北鬥對美國的威脅更大,為何美國卻拿它沒轍?北鬥系統有多厲害?
“美國都已經有GPS瞭,為什麼我國還要再弄一套北鬥,費時費力,還費錢,也就導航時用一下,還不如GPS定位更準”
筆者和朋友聊天時,一位朋友如是說,他還是位小有成就的老板!本來還打算跟他唇槍舌劍一番,但想想過去的那麼多懟懟都沒法改變他的觀點,想想還是算瞭,因為和自以為是說這些無疑是對牛彈琴!
定位系統的原理是什麼,真有那麼重要嗎?
地位系統的原理其實不復雜,也就是三角定位而已,根據一個信號的兩個方向的延長線焦點即可知道信號發射臺在哪裡,當年無線電發射臺的定位用的就是這個方向!
不過定位系統卻是反過來的,兩個發射信號的設備,那麼根據接收到的信號距離,在綜合衛星軌道的數據,即可知道接收器所在的位置!當然兩顆衛星所能給出的定位信息隻是平面上的坐標,卻不知道自身所在的高度,一般還需要接收器有高度測量才能知道第三個坐標。
當然現代定位系統基本都會有超過三顆衛星發射的數據,因此定位數據可以做到平面坐標+高程數據,那麼這個接收器所在的三維坐標就完美實現瞭!
定位系統非常關鍵,在地面可以用紙質地圖,在空中可以用無線電導航,在茫茫大洋就隻能天文導航,計算復雜,精度還不能保證,所以即使是民用定位系統能給予幾十米的精度,也是前述這些導航所無法達到的。
而現代航空器以及導彈和滑翔的炸彈定位,要求抗幹擾、高精度且實時的狀態下,陀螺儀是隻能輔助,卻無法作為導航使用,因此實時的全球定位系統甚至就成瞭必須,另外定位系統理論上並沒有接收端的容量限制,就像是一個收音機,搭配2G、3G、4G、5G信號就可以構成一個我知道你在哪裡,你知道我在哪裡的龐大應用系統!
所以全球定位系統的二次開發產業龐大的你都無法想象,因為它是整個物聯網構成的重要組成部分,甚至還是現代建築建設測繪的重要工具(可以用差分定位的方式將精度提高幾個數量級)。
北鬥和GPS相比,到底有哪些優越性?
當我們所有的物聯網以及軍事應用系統全部搭上GPS這趟免費大卡車時(GPS隻開放民用碼,對於軍用來說完全不夠),但要是美國人關閉瞭定位系統(甚至可以欺騙定位)的話,結果會如何?很明顯這會導致商業應用崩潰,軍用系統將無法禦敵,甚至我們的通訊系統授時都會失效,手機通信都會中斷,這會引起什麼後果?還沒開始應戰,我們已經自亂陣腳瞭!
北鬥一號系統
所以作為一個定位系統的應用“超級大國”,我們必須要開發出自己的定位系統,早期我們開發的雙星定位,也稱北鬥一號系統,它使用瞭三顆衛星(兩顆工作星,一顆備份星),傾斜靜止衛星軌道,這個軌道會在亞太區上空走8字形,但一直可見,提供區域定位服務!
傾斜同步軌道
這套系統有一個控制系統,定位流程復雜,需要客戶端和定位系統之間互動,還需要控制中心解算出高程數據經系統發送給客戶端,不過這種方式隻需要兩顆衛星,並且還為以後的北鬥短信升級開創瞭思路。
北鬥二號系統
從2004年起,我國開始啟動全球導航能力的北鬥二號建設,到2019年時已經發射瞭20顆衛星,8顆為GEO衛星、7顆為IGSO衛星,5顆為MEO衛星,全球有限覆蓋,主要服務於亞太地區。
北鬥三號系統
這是真正具有全球定位能力的全球定位系統,2009年開工建設,標志性的事件是2015年8月份兩顆北鬥定位衛星之間的星間鏈路成功測試,這是全球運行的北鬥衛星維護的畢竟之路。
因為我國無法在全球建立眾多地面站,星間鏈路可以在中國境內就完成對所有衛星控制、信息註入以及監控工作狀態等。
2020年7月29日,北鬥衛星導航系統第55顆衛星(北鬥三號系統地球靜止軌道衛星)成功入軌,北鬥三號全球衛星導航系統建成,55顆衛星中,有GEO、IGSO和MEO三種軌道的衛星!
北鬥定位有什麼特色服務?
北鬥三號使用的完全一種無源定位系統,所以就一號有用戶限制而言,三號是沒有用戶數限制的,隻要原因,全球所有人都可以用定位而不會擁堵。
另一個特色則是北鬥的短報文業務,從二號的36字報文到三號的1200字報文,還可以傳輸圖片,事實上這點非常重要,使用GPS系統的朋友必須要移動通信才能告知對方我在哪裡,否則隻是自己知道自己卻無法告訴別人而獲得救援,所以從這一點來看,北鬥絕對是一套真正的救命系統。
還有一點則是北鬥部分衛星還攜帶瞭Cospas-Sarsat衛星輔助搜索和應急救援計劃的有效載荷,在發生緊急情況時,可以參與國際合作的應急救災工作中。
GPS衛星:10顆,格洛納斯:9顆,北鬥:12顆,日本:1顆
北鬥二號系統是優於10米的定位精度,北鬥三號的定位精度將提升1~2倍,達到2.5米~5米水平。
北鬥衛星軌跡在地面投影:藍色8字形軌跡為IGSO衛星,紅色定點為GEO衛星,綠色為MEO衛星
GPS系統是美國軍方主導建立,1978年2月首次發射,並於1994年全面建成全球定位系統,總共33顆衛星,軌道類型6x MEO planes,軌道高度20,180千米(中高度軌道)。無源定位系統,用戶數量無限制。
另外還有俄羅斯的格洛納斯以及歐洲的伽利略定位系統,除瞭這些全球定位系統外還有日本和印度的區域定位系統,隻服務於本國,選擇的是傾斜同步軌道,衛星的星下點是8字形。
如果美國想封鎖北鬥,他們有什麼辦法?
美國封鎖別國的產業已經不止一次兩次瞭,比如封鎖華為和中興,禁止向能對美國構成競爭威脅的公司出口芯片以及制造芯片的相關技術,而對於這樣的封鎖這些公司能應對的方式並不多,那麼北鬥會以這種方式被美國封鎖嗎?
北鬥一號使用的是瑞士產的原子鐘,這是定位系統的核心部件,但從二號開始使用中國航天科工二院203所研制的國產原子鐘,到北鬥三號,我國的北鬥衛星純國產,或者根本就不會受到美國封鎖的影響。
那麼會被他們幹擾嗎?這是必然的,同時我們也能幹擾GPS,這種無差別攻擊的結果就是大傢都沒得用,所以美國必須掂量幹擾的後果。
同理,如果美國使用標準三擊落中國衛星的話,我們也能以同樣的手段攻擊對方任何衛星,所以從這些方面看,美國封鎖北鬥的努力早已失敗,早期的北鬥一號時小打小鬧,美國人根本不在意,等到二號三號時北鬥系統已經強大到無法封鎖。