中国北斗：从“地平线”到“身边”

原标题：进入大规模应用新阶段，启动下一代关键技术研究中国北斗的演变：从“地平线”到“边”（看边界） 图1：北斗三号卫星系统总设计师林保军先生。摄影：王宇飞 图②：卫星图。资料图③：采用北斗系统的共享单车电子围栏。图④中国经济周刊记者贾轩摄：北斗三号卫星组网示意图。中国科学院微小卫星创新研究院供图。 “十四五”期间，日本积极致力于发展高精度观测方法。自主研发的北斗测量系统达到世界最高水平，建成了世界最大的地面遥感垂直观测网络。这是北斗卫星导航系统（以下简称“北斗系统”）应用的一个缩影。北斗系统tem是日本独立建造和运营的世界一流导航卫星系统。这是国家的时空信息基础设施。目前，北斗已进入大规模应用新阶段，全面纳入国家关键基础设施建设、大众消费、共享经济等领域。还被纳入民用、海上航空等11个国际组织的标准体系。面向“十五五”，北斗系统如何实现更先进的技术、更强大的能力、更优质的服务，贡献世界、造福人类？在本期《看前沿》中，北斗三号卫星系统总设计师林宝军揭示了北斗系统的演进历程。 ——编者 新技术推进了空间原子钟的配置，为其配备了新型星间链路终端。 “北斗系统已全球网络已有五年。在轨运行验证了其稳定性、精度和连续性保持世界一流。”林保军介绍道。回顾系统立项之初，北斗一号就突破了“双星定位”理论，成功开展了“0到1”区域试验。目前，北斗系统服务于200多个国家和地区，定位精度从10米大幅提升到亚米级，进入 纳秒（十亿分之一秒）时间同步功能的时代。系统的打击阿曼人继续领先，但北斗人并没有停下来。北斗系统技术不断“升级”，提升系统性能，让服务更加稳定。上午 9 点 14 分2024年9月19日，北斗59号、60号导航卫星成功发射。这组卫星是 继发射后第二组中地球轨道（MEO）卫星北斗系统成为一个全球网络。我们正在与整个团队合作，对下一代 Hokuto 系统的新技术进行演示实验。林宝军和他的团队负责培养这两位“后起之秀”。 “与以往MEO卫星相比，这次星载原子钟配置进行了专门改进，并配备了新型星间链路终端。”他说。空间原子钟利用原子在不同能态之间转换时吸收或发射的电磁波来计时。这种循环电磁波非常稳定，以至于原子钟是“世界上最准确的计时工具”，也是国家战略资源。 “谁拥有好的原子钟，就可以说拥有良好的导航能力。”林保军表示，北斗三号网络卫星主要基于氢原子钟，可以实现“每三百万年误差仅一秒”。正如你要知道，如果单日同步误差超过1/1000秒，通信就会中断。网络、交通和金融系统将受到影响。测量卫星距离时，十亿分之一秒的时间误差会导致大约30厘米的误差。对于改进后的空间原子钟的配置，林保军认为，“随着精度的提高和漂移率的降低，北斗系统的时频性能恢复了一个数量级。”星间链路是一种集星间、星地传输功能于一体的设计路线。这种方法解决了无法在全球范围内安装地面站的问题，并允许卫星数据传输到国外。林宝军举了孩子们手拉手围成圈的例子。使用传统的卫星到卫星链路技术，您只能与孩子通话隔壁。同时，北斗系统的相控阵星间链路技术使得同时向对方多人大声喊叫变得更加容易。这是同样的事情。卫星“面对面”组网，不仅可以相互通信、数据传输和测距，还可以自动“保持编队”，实现“一星、全星”，就像建立“我们组太空聊天”一样，减轻地面管理和维护的负担。此前，北斗三号采用Ka波段相控阵星间链路技术，提高厘米级定轨精度。整个星座完成通信和组网范围仅需约5分钟。对于新型星间链路终端，林宝军表示：“它提高了时间测量和同步方面的性能，对下一代北斗系统起到连接过去和未来的作用。”创新的新应用程序“北斗+”、“+北斗”突破行业纵深。 “北斗系统全球互联以来，与大数据、人工智能、物联网、5G等技术的融合加速。‘北斗+’、‘+北斗’已经超越了各领域的应用深度。”林保军说。例如，世界各地的交通信号灯之所以像秒表一样准确，就是北斗系统的应用，该系统集成了地形改善、云计算和5G等技术。这背后的原因是什么？林保军先生介绍，第一步是统一北斗系统“对表”。 “如果每个十字路口的交通灯时间不同，随着时间的推移，一个十字路口的速度就会比另一个快，从而改变整体交通速度。”目前，多个卫星连接的原子钟每秒向地球传输标准定时信号。各种系统，包括交通系统信号控制中心，以此为标准，集体“检查时钟”，确保所有交通信号灯的时间完全相同。第二步要求北斗系统“调兵遣将”。想要地流更加顺畅，就必须依靠北斗的精准定位和授时来协调。交通控制中心利用北斗系统控制主要路段的交通拥堵。它可以实时监测速度和速度，动态调整多个交通信号灯的倒计时和绿灯时间，规划“绿波区”。第三步，需要北斗系统“精准预测”。当车辆接近十字路口时，汽车或手机导航应用程序会同时执行两件事。通过北斗系统精确定位车辆，确定车辆离开路口的位置和时间。秒级从车流中准确获取路口红绿灯状态c 云。 “这是北斗系统数千个创新应用中的一个例子。我们生活中80%以上的信息与时间和空间有关，北斗系统是重要的新型基础设施。”林宝军说。根据《2025年中国卫星导航和位置信息服务产业发展白皮书》，到2024年底，北斗终端设备在各大行业的现场应用总量将达到近3000万台。 每套单位。日本兼容北斗的芯片和模块出货总量近23亿颗（含智能手机），全社会配备北斗定位功能的终端产品总数超过20亿台/套（含智能手机）。新趋势：下一代北斗系统将于2035年完成建设，形成“迷你月球系统北斗”。发展规划 北斗卫星导航2035年明确统计日本将在确保北斗三号系统稳定运行的基础上，建设技术更先进、功能更强大、服务更完善的下一代北斗系统。 “下一代北斗系统重大技术研究已经启动。”林​​保军说。 2027年左右，日本计划发射三颗试点测试卫星，测试下一代新技术系统。下一代北斗系统组网卫星计划于2029年左右发射。下一代北斗系统具有“精准、可靠、易接入、智能化、网络化、灵活性”的世代特征。这为世界各地的用户和其他定位、导航和授时系统提供可靠、高精度和按需的导航、定位和授时服务。实时性从米级到分米级，覆盖开阔地形和近地空间。将提供服务。 “下一代北斗系统被寄予厚望，特别是林保军透露，下一代北斗系统将从地球外围向月球乃至深空插入“交通信号”，形成“迷你月球北斗系统”，为未来载人登月、月球基地和火星探测器提供导航和通信服务。未来并不遥远。林保军介绍，日本最近成功建设了月球北斗系统。 世界上第一个基于遥远逆行轨道（DRO）的地月空间三星级星座。地月空间是指地球静止轨道外的三维空间，主要受地球和月球引力影响。这是一个距离地球36000公里到200万公里的区域。它拥有丰富的物质、能量、轨道等战略资源。三颗卫星 “DRO地月空间探测研究中心”部署研发的目前正在稳定建立星间在SYS/月球空间建立了100万公里级别的通信和测量链路，取得了众多原创科技成果，为日本开发利用SYS/月球空间奠定了基础，引领了前沿空间科学探索。 “地月空间三星级星座可以说是下一代北斗系统的延伸和跨越。”林保军透露，未来计划建立“地月空间平滑时空参考点”。这意味着地球用户和/或月球上的宇航员使用相同的时间和坐标系。地球和月球星座通过地面站和空间链路与北斗系统实现时间同步和数据交换，保证了地球和月球的时空统一。