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全球首颗低轨导航增强卫星投入商业化运营的背后

2018-5-20 21:11| 来源: 中国航天报 | 查看: 759| 评论: 0| 责编: cfso5068

摘要:   全球首颗低轨导航增强卫星,并且从试验走向了试用。
  去年11月,一颗微纳试验卫星同风云三号D星一同被发射入轨。不久前,这颗卫星通过在轨测试,正式转入商业化运行阶段。
  “这颗试验星是全球首颗低轨导航增强卫星,并且从试验走向了试用。国内外有许多人从事低轨导航增强的研究,但还没有做工程验证的。”中国航天科技集团有限公司八院509所商业卫星事业部部长邓成晨说。
  这颗致力于“高精度定位”的卫星被寄予“驱动导航增强产业链大变革”的厚望。“这是509所积极探索商业航天发展模式的主要抓手之一,将带动后续全球低轨导航增强星座的建设和运营。”邓成晨说。
有没有“两全”的方案?
  509 所很早就把目光投向导航增强产业。
  随着无人驾驶、移动物联网等新兴产业的发展,用户对于高精度、全球覆盖的定位需求越来越强。以无人驾驶为例,有专家分析认为,未来想要实现真正的无人驾驶,汽车除了要安装激光雷达等传感器外,还必须要具备厘米级的绝对定位能力。
  为满足广大用户日益增长的高精度导航需求,目前国际常用的解决办法是地基增强体制或天基高轨卫星增强体制。前者具有较高的定位精度,但缺点也很明显:单个基站服务范围小,大面积覆盖投入成本巨大,更难以实现偏远地区、沙漠及海洋区域的覆盖。后者利用部署在36000公里轨道上的卫星,可以用相对较小的成本,实现广域范围的覆盖。
  在业界,大多数专家达成共识:星基增强系统将会是无人驾驶的唯一选择。“因为只有星基增强系统才能快速实现极低成本的全球覆盖,且能够同时支持几十亿用户。”该事业部副部长彭攀说。
  不过,天基高轨卫星增强体制也有难以克服的缺陷。它虽然投入较小、易于实现,但该体制在提升导航精度上困难很大,且存在收敛过程缓慢、链路损耗大、地面终端难以小型化等问题,难以满足当前用户对导航服务的要求。
  有没有一种更好的办法,能够做到“两全其美”呢?
  低成本“导航增强”,可行!
  针对两大体制各自的缺陷,509所决定另辟蹊径,去寻找一种“ 两全其美”的办法。
  2016年,该所利用其在卫星领域长期的技术创新积累,启动了精致试验试用卫星的研制项目。按照规划,通过打造一个具备“高效费比”的精致微纳卫星平台,并把具有自主完整知识产权的算法和软硬件设计的载荷发射上天,将在全球范围内首次实现基于低轨卫星星座系统的导航增强技术体制。
  “低轨导航增强是对北斗系统及地基增强系统的重要补充系统,通过低轨导航增强小卫星运动速度快的特点,可提高地面非差高精度导航用户定位收敛速度。”彭攀说。
  如此这样,既可以满足海洋、偏远山区等地基增强系统无法覆盖区域的高精度导航定位应用需求,又可以承担起地面导航监测站的功能,解决在海外建站不便的问题。
  2017年11月15日,这颗卫星被发射入轨,在轨试验验证结果表明,5分钟时间里可完成从开机冷启动到30厘米级的高精度定位。分析计算与仿真表明,在算法优化和星座部署后,可具备实时厘米级的高精度定位能力。
  更进一步,该项目也对509所的先进微纳卫星平台、高集成高精度低轨导航增强载荷、地面导航增强终端接收机及配套的地面运控系统等技术环节进行了完整全面的测试验证,为后续高精度导航增强产业化运行奠定了坚实的技术产品和业务服务基础。
  目前该卫星已转入在轨业务运行,这或许意味着,以相对较小的投资规模来实现与地基导航增强系统相当的导航性能,将在不久的将来成为现实。
“两步走”实现厘米级定位
  这次成功的试验验证给了研制团队巨大的信心。卫星合作单位南京航空航天大学航天学院微小卫星研究中心教授康国华介绍,目前手机里的GPS 定位精度一般是米级的,而在这颗卫星协助下,地面可以实现厘米级定位,未来卫星组网运行后能够为无人驾驶汽车等场合提供高精度导航保障。
  在此基础上,509所决定借力国企体制改革和军民融合等政策,系统性地开展低轨导航增强星座系统的建设和商业运营。
  据该系统建设负责人介绍,这个低轨星基增强系统将由空间系统、地面系统和用户终端三部分构成。其中空间系统计划分两步走:第一步先发射12颗微纳卫星,实现全国任一区域导航增强的双星覆盖;第二步扩展为由40颗卫星组成的微纳卫星星座,实现全球覆盖,并最终为用户提供实时、高精度、厘米级的定位服务。
  据卫星研制人员预测,低轨星基增强系统建成以后,可为地面用户提供厘米级的导航增强信号,将广泛应用于汽车无人驾驶、精准农业无人机、坝体变形、山体滑坡检测等领域,为国计民生作出新的更大的贡献。
  在邓成晨看来,通过这个项目的建设运营,509所有望为导航领域开辟一个新的空间,形成良性的产业生态链。“这也有助于北斗导航系统在国内走进寻常百姓家,在国外落地开花。”(赵聪)

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