出品：“SELF格致论道讲坛”民众号（ID：SELFtalks），作者：徐颖，中国科学院空天信息研究院研究员，题图来自Unsplash

“斗极系统是环球独一一个具有通讯功用的卫星导航定位系统。”

人人好，本日迥殊幸运来到上海，应战一个之前从来没有应战过的范畴。我常常给人人做科普申报，但做脱口秀是第一次。

 

起首为人人引见一下本身，我叫徐颖，来自中国科学院空天信息研究院，本日来给人人讲讲导航。

 

关于导航

 

提到导航，实在人人都异常熟习。关于很多人来说，导航基本上即是我们手机上的舆图软件。适才在背景我们还在聊，人人本日是怎样到浦东藏书楼的？有说打车的，有说开车的，有说坐公交车的，有说骑自行车的，另有开坦克来的。对，那位小朋友，把你手中的玩具坦克放下，不要再玩了，我们最先听脱口秀。

 

实在，这是一个误会，导航是一个系统化的科学，其实不完整等价于我们手中的舆图软件。本日为人人解说导航，起首要给人人引见一个数字，这个数字是多少呢？这个数字是3。

 

为何说这个数字是3？《道德经》中讲到，终身二，二生三，三生三世十里桃花。以是我们只要把“3”这个题目说清楚了，我们也就了解了导航傍边的科学。

 

起首，导航不单单即是我们的舆图，作为一个系统化的科学，导航包罗三个基本要素：一个是时候，一个是地位，一个是指导我们从一个地位抵达另一个地位的精准掌握的历程，这个三位一体的系统我们才叫做导航。

 

基本原理

 

接下来，我们要说的是导航的基本原理。我们最少须要几颗卫星能力完成定位？三颗。

由于我们每一小我的地位都包罗经度、纬度和高度三个未知数。我们须要三颗卫星获得三个丈量值，列出三个方程，能力够求解出适才的三个未知数。

 

固然一般来说，我们最少须要四颗卫星，由于另有时候的题目。以是，四颗卫星是卫星导航定位的基本原理。

 

三大要素

 

那末是否是有了四颗卫星就处理了导航的一切题目呢？固然不是，俗语说一个好汉三个帮，一个竹篱三个桩，我们要处理导航题目也须要讲到三大要素。一个是卫星，一个是地面监测站，另有一个是用户终端。

 

卫星重要用来发射旌旗灯号，地面站重要用来监测旌旗灯号，而我们的终端就是跟人人打仗最多的了，比如人人常经常使用的手机就是一个终端。

 

固然除手机以外，斗极另有林林总总的终端，比如说我们的高动态、高精度、高灵敏度、抗滋扰、反诳骗、小型化、低功耗、手持型、车载型、船载型、弹载型、星载型、机载型，另有我们的斗极腕表、斗极鞋、斗极卡。林林总总，无奇不有。走过途经不要错过，全场两元，全场两元，两元钱你买不了亏损也买不了受骗，请进来看一看。

 

固然我们的斗极产物就是这么全，但是有一个斗极产物真的没有，就是前一阵我们方才辟谣的斗极舆图APP，它真的不即是斗极卫星导航定位系统，这个我们真没有。

 

三大题目

 

那末是否是有了卫星、地面段和终端，我们就以为本身能够出任CEO，迎娶高富帅，今后走上人生顶峰，踏上不再失路的斗极之路了呢？固然不是，我们还须要处理三个重大题目。

 

第一个题目是时候的题目。人人会以为时候有甚么关系？我眼前有一个计时器告诉我如今的时候，假定本日的脱口秀是下昼四点最先，您四点零一分到现场，我想事情人员也一定会让您进来。那末我们为何须要一个异常精准的时候呢？

 

这是由于在卫星导航傍边，我们是经由过程时候乘以斗极旌旗灯号的传播速率来丈量间隔的。斗极旌旗灯号的传播速率是光速，跟惊异队长的飞行速率一样，以是若是时候相差一秒，那末间隔就会差进来3背面8个0这么大的间隔。就像你正本要去丽江结果给你定位到了西藏，这时候导航就没有用了，还不如问百度。

 

以是我们要感谢物理学家，物理学家发清楚明了原子钟，把精度做到了10的负13次方如许的量级。

 

这个精度意味着甚么？意味着也许曩昔几千万年，时候的偏差才会曩昔1秒。也就意味着若是如今我们眼前有一台这个精度的原子钟，那末当它回溯到上一秒发作偏差的时候，我置信坐在台下的一定不是你们，而是恐龙了。

 

第二个题目是地位的题目。有了时候后，我们还须要一个正确的卫星的地位。这个题目的处理要感谢天主，天主扔了一个苹果，启示了夏娃，又扔了一个苹果，启示了牛顿，因而我们有了牛顿三大定律和开普勒定律，我们能够最先算卫星的轨道，才有了卫星的正确地位。

 

处理了时候和地位的题目，我们还须要处理第三个题目，即怎样让系统共存，怎样让系统一般运转？斗极三号估计30颗卫星掩盖环球，GPS24颗卫星掩盖环球，以后我们能够用的卫星数目已超过了100颗。怎样让这么多的卫星在天上事情，而相互之间不相互滋扰呢？就像现场同时有100小我措辞，我们怎样能力分辨出每一小我，而不让他被其他人的措辞声响所滋扰呢？

 

我们有三种处理方案。第一种叫做时分手艺，也叫作TDMA，也就是说我们有100小我措辞，但离别在各自对应的时候，在1到100分歧的时候段措辞，如许我们就可以分清相互措辞的时候。

 

第二种叫做频分手艺，也叫作FDMA，也就是说让每颗卫星发送的旌旗灯号在分歧的频次，比如把人离开关在分歧的小黑屋子里措辞，小黑屋断绝结果好，那天然也就不相互影响了。

 

第三种叫做码分手艺，也叫CDMA，我们在分歧的卫星上调制分歧的码元，给它附加特征来辨别每一颗卫星的旌旗灯号，比如让分歧的人用分歧的言语措辞，有的说英语，有的说普通话，有的说四川话，然后离别再找只能听懂英语、普通话和四川话的人来听他们措辞，如许也能辨别分歧卫星的旌旗灯号。

 

处理完时候、地位和分歧的发播体式格局这些题目以后，我们是否是终究能建成我们的卫星导航定位系统了呢？这个谜底是一定的。

 

斗极卫星导航系统

 

我们国度的卫星导航定位系统叫做斗极，它是环球掩盖的卫星导航定位系统，除我国的斗极，环球另有其他三个凶猛的小伙伴，离别是美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧盟的GALILEO系统。

 

除这四大卫星导航定位系统外，别的的无论是日本建的照样印度建的，都属于区域掩盖，不克不及叫作环球定位系统。

 

斗极系统的建立不是一挥而就，毕其功于一役的，斗极系统的建立也分为三个阶段：第一个阶段是2000年摆布建成斗极双星系统，也叫作斗极一号系统；第二个阶段是2012年摆布建成斗极二号系统，也叫作斗极区域系统，从有源定位系统酿成无源定位的系统；第三个阶段是到2020年摆布要建成斗极三号系统，也叫作斗极环球系统，斗极环球系统在2018年已完成了基本建立，也完成了对一带一起区域的掩盖。

 

有了这么多卫星，有了斗极系统以后，斗极系统究竟能为我们供应甚么功用？总的来说，斗极系统的功用可归结为三种，第一种是能够供应一个异常正确的地位，就像本日人人在这里若是翻开手机上的斗极系统，你就会发明你的地位是在浦东藏书楼。

 

第二种是能供应一个异常正确的时候，由于它本身的时候很准，以是也能够给我们做一个异常精准的授时。在我国的电力、金融系统中运用普遍。

 

第三种是斗极系统所特有的通讯功用。斗极系统是环球独一一个具有通讯功用的卫星导航定位系统。

 

以是，斗极系统作为一个基本的时空系统，为我们供应了全方位的无处不在的时空效劳。2018年我国的航天事业取得了伟大打破，统共完成39次火箭发射，第一次到达世界第一发射数目，个中斗极完成了18颗卫星的发射。我们不只具有中国精度，我们也具有中国速率。

 

作为一个航天人，我们为故国自满，也为中国航天骄傲，在未知的大航天时期眼前，充满了无穷种能够，从太空旅游到太空殡葬，从太空发电到太空采矿，人类在用想象力和手艺力应战着广袤无垠的宇宙空间。

 

虽然前路漫漫艰难险阻，但我们只能勇往直前，无问西东。感谢！

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