队到达西昌后，全体人员通过了严格的政治审查和核酸检测。6月7日，进驻基地进行了为期10天的转播系统搭建和全系统技术测试工作。
　　转播车切换系统一共要接入23路各类摄像机、2路多视窗画面和1路EVS精彩回放，共计26路信号。配合央视制作团队解决了外场多机位视音频信号远距离传输、发射塔架12个工业镜头切换、2视窗/4视窗同步呈现及讯源调度、火箭发射时声画同步、各点位与转播车之间通讯网络信号全基地覆盖、外场接入信号低电位差消除等一系列技术难题。
　　高清卫星车将加密后的公共信号通过亚洲5号卫星转发器，传送到央视播出部，保障了央视新闻频道、国际频道、军事频道和新媒体平台的直播需求，向全球电视观众完美呈现了此次卫星发射的盛况。
　　二十年，北斗从无到有；二十年，北斗人霜染两鬓。中国航天人，辛苦了！抬头望见北斗星，苍穹铸就中國梦。北斗指引，世界尽收眼底。B&P
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