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精度可達厘米級!北斗衛(wèi)星核心器件國產化率100%!自研原子鐘每三百萬年誤差僅1秒

2020-08-04
來源:芯智訊

 7月31日,北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通,標志著北斗“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略圓滿完成,北斗邁進全球服務新時代。

  8月3日上午,北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成開通新聞發(fā)布會在國務院新聞辦公室召開。中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其,北斗系統(tǒng)工程副總設計師、北斗三號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師謝軍,北斗三號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師林寶軍,北斗三號工程運控系統(tǒng)總設計師陳金平出席本次新聞發(fā)布會,從四個方面介紹了北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成開通有關情況。

  一、北斗三號工程建設提前半年完成

  北斗三號2009年11月啟動建設,歷經關鍵技術攻關、試驗衛(wèi)星工程、最簡系統(tǒng)、基本系統(tǒng)、完整系統(tǒng)五個階段,提前半年完成全球星座部署,開通全系統(tǒng)服務,實現(xiàn)了建成即開通、開通即服務。

  關鍵核心技術方面,北斗三號實現(xiàn)了自主可控,400多家單位、30余萬科技人員攻克了星間鏈路、高精度原子鐘等160余項關鍵核心技術,500多種器部件突破國產化研制,北斗三號衛(wèi)星核心器部件國產化率達到100%。

  另據(jù)央視網報道稱,北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的“最強中國芯”的心臟是國產自主研發(fā)的,而這個銣原子鐘(決定著定位、測速和授時功能的精度)目前可以精度做到每三百萬年差1秒的水平,絕對是全球領先水平,而在這之前,進口銣原子鐘不但性能不領先,而且交付時間太長,嚴重影響了發(fā)射速度。解決了這一問題之后,北斗衛(wèi)星的發(fā)射速度也開始加快。

  2017年11月起,兩年半的時間高密度發(fā)射了18箭30星,建成40余個地面站,快速形成星地一體化運行能力。

  二、系統(tǒng)功能強大性能一流

  北斗三號支持導航定位、通信數(shù)傳兩大功能,可提供定位導航授時、全球短報文通信、區(qū)域短報文通信、國際搜救、星基增強、地基增強、精密單點定位共7類服務,是功能強大的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

  性能指標方面,北斗三號全球范圍定位精度優(yōu)于10米、測速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時精度優(yōu)于20納秒、服務可用性優(yōu)于99%,亞太地區(qū)性能更優(yōu)。

  全球服務可用性方面,如上圖,下半部分2018年剛建成北斗基本系統(tǒng)時的情況,圖中陰影部分是系統(tǒng)不能覆蓋的區(qū)域,當時全球服務可用性為95%,而現(xiàn)在北斗全球系統(tǒng)建成后,上半部分可以看出贏沒有陰影,全球服務可用性超過99%。

  同時,全球典型區(qū)域上空北斗衛(wèi)星的星空圖,紅色圓點代表觀測到的北斗衛(wèi)星,可以看出相較兩年前,現(xiàn)在各區(qū)域上空可視衛(wèi)星數(shù)明顯增多。

  此外,根據(jù)全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)最近一周的測算結果,北斗系統(tǒng)的全球實測定位精度均值為2.34米,而結合地基增強、精密單點定位,還能提供最高厘米級定位服務。

  作為北斗系統(tǒng)的傳統(tǒng)強項,短報文通信服務也進行了升級拓展,區(qū)域通信能力達到每次14000比特(1000漢字),既能傳輸文字,還可傳輸語音和圖片,并支持每次560比特(40個漢字)的全球通信能力。

  星基增強服務具備一類垂直引導進近(APV-I)能力,填補我國星基增強服務空白。

  國際搜救服務檢測概率優(yōu)于99%,具備返向鏈路確認特色能力,顯著增強遇險人員求生信心。

  在前期已發(fā)布的有關文件的基礎上,北斗系統(tǒng)今天還發(fā)布了定位導航授時(B2b)、星基增強(BDSBAS-B1C)、地基增強、精密單點定位(PPP-B2b)、國際搜救共五類服務的接口控制文件,北斗官方網站同步上線,而區(qū)域短報文通信、全球短報文通信兩類服務的接口控制文件將定向發(fā)布。

  至此,北斗系統(tǒng)發(fā)布的接口控制文件覆蓋全部七類服務。

  △北斗衛(wèi)星地面跟蹤

  △全球不同區(qū)域可見北斗衛(wèi)星數(shù)量

  對于北斗三號衛(wèi)星的使用壽命和可靠性問題,北斗三號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總師林寶軍 林寶軍表示:“通常一個重大攻關需要花十年時間,我們的衛(wèi)星是10-12年壽命,壽命末期已經是20年前的技術了,大家想想20年前的技術很難說它是先進的。所以說如何保證長壽命、高可靠特別是不可修復的衛(wèi)星的持續(xù)先進性,確實是難題,也是工程初期困擾我們很長時間的一個命題。通常設計一個系統(tǒng),都是按照短板理論來做,一個木桶到底能盛多少水,短板決定了盛水的量,短板理論最經濟。通俗地來說,只要滿足系統(tǒng)的需求和指標就行了,不用過多考慮余量,包括指標的余量、能力的余量,這對于長壽命、高可靠的衛(wèi)星來講并不是很合適。我們的做法是,不拘泥于當下能夠實現(xiàn)的指標,而是通過系統(tǒng)的持續(xù)創(chuàng)新把長板和短板結合,持續(xù)地改進硬件系統(tǒng)的先進性,通過在軌賦能來解決衛(wèi)星發(fā)射上天后產品性能的持續(xù)改善?!?/p>

  △圖為北斗三號工程衛(wèi)星系統(tǒng)總師林寶軍。(徐想 攝)

  “在工程設計之初,我們打破以往新技術不超過30%的慣例,在配置上盡量進行前瞻性的規(guī)劃,盡量采用一系列的創(chuàng)新技術。我們的新技術甚至超過70%,像當今新技術不斷涌現(xiàn)、系統(tǒng)更新周期很快的情況下,這種做法更有利于提高系統(tǒng)的性能。在產品的研制過程中,通過靠譜的創(chuàng)新技術+成熟的工藝+充分的地面驗證,確保在軌成功。特別是每組衛(wèi)星投產前,我們最后再進行一次狀態(tài)確認,保證上天產品能成功?!?/p>

  林寶軍舉例表示,工程初期為解決地面覆蓋問題,我們提出了“相控陣”這種星間鏈路方案,這是國際上從來沒有過的技術,我們用這種思路很好解決了問題。這項技術成為我們很重要的創(chuàng)新,把整個衛(wèi)星連成很大的網,國內測站可以實現(xiàn)全部衛(wèi)星的測控,實現(xiàn)了一星通、星星通。衛(wèi)星發(fā)射上天以后硬件沒有辦法更改了,通過在軌賦能技術解決后面問題。就好像手機一樣,手機可以通過軟件升級來更新系統(tǒng),我們可以下載一個新的APP,增加新的能力,我們這種能力在衛(wèi)星上叫做“軟件重構和在軌賦能”,當衛(wèi)星有了這種能力之后,衛(wèi)星在發(fā)射上天后就可以完成性能、能力的持續(xù)改進。

  出色的技術性能,長達12年的壽命,為北斗系統(tǒng)服務的連續(xù)、穩(wěn)定提供了基礎保證。

  三、綜合效益顯著成果豐碩

  目前,北斗系統(tǒng)已全面服務交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁、城市治理等行業(yè),融入電力、金融、通信等國家核心基礎設施建設。

  28nm工藝的北斗芯片已經量產,22nm工藝芯片即將量產。

  大部分智能手機均支持北斗功能,支持北斗地基增強高精度應用的手機已經上市,同時構建起了集芯片、模塊、板卡、終端、運營服務為一體的完整產業(yè)鏈。

  10年來,我國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)總體產值年均增長20%以上,2019年達到3450億元,2020年有望超4000億元。

  對外方面,北斗已是聯(lián)合國認可的四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一,與美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略的兼容、互操作、系統(tǒng)間合作持續(xù)深化。

  北斗已相繼進入民航、海事、搜救衛(wèi)星、移動通信等多個國際組織,多個支持北斗系統(tǒng)的國際標準已發(fā)布。

  目前,北斗相關產品已出口120余個國家和地區(qū),向億級以上用戶提供服務,基于北斗的國土測繪、精準農業(yè)、數(shù)字施工、智慧港口等已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲成功應用。

  四、打造綜合定位導航授時體系

  根據(jù)規(guī)劃,2035年前,我國將建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時體系,為未來智能化、無人化發(fā)展提供核心支撐,持續(xù)推進系統(tǒng)升級換代,融合新一代通信、低軌增強等新興技術,大力發(fā)展量子導航、全源導航、微PNT等新質能力,構建覆蓋天空地海、基準統(tǒng)一、高精度、高智能、高安全、高效益的時空信息服務基礎設施。

  五、下一代北斗衛(wèi)星已經開建

  今天的北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成開通新聞發(fā)布會上,中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其表示,北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的正式開通,標志著北斗“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略圓滿完成。北斗三號建成以后,已經著手下一代北斗建設發(fā)展。

  冉承其稱:“我們要在2035年前建設一個更智能、更泛在、更融合的系統(tǒng)。簡單來講,從室內到室外、深海到深空的立體服務覆蓋的更強、更安全、更可靠的系統(tǒng)。我們正在推動這個工程的論證和后續(xù)的起步建設,它一定是北斗三號后續(xù)新的亮點工程?!?/p>

  

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