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“北斗”因何而生----新知·衛星導航與中國北斗
更新時間:2020-10-20   人氣:755
? 更多衛星導航系統的存在,增加了精度,提高了穩定性,提高了可靠性。美國GPS,俄羅斯格洛納斯,歐洲伽利略,中國北斗,群星璀璨的星空,北斗仍然會閃出它的光芒。

一個人、一個國家都需要衛星導航

我們最常見的問題是,打電話,我在哪兒?你在哪兒?我怎么去你那兒?遇到危險了,需要救援,我們怎么到你那兒?因此需要定位。

北京西站在什么地方?如果你的回答是在地球上,你是正確的,如果說在地球的什么地方,你說在中國,更正確了。在北京,又精確了一步。在北京什么地方?大概是北緯39度53分,東經116度19分。這時候還不知道在哪兒。我們不僅需要定位,還需要一個參照物,要引導,要參照,這才叫導航,不僅僅是定位。所以,導航和測繪是密不可分的。

我們行人借助地圖,飛機利用無線電、航標導航,艦船利用無線電、航標、天文進行導航,汽車利用各種衛星導航系統和地理信息系統導航。所以,我們的日常生活離不開導航。汽車變成我們的代步工具,當你到一個陌生的地方,不僅需要衛星的導航,可能還需要很多參照物。我們其他的載體,比如我們的飛機、導彈、坦克、火車、艦船等等都需要導航。

我們生活在地球,大家知道,地形是極其不規則的,我們看到的地圖又是極其規則、美麗的。從不規則的地球到規則的地圖,我們最核心的一步是要定位,要做控制,否則這個地圖是不精確的。我們定完位,把它移到一個球體上再到一個圓柱體上,然后再展開成一個平面,再做糾正,這樣才能拿到我們手上的地圖,所以關鍵環節是定位。

一個國家必須有自己獨立的坐標系統,我們的衛星都在圍繞地球運行,要確定這個坐標系統,衛星導航是最最重要的手段之一。我們生活在一個始終變化著的地球,日本去年剛發生過大地震,可以說每時每刻我們腳踩著的地球都在變化,監測這個變化的手段就是衛星導航。我們每時每刻每秒都在觀測,把這個數據處理完以后,我們就會給大家提供這樣一張圖出來——中國的地殼是這樣運動的。這就是導航定位。

導航原理簡單,衛星導航工程很復雜

導航的基本原理是什么?其實導航簡單得不能再簡單。古代,我們的獵人們根本沒有什么知識,更沒有導航知識,他走到森林里,他會做很多記號,這就是做導航,然后返程時通過記號回來。鄭和下西洋,他用的是羅盤,也就是指南針,航海要進行導航。我們用地圖、影像、地形做了這么多導航,還可以用星辰。我們看太陽,用脈沖星射線,還有無線電導航等等。

如果有兩個觀測者,他們兩人的坐標已知,相互距離也已知,測一個角度,就可以把位置點算下來,這大概是中學生也學過的知識。衛星導航的原理也是如此。利用已知多個衛星的位置,將所需的點的位置計算出來(全球四大衛星導航系統都采用三球交會的幾何原理來實現定位——編者)。

當然,原理即使簡單,但是科學構成極其復雜。因此衛星導航是極其復雜的工程。大家知道,衛星在我們大氣層之上,無線電信號是要通過大氣層的,你不得不考慮大氣各種因素對信號的影響;人生活在地面上,可能還有樓房等固體物體遮蓋;我們還生活在電磁場當中,還有很多高壓線,都可能產生干擾,你就不得不考慮這么多障礙物的影響。此外,還要考慮頻率問題、信號捕獲問題、時鐘精度和穩定性的問題,這是一個極其復雜的科學工程。

中國最初的北斗衛星導航試驗系統,原理就是雙星定位,已知兩個衛星的位置,測一個點測不下來,就加上地面高程,就能計算出這個點的三維坐標。它的導航原理就這么簡單。但是,我們這個試驗系統應該說解決了國家當時的急需,解決了有無問題,為北斗衛星導航系統發展積累了經驗,也為中國電子產業的發展注入了新的活力,為中國衛星導航爭取了國際地位。

北斗衛星導航系統工程總設計師孫家棟院士說,中國的北斗是世界的北斗,中國的北斗不僅為中國人作出貢獻,也為世界人作出貢獻。
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