自主創新確保北斗系統穩定運行
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| 寧夏吳忠市利通區金積鎮塔灣村村民在田間利用北斗導航播種蔬菜。新華社發 |
“天上建好，地上用好。”作為國家重大空間信息基礎設施，我國北斗衛星導航系統2012年底正式提供服務以來，連續穩定運行，北斗系統已進入全球組網新階段，應用產業快速發展，成為一張國家名片。
按規劃，預計2018年底將建成北斗三號基本系統，為“一帶一路”建設參與國提供服務;到2020年將建成世界一流的北斗三號系統，提供全球服務。目前，北斗三號系統已成功發射8顆全球組網衛星，建成最簡系統。它繼承了北斗特色，對標世界一流，增加了星間鏈路、全球搜索救援等新功能，播發性能更優的導航信號。
日前，記者走進多個北斗研制一線團隊，近距離感受中國北斗的亮點與魅力。
自主創新讓北斗表現優異
北斗衛星導航系統是我國自主發展、獨立運行的衛星導航系統，目標是為全球用戶提供定位、導航、授時服務。
輪船航行在茫茫大海中，需要航標燈的指引。衛星在太空飛行，太陽與地球就是它的航標燈：衛星飛行姿態的建立依賴于對太陽、地球的觀測，測量精度越高，衛星飛行姿態就越穩定，提供的導航精度也越高。中國科學院上海技術物理研究所研制的“三只眼”，就是通過觀測太陽、地球為導航衛星提供導航。
專家介紹說，“三只眼”就是兩個“太陽眼”——模擬太陽敏感器、數字太陽敏感器，一個“地球眼”——紅外地球敏感器。“太陽眼”負責測量太陽的位置，“地球眼”測量地球的位置。
安裝了“三只眼”的北斗衛星的優異表現與“視力”密切相關。衛星入軌初期用模擬太陽敏感器捕獲太陽，再用數字太陽敏感器和紅外地球敏感器共同作用，更加精確地確定衛星的三軸姿態。
科研人員對北斗衛星數字太陽敏感器和紅外地球敏感器進行了關鍵技術攻關。數字太陽敏感器的關鍵技術突破，實現關鍵元件自主可控;紅外地球敏感器的關鍵技術突破后，具有高測量精度、高可靠性、長壽命、不易受太陽等天體對姿態測量的干擾等優點。
衛星與衛星之間的通信——星間鏈路，是北斗導航系統由區域向全球過渡的關鍵技術，是提升系統全球服務能力的核心技術手段，也是北斗全球導航衛星系統的重要標識和技術制高點。
中國電科29所科研人員提出了自己的北斗全球組網星間鏈路解決方案，率先采用毫米波技術體制和生產工藝，研制出具有國際領先水平的星間鏈路產品，對于北斗導航衛星實現全球組網起到了關鍵作用，促進了北斗全球系統的跨域發展。
衛星電源分系統也是衛星的關鍵分系統之一，被譽為衛星的“生命線”。在北斗三號組網衛星研制過程中，中國電科18所承擔了電源分系統的研制任務。該所專家介紹說，以中軌道衛星為例，配置了雙太陽電池翼、雙蓄電池組、均衡器和電源控制器。其中太陽電池陣是衛星的唯一供電能源，蓄電池組是衛星儲能裝置。在北斗三號中，首次批量采用了轉換效率達到世界先進水平的三結砷化鎵太陽能電池，能和太陽能帆板的尺寸充分匹配，極大提高了衛星“吸收”太陽能的效率。
在儲能方面，北斗三號衛星鋰離子蓄電池組的成功應用，也開啟了鋰離子蓄電池組中高軌道應用的新局面，滿足了北斗衛星儲能電源能量密度高的需求，讓衛星上的各種儀器設備等有效載荷更有“活力”。北斗衛星采用的鋰離子蓄電池組已達到國際先進水平。
北斗高精度應用將像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用
500萬輛營運車輛上線，建成全球最大的全球衛星導航系統車聯網平臺;全國4萬余艘漁船安裝北斗，累計救助漁民超過1萬人……基于高精度服務，北斗已用于精細農業、危房監測、無人駕駛等領域。目前，北斗已在公安、交通、漁業、電力、林業、減災等行業得到廣泛使用。據統計，中國航天科工三院航天科技股份有限公司開發的各類北斗終端及運營平臺，已經為全國22個省市、超過35萬輛客貨運車、遠洋漁船等提供服務。
通過采用北斗定位導航、傳感、網絡、計算、控制、智能等先進技術，對道路和基礎設施進行全面感知，從而構建起以車輛為節點，以網絡為基礎的車聯網系統。它可以實時監控和存儲車輛的行駛軌跡、速度、時間、里程等狀態信息，可以對車輛行駛油耗、氣耗數據、駕駛員行為數據、輪胎情況等進行采集、統計、分析，改變駕駛員的不良駕駛習慣，優化管理運輸過程。
特別值得一提的是，利用北斗系統在全球四大衛星導航系統中獨有的短報文功能，北斗車聯網技術還能為車輛提供北斗短報文通信服務。在沒有公共通信網絡覆蓋的情況下，北斗車聯網的基本定位、數據采集、數據傳輸等功能可以穩定運行，可以為使用者提供遠程調度指揮功能及北斗緊急通信鏈路。特別是在災區移動通信中斷、電力中斷或移動通信無法覆蓋北斗終端的情況下，就可使用短報文進行通信。
天上數顆北斗星，地上一張地基網。中國兵器工業集團通過抓總建設北斗地基增強系統，構建面向大眾與行業用戶的高精度位置運營服務平臺，打造自主可控的北斗地基增強“全國一張網”，可以實現比標準精度更好的北斗高精度應用服務。
據專家介紹，國家北斗地基增強系統的北斗基準站接收北斗導航衛星信號后，經傳輸、處理、修正，針對用戶不同層次的需求，通過衛星、數字廣播、移動通信方式等實時播發，實現實時米級、分米級、厘米級和后處理毫米級高精度定位服務。比如，智能手機中的北斗高精度，可用于汽車的駕駛定位導航;車道級導航可用于大貨車管理、約車;更高精度毫米級的應用，可以用做建筑變形監測、地質災害監測，包括泥石流滑坡等。
未來，北斗高精度應用將成為像水、電、氣一樣觸手可及、隨需而用的公共服務產品。
看見“祖國，這里有我”時，感覺一切都格外有意義
每次傳來北斗任務圓滿成功的消息時，中國航天科工集團三院304所的北斗任務軟件評測團隊總是無比激動。這支平均年齡28歲的團隊，是北斗系統的軟件“體檢師”，一直以“啄木鳥”的勁頭把好軟件質量關。
面對北斗衛星研制、發射周期緊、技術新、算法復雜等困難，項目團隊經常封閉測試、集中加班，先后發現了300余處問題和隱患，包括影響導航任務通信、數據采集、姿態計算等方面的問題50多個。
“參與任務以來，每天都開啟頭腦風暴，將軟件的每個功能和性能印刻在腦海中，秉承‘不輕視一處疑問、不放過一個問題’的原則，逐行排查代碼可能存在的漏洞。同時，也親身感受到了軟件測試的價值和樂趣。”多次帶領團隊承擔北斗導航、量子衛星、暗物質衛星等軟件評測的李麗華說。
參與北斗地面系統研制的中國電科20所團隊，平均年齡不到35歲。無論是在試驗室、機房，還是在野外，從漫天黃沙的西北到風光旖旎的東南沿海，總有團隊成員的身影。團隊在高原建站時，海拔超過4500米，氧氣含量嚴重不足，凜冽的寒風像刀子一樣，很多人出現劇烈頭痛、惡心嘔吐等情況。但是，每當他們路過高原監測站，看見石碑上寫著的“祖國，這里有我”時，感覺所做的一切都格外有意義。
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