日定位量突破1500亿次北斗是如何实现定位的？

QXWZ_IA · 发表于 2023-2-28 17:16

近日，北斗卫星导航系统应用再次取得新突破。2022年9月30日，百度地图宣布正式切换为北斗优先定位，北斗卫星日定位量首次突破1000亿次。十一期间，百度地图北斗日定位量再破1500亿次，相比节前增幅超50%，目前97.81%定位已实现北斗优先切换。

另外，在产品服务创新方面，通过北斗导航精准“带路”，百度地图城市车道级导航已覆盖北京亦庄、河北保定、湖南株洲等13城，并首家上线了高速车道事故预警功能，保障出行安全；百度地图车位级导航则有效解决“停车难”问题，助力云南普洱等多个城市实现停车自由，并落地“亚洲最大停车场”北京荟聚购物中心和“亚洲最大综合铁路客运枢纽”北京丰台站，实现大型购物中心和交通枢纽的停、取车双向智能化。

那么，北斗是什么？北斗是如何实现定位的呢？今天小编就带你一起了解一下。

北斗卫星导航系统，主要是由卫星组成，提供导航服务的。全面地来说，北斗系统是由空间星座部分、地面设施部分，还有用户部分等组成，能够为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的。

北斗系统虽然本领多多（点击查看详情），但是最首要的一个能力是定位。北斗是如何实现定位的呢？

首先，我们在平面上开始思考如何来确定一个二维位置。已知两个塔台的位置和到待求点位的两个距离，我们可以通过建立两个描述圆的方程，联立得到交点的位置解。这个解在两圆不相切的情况下是有两个的。而我们生活在三维世界，位置有三个参数。此时我们把塔台搬到了天上，通过圆圈交会的方式来确定我们的位置。那我们三颗卫星能够来确定我们位置的三个参数吗？数学好的朋友会认为在三维空间，三个立体圆球的交点（在不相切情况下）有可能是两个的。但不要忘记了，我们是生活在地球之上的，我们如果将解与地心的距离不超过地球半径作为约束，我们就可以选择一个正解了。

北斗卫星有三种类型，分别是中地球轨道卫星，倾斜轨道卫星，地球静止轨道卫星，它们的轨道高度都大于2万公里。卫星从距地2万公里的高空发射电磁波信号到地面，经过20000 km后，衰减掉了将近180dB，到达地面的信号早已强微乎其微，比同频率的背景噪声小100倍。你如果找不到信号，他就失去了价值，现在的接收机技术能够在淹没在噪声中发现独一无二的导航信号。我们会惊奇的发现，不是导航信号找上了我们，而是我们找到了导航信号。

我们在解决了捕获信号的问题之后，如何测量卫星和我们之间的距离呢？那是一把什么样的尺子才能测2万公里的距离呢？

科学家利用了一个神奇的尺子——时间。

我们假定电磁波在空气中传播的速度是确定的，即光速。人们就开始思考，能否将距离的测量转变为时间的测量呢，这样就把有形的尺子变成了无形的尺子。既然要测量信号从卫星到接收机间的传播路径时间，就需要两边都有一个同步又无比精确的时钟。需知一纳秒的测量差异，在距离上（乘以光速）就变成了0.3 m。而恰好时间是世界上测量精度最高的物理量。原子钟维持的时间能够使得经过10亿年才累积一秒的误差。于是我们就考虑将原子钟搬到天上，接收机端和卫星端同时对表来同步时间，在卫星播发导航信号的时候加入时间标签，接收机接收到信号时登记接收时刻的时间标签。两个时间标签的差异就是导航信号从卫星天线到地面接收机天线所花费的时间。这个时间乘以光速便就是两者之间的距离。

时间测量精度对于导航精度的重要不言而喻。经过科学家的艰难探索，目前北斗三号用上的国产星载铷原子钟，授时精度百亿分之三秒（接收机端不是采用卫星端的高精度原子钟，尽管卫星端卫星钟的误差显著改善，但实际时间比对误差仍旧较大，需要作为一个待估参数估计）。能够支持导航系统在定位精度从米级迈向厘米级，甚至于毫米级。

北斗系统作为一个空间服务设施，其建设之初就是为了打破国外的技术垄断，消除导航服务不能自主可控的风险。在建设过程中，也遇到诸多困难。在国外布设台站不够均匀，对卫星定轨难度大，不能及时更新星历，科学家们利用星间链路实现卫星间自主定轨和星间测距来突破国外布站不足的缺点。面对国外高精度原子钟禁运，科研院所自主研发，突破技术垄断，为北斗提供一颗更为精确稳定的心脏。北斗虽然在如今还与GPS存在一些差距，但是早已摆脱了GPS一家独大的束缚，能够在发挥本系统在亚太优势的前提下，为全球服务能够有利支撑和保障。

北斗一代，北斗二代，北斗三代，卫星一代一代更新，一代一代突破，希望“中国的北斗”成为中国的骄傲，“世界的北斗”服务全球，“一流的北斗”推动人类的发展。