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太空精酿：1年10箭18星100％成功！今年北斗建设远超GPS巅峰
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太空精酿代尔夫特理工大学航天学在读博士，“啤博士”成员
关键字: 北斗卫星导航系统美国GPS系统欧洲咖喱略系统中国北斗导航二、北斗有哪几个特点？
在我国长期航天技术积累和导航系统技术发展的后发优势下，我国采取了一套与其他任一导航系统都截然不同的思路。
1.三种轨道
目前另外三个全球卫星定位系统都采用距离地面20000千米左右的中圆卫星轨道，而北斗是唯一采用三种轨道搭配的星座：27颗卫星处在距离地面21500千米的中圆轨道，分布在三个轨道面上，保持55度倾角；5颗卫星采取赤道上空35800千米高的地球静止轨道；3颗卫星处在地球同步轨道（也接近35800千米高）、保持约55度倾角。
GPS星座（左）和北斗星座（右）的对比（左图来源：Wikipedia）
这样带来一定好处：卫星定位需要接收机收到至少4颗卫星信号。27颗中圆轨道卫星为主力，围绕地球一圈的轨道周期约为12小时，可以保持对全球范围内任一点的稳定覆盖，在任意时间、任意地点观测到6颗星以上，符合常规卫星定位系统需求。55度倾角的设计，也增加了对人口稠密的地球中低纬度区域覆盖。
北斗的地球静止轨道和倾斜同步轨道则是为中国乃至亚太地区特殊定制而来。日本拥有四颗倾斜同步轨道的准天顶系统，用以提高GPS在日本的应用精度，我国相当于在设计之初就有亚太专属服务。
两种高轨卫星的轨道周期与地球自转24小时周期完全同步，因而相对而言5颗卫星静止在赤道上空，3颗卫星由于倾角设置相对地面做固定周期的运动，投影轨迹始终留在亚太及沿赤道对称区域，抗遮挡能力强。因而在亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。在配合地面建设的增强基站情况下，实现分米乃至厘米级定位亦很现实。
可以从卫星轨迹在地面投影看出北斗的亚太服务专属：蓝色8字形轨迹为倾斜同步卫星，红点为地球静止卫星，绿色为服务全球的中圆轨道卫星（未全部展示）（图自：参考文献1）
其中，高轨卫星轨道发射和入轨要求比较高，目前只能执行一箭一星任务。但对于中圆轨道卫星而言，随着我国远征系列火箭上面级的逐渐成熟，相当于有了卫星载荷送入太空后的可多次点火启动“太空摆渡车”，能够实现一箭双星，大大提高了效率。因而，今年中8次任务成功部署了16颗中圆轨道卫星，2次任务完成2颗高轨卫星，能够搭载远征一号的长三乙火箭也成为了“金牌火箭”。
北斗一箭双星的功臣：长征三号乙火箭（左）和远征一号上面级（右）（图源见水印）
2. 三种工作频率
电离层会影响电磁波传播，是卫星导航定位的最大误差源，必须消除。电离层的干扰与卫星信号频率相关，因而采用至少双频信号可以构建电离层延迟修正模型最大限度去除这部分干扰因素，对定位精度的提升非常显著，三频则可以构建更复杂模型消除高阶影响。
此外，在三个频段上发射也增加了不同信号（军用、民用）的调制选项，抗干扰能力得到提升，也提高定位可靠性，对于厘米级乃至毫米级定位中最核心的载波相位模糊度解算也大有益处。正因如此，近些年来原本双频信号的GPS系统也在扩展成三频系统。可见，北斗的后发优势不言而喻。
- 原标题：太空精酿：1年10箭18星100％成功！今年北斗建设远超GPS巅峰 本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑:李泠
- 最后更新: 2018-11-20 10:57:51
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