卫星导航系统科普教育

卫星导航系统问题1•海军指挥官下达“开炮”指令后，导弹从军舰发出打到了陆地，这里面用到了什么样的技术？问题2•这个导弹是不是长眼睛了，为什么只打好人不打坏人，它是怎么分辨好人和坏人的？•战狼截图，轰炸坏人问题3•冷锋拿的那个手机，拍下了敌人的罪证，为我军下达攻击指令提供了证据。除此之外，手机是不是还有其他的功能？问题1•导弹从军舰发射打到陆地，用到了火箭推进的相关技术、导弹的飞行控制技术、卫星定位导航技术等很多的技术手段。•让你飞、让你这么飞、让你往那飞火箭推进技术推导导弹控制技术卫星导航定位技术问题2•坏人的身上装上了一种叫“卫星定位系统”的磁铁，这个导弹受到这个磁铁的吸引，尽管没长眼睛，但就是只打好人不打坏人。坏人身上的磁铁问题3•冷锋的手机除了录证据，还有一个重要的作用，就是获取了冷锋和敌人的准确位置。•手机通过“卫星定位系统”，准确捕捉到了敌人所在的地理位置，或者说我们常说的GPS经纬度坐标，我们的导弹通过“卫星定位导航”技术准确命中敌人，成功掩护冷锋他们撤离。卫星定位系统什么是卫星定位系统？•一说到卫星定位系统，我们首先想到的就是GPS，全称（GlobalPositioningSystem），翻译过来就是“全球定位系统”。•这是一个由覆盖全球的卫星组成的卫星系统。•这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到卫星（一般是4颗，最少3颗），以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。GPS起源•1957年10月4日，苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星，开创了人类的空间世纪。•美国对此密切关注，有一位名叫比尔.盖伊的数学家和一位叫乔治.威芬巴赫的物理学家，他们在霍普斯金的应用物理实验室里发现了一个现象，那就是这颗卫星的频率出现了偏移，经研究发现是相对运动引起的多普勒频移效应•这两位科学家对此进行了实验研究，发现如果在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置，他们很高兴地把这个研究成果告诉了实验室主任弗兰克.麦克卢尔，说他们已经实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪。•弗兰克主任当时在做海军的一项研究，研究内容是五角大楼如何知道茫茫大海中军舰的具体位置，听到两位科学家的汇报后他眼前一亮，既然你们能够发现卫星在哪里，如果把问题反过来，卫星就能发现你们在哪里，海军军舰定位的问题有思路了！•GPS系统就按这种思路启动了，方案中需要解决的第一个问题就是：卫星该采用低、中、高哪种轨道？•低——精度好，花钱多•高——花钱少，精度差•中——花钱不多，精度不错•基于以上综合考虑，美国选择了24颗卫星的中轨道星座。•1978年发射了第一颗，全系统在1995年投入运行，现有卫星30颗。•分为军用和民用两种定位模式，其中民用方式向全球开放。•在卫星定位导航这个系统诞生前，我们所用的导航技术大家有知道的么？传统导航技术•我们中国作为现在仅存的文明古国之一，发明了人类最早的导航工具“司南”“指南车”•随着后期的演化，衍生了指南针、指北针等导航工具。无线电导航•无线电导航惯性导航•传统的导航系统存在误差或缺陷，并且会因时间的累积而扩大，因此若能采用某种设备，在一定时间内适当修正，一定可以大幅度改善系统导航精确度•修正误差的设备—卫星导航系统•卫星导航系统为人类带来了巨大的社会效益和经济效益，精细农业、科学研究、环境监测、灾害评估、安全保障、天体定位、建筑工程、自然资源分析等几乎我们能够想象到的所有领域，都在直接或间接的受这个系统的影响。应用实例精细农业科学研究人员追踪户外导航当代测绘卫星导航系统GNSS•国际上有一个高大上的俱乐部，它只有四个会员，却吸引了各国首脑的关注和众多顶级科学家工程师的研究。•这个俱乐部就是GNSS（全球导航卫星系统）。•目前，这四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、中国北斗COMPASS。卫星导航系统卫星数量定位精度系统进展研制国家北斗系统35颗10米2007年发射两颗北斗导航卫星，2008年左右满足中国及周边地区用户需求。中国伽利略系统30颗小于1米1999年欧盟公布了“伽利略”计划，现在“伽利略”系统正在建设中。欧盟格洛纳斯(GLONASS)系统24颗10-15米目前GLONASS系统已有17颗卫星在轨运行，计划2008年全部部署到位。俄罗斯GPS系统24颗5米美国•GPS：成熟•GPS，作为大家最为熟悉的定位导航系统，最大的特点就是技术方面最为成熟。•美国“全球定位系统”（GPS），是目前世界上应用最广泛、也是技术最成熟的导航定位系统。GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星。1994年3月，由24颗卫星组成的导航“星座”部署完毕，标志着GPS正式建成。•俄罗斯格洛纳斯：抗干扰能力强•早在美苏冷战时期，美国和苏联就各项技术特别是空间技术方面争锋相对，在美国GPS技术遍布全国的同时，苏联也没闲着，一直忙于研发自己的全球导航定位系统。俄罗斯的这套格洛纳斯系统便是其不断努力的结果。格洛纳斯由24颗卫星组成，也是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。尽管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。值得一提的是，格洛纳斯项目是苏联在1976年启动的项目，迄今为止，也有了三十年左右的技术经验积累，相较于中国的北斗和欧盟的伽利略系统而言，也算是一款非常成熟的卫星导航定位系统。•欧盟伽利略：精准•伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称。伽利略定位系统总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。•中国北斗：互动开放•北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。目前市面上定位导航仪器公司如国外的天宝、拓普康，国内的华测导航等都已支持北斗卫星导航定位系统。•中国北斗是个新会员，同时也是发展势头最猛的会员。为什么要研发北斗•GPS免费对全世界的民生来说是个福利，但在军事方面却是个挑战。•中国作为一个世界大国，定位导航卫星不能依赖于美国。•1991年海湾战争，美国的GPS在作战中应用非常成功，由此中国意识到卫星定位系统的重要性。北斗一代•北斗一代：双星。•由于只有两颗卫星，北斗一代定位能力一直被诟病。与伽利略计划姻缘•北斗二代计划在2020年前发射35颗卫星，形成全球性的定位导航系统，比GPS还多5颗。多出的这5颗是在赤道上空的静止高轨道卫星，主要是完成短信任务的，其它30颗跟美国GPS的30颗一样，都是中轨道的运动卫星。•北斗二代的规模与GPS相当，申请的轨道和频率与欧洲伽利略比较一致，这就不可避免地遇到了卫星轨道和频率争夺的问题。•2005年伽利略计划的第一颗卫星上天，但并没有开通，只是占了轨道但没占频率。•随后，中国北斗二代的第一颗星上天，并同时开通，前线占用了轨道和频率。•目前北斗系统的35颗卫星计划并没有完成，但是亚太地区的北斗二代定位导航网络已经建成并投入使用。•北斗系统更注重亚太地区的应用•北斗系统的覆盖优势受到亚太国家的普遍认同•泰国、马来西亚、文莱、印尼、柬埔寨、老挝等国家与北斗达成合作意向北斗系统的应用•目前，北斗系统已经成功的被应用与许多行业和领域，并不断扩大北斗应用•渔船北斗系统的优势安全•安全是建立北斗最重要的原因。GPS使用这么多年，军方使用时候还会胆战心惊，因为战时美国绝对不会让你用他的GPS，因为GPS加密或者关闭的主动权在美国手中。•只要建成了北斗导航，国家军用定位才能真正把握在自己手中精准•北斗系统定位精度由水平25m高程30m，提高至目前水平10m、高程10m，测速精度由每秒0.4米，提高至0.2米，授时精度优于20nm。•北斗在刚投入使用就能达到如此精度，还有再提升的空间。短报文通讯服务•短报文通信服务-卫星短信•卫星短信功能为中国原创功能，在航海以及国内荒无人烟地区具有重要意义发展速度快•欧洲在1999年提出建设伽利略系统，2012年初步发挥顶面精准定位的功能。•北斗从2007年起到2012年共发射16颗卫星，2013北斗正式开始商用•北斗与伽利略在使用频率上有重叠，根据优先使用法则，中国获得这一频率的使用权，避免“有星没法用”的悲剧。政府推广•中国政府在推广北斗二代方面显然有了新的思路，不再用行政力量去限制其竞争技术了，而是采用免费或补助的方式来利诱，事实证明这招更加有效。•北斗二代有200多项应用，需要全社会的高科技企业去研究开发，不断提供更好的北斗产品，这样才能把北斗产业做大做强。•中国政府对于从事北斗二代卫星导航的高科技企业，给予高科技企业免税政策的同时，给予一定的资金支持。国际电信联盟的支持•标准规范是电信业的第一要务，国际电信联盟就是负责制定国际电信规则和标准的国际组织，在信息化时代它的的地位越来越重要。•20多年前中国政府选拔了一名优秀的通信专业人士到国际电信联盟工作，他数十年如一日地勤恳工作，业绩斐然受人尊重，并一直干到了副秘书长的职位，并在新一届选举中成功地当选了秘书长。•赵厚麟•中国政府对北斗二代的决心很大，搞这种国字号工程的财力很足，对内的推广政策很有成效，对外积极谈合作已有成果，还有国际电信联盟的支持，占尽了天时地利人和，预计5000亿的新产业正在浮出水面，北斗二代的前景非常乐观。关于未来•北斗导航将来在中国成为标准配置，但不强制民众使用•GPS逐渐被取代或称为辅助参考工具•中国目前已经是世界第二大经济体（美国说是第一），当然我们还可以继续使用“人均”的算法示弱以获取国际便利•但作为一个国家整体，必须得有大国战略和担当，再想搭美国的便车，或者跟跑已经不再合适了•作为一个大国，必须要有领跑世界的能力和决心，作为我们国民，也不能再有弱国寡民的心态•因此，我们不仅不能畏惧领跑，还要有让小国跟跑和搭便车的心胸Thanksforyourattention