日前，我國正式宣布將于今年完成發(fā)射6至8顆北斗系統(tǒng)全球組網(wǎng)衛(wèi)星任務，并將于2018年前后完成18顆衛(wèi)星發(fā)射，率先為“一帶一路”沿線國家提供基本衛(wèi)星導航服務。預計到2020年，我國的北斗系統(tǒng)將建成具有全球服務能力的世界一流衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并將在監(jiān)測預警、應急救援等國家突發(fā)事件應急體系中發(fā)揮重要作用。目前，全球衛(wèi)星導航技術正得到世界各國的持續(xù)高度關注，美國的第三代GPS計劃已經(jīng)啟動，日本、印度等國也開始投入?yún)^(qū)域性衛(wèi)星導航系統(tǒng)研究。全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)究竟是如何“煉成”的，讓我們一探究竟。

導航定位可不簡單

一般來說，出門在外的我們要首先知道自己的位置，然后找準方向，選擇最優(yōu)的路線，才能走入去往目的地的“康莊大道”。以美國GPS系統(tǒng)為例，遨游在太空的導航衛(wèi)星都是“廣播”衛(wèi)星，會不斷地用無線電波發(fā)送自己的位置和時間，地面上需要導航的用戶只需要利用GPS接收機就可以接收到這些“來自星星”的廣播信號。

已知3個點的平面坐標及3個點到1未知點的水平距離，就可求解出未知點的位置，當把3個已知點搬入太空成為3顆人造衛(wèi)星，再同時測得未知點與3顆衛(wèi)星的距離，就能求解出未知點的位置，這就是常用的“距離后方交會”法。當我們需要解算出自己的方位信息時，相當于需要知道3個位置量和一個時間量，就需要同時接收到4顆以上的衛(wèi)星信號才有可能進行定位，這也就是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)都需要組建一個覆蓋全球衛(wèi)星星座的原因?，F(xiàn)有的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)普遍選用了中高軌道來部署導航星座，不僅實現(xiàn)成本較為低廉，也可以僅憑20到30顆衛(wèi)星就實現(xiàn)全球的廣播信號覆蓋。

在一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)內(nèi)，所有衛(wèi)星的位置通過準確的測算就可形成衛(wèi)星軌道星歷，衛(wèi)星在廣播的時候就會廣播這個位置信息，地面接收機就可據(jù)此計算出衛(wèi)星在特定時刻的準確位置。至于時間這個變量，由于所有的信號都是以光速傳播的電磁波，每顆衛(wèi)星隨身攜帶的時鐘都異常精準，普遍要達到1000年只差一秒的水平，并由國家授時中心提供時間基準實現(xiàn)統(tǒng)一計時。

目前除北斗外的三種全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)普遍使用了上述單向、終端自定位技術方案，導航衛(wèi)星發(fā)送報文，終端只負責接收，然后自行解碼出自己所處的位置。這種方案可在絕大多數(shù)地點實現(xiàn)定位，但不具備將自身位置信息共享的能力。我國研制的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位方式有一定不同，并不是由終端直接接收衛(wèi)星廣播信號去定位，而是通過終端發(fā)送定位請求到地面的服務基站，再由基站通過衛(wèi)星計算出坐標后發(fā)送給終端。通過這種方案，地面基站會保存每個終端的位置，并能提供120字簡短報文雙向通信，可在終端發(fā)生緊急情況時通知基站從而得到救援。同時，北斗系統(tǒng)短距離與基站的通信方式還能為在橋底、隧道等地實現(xiàn)高精度定位提供可能。