【科普】北斗小白必读——专家为你解疑释惑

       【原标题：与专家面对面现场实录：北斗新发展】

主办：中国科学技术协会

承办：腾讯

时间：2015年11月7日下午（周六）14：30至16：00

地点：北京理工大学良乡校区

主持人：

赵榕 中国科技馆

讲座专家：

何麟书：北京航空航天大学宇航学院教授

谈展中：北京航空航天大学电子信息工程学院教授

俞文伯：北京航空航天大学宇航学院、仪器光电学院导航系副教授

赵榕：欢迎大家来到由中国科协主办、腾讯承办的科普中国科学为你解疑释惑——与专家面对面系列讲座。今天的话题是北斗这套系统，我们请到三位北航的老师，我先给大家介绍一下。

何麟书老师：北京航空航天大学宇航学院教授，北航老教授科普报告团团员，研究领域是空间飞行器设计（包括运载火箭、导弹、卫星、飞船等）。

谈展中老师：北京航空航天大学电子信息工程学院教授，北航老教授科普报告团团员，从事机载多普勒导航雷达、战术综合电子系统、卫星无线电导航系统等专业的教学与科研工作。

俞文伯老师：北京航空航天大学，宇航学院仪器光电学院导航系副教授，从事导航、制导与控制专业的教授与研究工作。

“与专家面对面”活动现场

北斗这一套系统大家比较熟了，但是我们还是先请俞文伯老师讲讲卫星定位的一些原理。

俞文伯：卫星导航原理是这样的，接收机是放在船上，放在飞机上，我们的智能手机上都有。作为导航的功能就是确定我现在什么地方，怎么确定这个位置？

看这张图，太空中有三颗卫星，每一颗卫星在每一个时间位置要用轨道计算来确定。现在这三颗卫星的位置都为已知，在三维空间用直角坐标系表示，比如第一颗卫星是X1、Y1、Z1。还要把每一颗卫星到接收机的距离通过无线电测距测出来。怎么测呢，在每一颗卫星上都要有高精度的时钟，接收机上面也要装时钟。如果时钟都是一样没有误差，约好比方说我们下午两点零分零秒，整秒时间每一颗卫星发出自己的无线电信号。在你发出信号的同一个时刻接收机开始计时。这有点像我们运动场上百米赛跑，在跑道的终端这有一个裁判员拿一个秒表，在起跑线也有一个裁判员拿着枪，枪一响三个运动员开始跑了。在抢一响的时候，跑道终端的裁判员把秒表掐下去了，测量从你发出电波到我这里是花了多长的时间？无线电波传播速度是光速，一秒钟跑30万公里，用这个方法把接收机到每一颗卫星的距离测出来，每一个方程等号左边就是接收机到每一颗卫星通过这个办法测出这个距离。

这是距离方程，每一颗卫星在这个时间用空间直角系表示的这三个坐标是已知的，接收机的位置没有下标，是X，Y，Z。这样就等于是三维立体空间里面的勾股定理，斜边的长度平方应该是每个直角边的平方之和，第二个第三个方程一样的。要解这个方程，这三个卫星位置作为已知量放进去的，这个时间里面接收机到每一颗卫星的距离，传播了多少的时间也测出来了，就是等号左边d1，d2，d3也是作为已知量，三个方程解三个没有下标的未知数，X，Y，Z。

这个方程是三个未知数X，Y，Z，每一个方程两边是平方的话，这个根号就没有了，这是一个三元二次代数方程组，从数学上来讲这个方程组的解有几个？一个还是两个。三颗卫星位置是已知的形成一个三角形，三个顶点，三个距离已知的话这一点是一个解，这三角形的上面跟三角形平面对称上面也有一个点，这个点到三个卫星的三个距离也是d1，d2，d3，数学上来讲有两个解，但上面那个解对我们没有用，不要了。

这个道理非常简单，从原理上是可以行得通的。三颗卫星能够形成三个方程，三个方程解三个未知数，也就是接收机的位置。道理很简单，但是在工程实现上存在非常大的问题，四个点上面都要装时钟，这四个点时钟必须要同步，同步的要求非常非常之高，高到非常苛刻的程度。

打个比方，当时间非同步误差，比方说我接收机的时钟差一个毫秒，在我们平常工作生活当中千份之一秒的误差根本不用考虑。你们从来没有见过一个老师上课的时候拿一个秒表，一个学生掐着点来了，一看正好你迟到了千份之一秒，根本不需要这样。但是对于无线电测距来讲，千份之一秒乘以光速，这个测距误差是300公里。300公里的误差太大了，北京到天津距离是120公里，差不多有两三倍北京到天津的距离了，这个误差大得没有办法接受了，所以对时钟的同步要求太高了。

精度再高一点一般我们石英表的误差是百万分之一，对应的测距误差300米也挺大的。卫星导航除了要把把卫星发射到天上去，还有一个很困难问题怎么研制生产出来高精度的时钟。这个东西是怎么实现的？对于天上的卫星和用户接收机处理的办法是分别处理的两套办法。天上卫星一共这20多颗，那么它是通过物理方法解决，每颗卫星上面的时钟是原子钟，氢原子钟。通过氢原子外层电子，基态跳一个能级来回的震荡，把温度调整很稳定这个振荡频率就很稳定，达到10的负十三次方甚至还要高。天上卫星通过原子钟，原子钟外面还要搞温控，这是物理办法。地面还要建立监测站，测量出每颗卫星上的时钟误差这个要花很大成本。

能不能发展实施卫星导航，除了运载火箭和卫星以外，还有一个很困难的技术问题，就是这个国家能不能研制和生产出来高精度的时钟，现在世界上能够发射卫星的国家很多，伊朗、巴基斯坦、印度都可以，但是能够发展和实施卫星导航的国家没有几个，卡在哪？就卡在你能不能做出高精度的时钟，这是一个瓶颈的问题。

天上的卫星通过原子钟能够达到很高的精度，而装在船上，装在飞机上，装到我们每一个智能手机里面的接收机是装不起原子钟的，就要通过数学的办法。下面第四个方程先不看，用户接收机的时钟误差比较大，在这三个真实的距离方程上，再加上接收机时钟误差乘上光速所造成的测距误差，这样距离的就不是真实距离，而称为伪距。由于方程组里多了一个接收机时钟误差这个未知数，一共四个了。那么就需要再多测量一颗卫星，测量四颗卫星，建立四个方程解四个未知数。就是一个接收机本身的位置X，Y，Z，再加上接收机时钟误差，四元二次方程组，起个名字叫做伪距方程。四个方程解四个未知数就可以把任何时刻我接收机位置解出来了，这样就实现了所谓的卫星导航。

赵榕：讲完卫星定位的原理，请何老师给我们讲讲俞老师提到想发射卫星很容易，但是想做定位不是那么容易，现有几大系统各有什么特点？

何麟书：现在我们在天上有GPS，GPS现在看起来是最好的一个美国导航卫星系统。

赵榕：这个好指的怎么好？怎么定义这个好？

何麟书：现在便于全世界全球都能用，它一开始为军用的，后来发展到民用，军民两用，我们现在国家开汽车的导航仪都是用GPS。美国有一个GPS，前苏联上世纪七十年代看美国搞了它也要搞，搞的是GLONASS，这个就不如GPS，它为了保证自己用至少要用18颗星，卫星的寿命也不长，它的星老是缺。

赵榕：意思就是我一年发几颗，一年废几颗。

何麟书：倒也不是全废，老是缺钱补不齐，卫星导航要求星越多越准。

赵榕：也就是说至少四颗我们才能精准定位。

何麟书：多于四颗更好。

赵榕：误差更小。

何麟书：美国GPS到2012年底发展到32颗，有一个统计数据，在北纬45度上的运动物体，比如汽车或船舰可最低接受到六颗星的导航信号，最高有十二颗星，跟地面观察点位置不同而不一样。

赵榕：北纬45度是咱们使用率最高的一个区域？

何麟书：也不一定，它是举一个例子，你们可以查维基上面有一个例子，围绕45度跑一圈最多可以有12颗星可以收到信号，最少有6颗星收到信号。这个是普通例子，问题是GPS有一个精码有一个初码，精码给军用，初码给民用。GPS可以把某一个区域信号关掉你接收不到。海湾战争的时候，它为了海湾战争自己打仗的需要，把那个欧洲区域停了，欧盟很不满意没有办法，因为战争需要把那个停了。假设把亚洲这个区域停那就糟糕了，如果我们用它完成我们军事任务就坏了，这个东西我们不能依靠它，只能利用它，它有信号我们用它，真正作战我们必须建立我国的北斗。我们为什么花大量金钱搞？就是因为军事。另外伽利略也不行，参加的国家太多互相之间扯皮，将来搞什么样的东西？怎么弄？争论很多。

赵榕：每个国家需求不一样，自己有自己的主意。

何麟书：最糟糕一点它核心技术对我们保密，我们还参与不进去，咱们国家一生气不理你了，我们自己搞北斗。北斗比它快得多。

赵榕：因为咱们一家。

何麟书：这是我们为什么要花钱搞，首先我们国防绝对需要。另外我们民用也需要，将来我们抗灾，哪里发生地震灾害了这个非常需要。还有我们军事，我们要同时调度几个军事到达同一个点，这些军队怎么走？因为距离不同，谁要先走后走同时到达某一个点，甚至我们空中加油都要考虑这个问题，加油机前面飞带很多油，飞得慢，而后头作战飞机是超音速的，你要知道它多大速度，要调整自己速度都是需要的。刚才俞文伯老师说可以测距，测距很精确的，测距又能授时，两动点之间的距离用时间一除就是速度了，位置、速度我们都需要，这东西对于军用民用都是非常可贵的，所以我们花钱搞这个事，现在搞得很好。

赵榕：北斗处于什么状态，咱们发多少颗星？

何麟书：北斗现在是20颗星。北斗2020年搞完就是这样一个状态，有5个地球同步卫星的星，有3颗倾斜同步卫星，不是跟地球一块转的，是24小时转一圈的星。还有底下中轨的星27个，所以将来搞成功以后共有35颗星，2020年就是这个样子。现在已经达到了20颗星。亚洲区域覆盖了。底下有一个区域图。北斗能干什么？能干的事太多了。

赵榕：把能干什么一会儿说，咱们先请谈展中老师讲一讲北斗的特点和当时遇到的困难。

谈展中：我讲讲北斗的故事。上世纪80年代中期（1985年）我们国家开始搞北斗。搞北斗以前，已经有多个卫星导航系统，那时候有美国的子午仪和GPS，它叫全球定位系统，还有当时苏联的ГЛАНАСС 等， GLONASS是它的英文名字，意思一样，而且都是免费提供定位、导航服务。搞这种系统是很花钱的，以后有时间会讲花多少钱？为什么给你免费使用？实际上，你要用它的东西，就得买它的用户设备，最初一台GPS要几万美元，后来降到上千美元，几百美元，现在不值钱了，小汽车用GPS导航仪才700元（人民币）。

赵榕：先培养大家习惯，跟网站烧钱一个道路。

谈展中：你讲的很对，有的手机送给你，收营运费，GPS使用不收费，但我的产品收费。你用成习惯就离不开它了，还企图把美国的系统将来推举为国际标准。美国的系统还是不错的，得到广泛、满意的使用。广泛就是各领域都用了，满意就是用得好，这样逐渐成为一个产业，GPS及我们的北斗都成为产业了。

赵榕：现成例子摆在那，他们能赚钱我们也能赚钱。

谈展中：我们中国人口那么多，会比他赚得多，这个没有问题，看起来这个产业能赚钱，是新兴产业。建北斗的时候考虑了这问题，但主要不是经济利益，国家的安全利益是第一位的。由于卫导的优良性能，它的性价比不断提高，我刚才举一个例子，开始几万美元一个GPS定位仪，现在小汽车用GPS导航仪700元（人民币），很多汽车都有装了这个。手机也装了，你们智能手机肯定也有GPS/A-GPS。我们手机如小米和华为还装了北斗，小米还很便宜，在非洲和印度都用我们手机。

赵榕：这实际上是咱们北斗的应用前景。

谈展中：看起来卫星导航给国民经济带来巨大利益，用得那么广，一部智能手机也得千元以上。而且我们刚刚说到GPS，我们发现GPS虽然用得很好，用得很广泛，但有个大问题。GPS什么时候开始搞的？是1973年开始搞，搞成是什么时候？是1993年底。

赵榕：真正系统你说24颗星20年之后。

谈展中：1993年24颗卫星布全，宣布初步全面运行，在此之前GPS已广泛用了。初步全面运行时，仍提供免费服务，也就是SPS，翻成中文称为标准定位服务，同时宣布实施SA政策，这是什么意思？它叫做选择可用性，故意将二、三十米的定位误差扩大，扩大到多少？

赵榕：三百米。

谈展中：太狠了，这样没有人用了，扩大到一百米。正像何老师说的，打仗的时候更成问题了，它可以采取各种办法，如干扰信号，改变信号或功率，还有局部关闭。但他自己还是可以用，而且还有一个你不能用而他能用的军码，这种事情屡见不鲜。

赵榕：玩了不是一次两次了。

谈展中：战争的时候，如两次伊拉克和其他几次战争，我们两岸紧张的时候也有过。我们监测过，也试过干扰的效果。

赵榕：大概1996年的时候，台湾危机。

谈展中：你讲的对。这种情况下GPS不可靠，因为我们没有自主权，不可控。SA虽说是选择可用性，但不是由我们选，是他给我们选。中国要搞自己系统才行。卫星导航在民用是一大块，刚刚没有说军用，军用也是一大块，多次战争里面都用了这个东西。

赵榕：什么精确制导的炸弹、导弹都用GPS。

谈展中：战争中起了什么作用？经过几次战争，美国军方和国会的结论是，GPS是军力倍增器，如GPS引导航母的载机加油、充弹，出航、作战、返航，最大限度投入战斗。又如炸一个东西炸的很准，本来要三颗导弹，现在一颗就可以了，节省了弹药。

赵榕：而且降低了飞行员的危险。

谈展中：更主要的是这一点，人是最宝贵的，飞机出了问题，飞行员落在什么地方，一般很难找，据美国的实战经验，用GPS和通信设备，很快找到了伤员，及时挽救了很多生命，若受伤时间太长就晚了。所以它是军力倍增器，人力、物力、时间都省好多倍。GPS又是实现精确打击、远程打击的主要手段，精确打击就是打得很准，十几米或几米的精度，远程打击有多远？几百、上千公里。

卫星导航对国民经济和对国家安全都很重要的，刚刚你说必须掌握在我们自己手里，所以我们搞了北斗。当时我们也有条件，什么条件？我介绍北斗是从上世纪80年代中开始的，实际上我们搞卫星导航是1969年就开始了。

赵榕：第一颗卫星还没有发的时候已经开始了。

谈展中：这叫做691卫星导航系统。是1969年1月份开始的，所以系统名字定为691。美国第一个系统什么时候开始的？是1958年搞的子午仪，苏联发第一颗卫星是1957年10月4号。 691从1969年搞到1977年，是我国真正的第一代卫星导航系统。1985年开始的是北斗卫星导航系统，我们已经有搞卫星导航的经验。在1979年到1980年我们利用法国的交响乐卫星，做时钟比对、同步和测距实验，当时称为科学实验。在六五计划期间，我们研制了战术综合电子系统，综合了导航、通讯、识别功能，为搞扩频、时分系统，打了一个很好的基础。还有更重要的是1984年我们发射了静止卫星。1970年4月24号发射了第一颗唱东方红的卫星，这就是两弹一星的星，两弹则是核弹和导弹。1984年发射的是静止通信卫星。

赵榕：用来转播我们电视节目。

谈展中：对。

赵榕：我上下通讯渠道是通了。

谈展中：很关键是卫星能够发的那么高了，这个高度是3万6千公里，这样我们就有条件搞北斗了。我话又说回来了，我们当时条件比较差，因为那是80年代。

赵榕：比较穷的时候。

谈展中：经济刚刚起步。

赵榕：你想俄罗斯发这么多年都没有发齐，这是特别烧钱的事。

谈展中：俄罗斯1991年出了大问题，苏联垮台了，就全乱套了，它的人也跑了。那时候我们经济实力不太强，但又必须要有自己的自主、可控的系统，所以我们思路是这样的。

赵榕：但是咱们不用一步到位，咱们先一点点来。

谈展中：是的，需按照我们国力和条件，采用成熟的技术，不能搞成烂尾楼，因国力不很强，需用最少资金，尽快建设急需的系统。大家可能知道1979年到1980年，咱们有一个自卫反击战，深入到边远、国外地区，这些地方大部分是山区，因为没有适合的通讯和定位系统，仗打得非常艰苦，牺牲了很多战士。要保卫我们的边疆，还有我们的海疆，所以一定要搞上去，但是要用最少的资金，尽快建立自己的系统，这就是双星系统，实际上星座是2+1，两颗工作星和一颗备份星，用的是静止通信卫星。以静止通信卫星为基础做我们的导航定位，和俞老师讲的一样，这是测距卫星导航系统，但是有源测距定位，俞老师讲的是无源测距定位。到2000年完成，后称作北斗试验卫星导航系统。这是我们自主、可控的系统，我想怎么改，就可怎么改。主持人讲到伽利略，我们也和它搞合作，还出了不少钱，欧盟有20多个国家，协调工作不易。

赵榕：咱们之后印度加入进来。

谈展中：日本也加入了。世界上有六个系统，日本有一个，印度还有一个，以后有机会再说。我们的双星系统实现了定位、定时和通信的要求，但有个很大的缺点，使用的人不太多，只能供几万人用，我们有13亿人，而GPS无穷多个用户都可以。 还有一个缺点，就是用户要发信号，用户要发信号的叫做有源系统。

赵榕：我这个信号发给谁？

谈展中：发给卫星。用户发到卫星，再由卫星发到地面中心，地面有一大套的设备。

赵榕：我终端发给一个地面站，让地面站发给卫星然后卫星再传回来。

谈展中：用户终端的信号通过卫星传送到地面站，地面站的信号也通过卫星传送到用户终端。GPS用户终端不需要发信号，接收卫星信号就可以了。我们第一阶段的，叫做北斗试验卫星导航系统，这个系统用户终端要发信号。

赵榕：这个好处是什么？

谈展中：好处很多，带来了GPS没有的好处，借助用户发信号就可以通信，地面中心还可掌握所有用户的状况。

赵榕：只要有信号就可以。

谈展中：一个方向发信号叫做广播。两个方向互发信号就是相互通信了。

赵榕：缺点就是我同时容纳用户量比较少。

谈展中：对，都要占频道，占时间，系统容量总是有限的，除非你设备无穷扩大，但这不太可能。广播你接收就可以，多少人也没有关系。发信号还有一个缺点就是曝露了，人家可侦测到你，然后就可以对你采取措施，发信号就不能保持无线电静默。我们的系统必须往前发展，要从有源定位转成无源定位，怎么做呢？

赵榕：多发。

谈展中：多发什么星？如多发跟美国一样的星，叫做中高度卫星，中高度卫星有一个缺点，在全世界转，在我们国家停留时间不如静止和倾斜同步卫星长。

赵榕：所以说一两颗解决不了什么问题，要多发。

谈展中：为什么以后发的27颗都是中高度卫星，因为全球都可以看到多颗卫星，卫星不是四颗好，而是同时看到的越多越好，由于地球遮挡，在地球这半面能看到的，另半面就看不见了。第二阶段系统，覆盖要扩展，但希望卫星覆盖中国，还有整个亚太地区。

赵榕：覆盖中国周围。

谈展中：我们经济实力扩展以后我们利益也扩展了，卫星覆盖也要扩展到别的地方去，首先是东南亚，到整个亚太地区。

赵榕：手机加北斗模块卖到印度去人家才要。

谈展中：将来的确是这样，用我们的系统比GPS好，才都会买我们的东西。第二阶段就是把这个系统扩展到在亚太地区，用什么卫星？主要用静止卫星和倾斜同步轨道卫星。倾斜同步卫星的轨道面有个倾角，倾角是多少？设计为55度。

赵榕：就是覆盖最大面积的。

谈展中：对我们国家和覆盖地区最有利。

俞文伯：在地球上面这是南极，这是北极，这个平面是地球的赤道。

谈展中：对，我没有讲清楚，俞文伯老师给讲清楚了。倾斜是指卫星轨道面与赤道面有个夹角，夹角是55度。

赵榕：还是24小时转一圈。

谈展中：是，发多少颗卫星？ 除了发五颗卫星静止卫星，再加上五颗这样的倾斜同步轨道卫星，这些卫星基本上集中在我们中国和整个亚太地区上空。

俞文伯：如果是静止卫星的话，我们跳出地球，在地球外面的太空在惯性空间看得话，这个卫星不是静止的，它绕地球一圈的时间跟地球自转一圈的时间是一样的，如果在地球上看，它相对于地球相对静止，地面上看这颗卫星的方位角和仰角一直是固定不变的，所谓静止卫星是相对地球而言。斜轨道同步卫星绕一圈也是24小时，这个叫做地迹，这颗卫星跟地球中心连一条直线，这个直线跟地球表面相交的位置，有的叫做地迹，也叫做星下点，地球表面是走一个8字形曲线。

谈展中：这静止卫星和倾斜同步卫星，都在我们国家和亚太地区上空。

俞文伯：这条横线是地球上的赤道，上面是北半球，下边是南半球，地球表面星下点老是在这来回走，北半球南半球都走，能照顾到中国，也能照顾到马来西亚等，但是照顾不到美国。

这是另一种中轨卫星，星下点不是停在地球表面原地，而是这样走了，慢慢走过去了。它的轨迹是地球四面八方，能照顾到中国、欧洲、美国，都能照顾到，而且这个机会都是均等的，没有对谁照顾多对谁照顾少，把地球各个地方，中国、欧洲、美国甚至连太平洋、夏威夷通通可以照顾到。

谈展中：我们中轨卫星在2007年发了第一颗，倾斜同步卫星2010年以后连发好几颗。 为什么这样？我们一边增加可见卫星数及覆盖区，一边测试中轨卫星。美国也一样， GPS开始也只有六颗卫星做试验。

赵榕：也不是一步到位，一边发一边做实验，一边发展。

谈展中：不断的发展，一阶段接一阶段，美国到1993年才初步全面运行。才算发完整了。

何麟书：美国20年花了300亿美元。

谈展中：接着何老师，以后我也要说说我们花了多少钱，他说美国是花了300亿美元。

何麟书：1973年到1993年。

赵榕：仅指发展起来的20年300亿。

谈展中：1973年GPS有一个预算，预算是8亿美元。

赵榕：1973年8亿美元也很值钱。

谈展中：你讲的对，那时候美元很值钱，是八比一，现在六比一了。那时候预算是8亿美元，可是到了1980年重新估算，你猜多少钱？86亿美元，10多倍。你看何老师的数据更不得了，最后是300亿，至于怎么用的？不告诉你了，以后自己查。我告诉你，我们第一阶段花了多少钱，到2000年发射两颗卫星，系统可以工作起来的时候是20亿人民币。

赵榕：实际上第一步钱也没有少花，跟美国比少得多，跟咱们收入来说20亿也不少。

谈展中：是，那时我们比较穷。我还想告诉大家，我们的科研人员比较辛苦，很艰苦的条件下，有的器件要仿制，有的要研制，中国人有个特点：吃苦耐劳，但是也得花钱。第二阶段，到2012年布成了5+5+4星座，五颗静止卫星，五颗倾斜同步卫星，四颗中轨卫星，第一颗中轨卫星是在2007年发射的，用来做实验。到2015年9月共发了20颗星。

赵榕：为什么管最后这个叫新一代？这个跟2007年这个有区别吗？

谈展中：20颗星，真正工作是16颗，有四颗已经不工作了。我们第一批卫星工作寿命是五年，又增加到七年，以后到十二年，寿命何老师解释了，由各种因素决定，我主要讲建设的思路。

俞文伯：卫星寿命很大程度受到里面推进剂的限制，用光就没有办法工作了。

谈展中：用燃料干什么？干两件事，一个叫做轨道修正，一个姿态修正，每次用的不是很多，但总有用完的时候。我们用法国的交响乐卫星做科学实验，那个也是轨道变了，不能控制了，但通道还行，所以我们用上了，捡了一个便宜，当然我们跟法国也是友好的。第二步的星座是5+5+4，到今天实际是6+6+4，20颗星中四颗不工作了，覆盖的是在亚太地区，但还需要扩展我们的覆盖区。大家知道远望号测量船吗？每次发卫星，发飞船，都要出远洋执行测量任务，我们的远洋货轮也跑遍全球，覆盖区需扩展到全球，我们想到了中高度卫星，第三阶段把卫星铺到全球去。

赵榕：刚才你说我们静止卫星是主要覆盖咱们周围，我有没有必要我其他地方也布静止卫星，有这个必要吗？

谈展中：有。

赵榕：人口密集区域我们也可以考虑。

谈展中：我们可以提供其他服务，这是个好东西。

赵榕：关键看发卫星和经济值不值。

谈展中：现在好多都在谈判合作，印尼、马来西亚，巴基斯坦没有问题，北朝鲜也在谈，有一个亚太合作组织。如何合作要看情况，反正北斗是我们自主、可控的系统，想干什么都有条件。

赵榕：原来美国怎么玩，我们以后怎么玩？

谈展中：美国怎么玩，我们不跟他玩。美国玩得很恶心，它本来定位精度很高，故意弄得定位精度差很多，大家都不满意。它有一段还想要收费，但俄国、伽利略和我们不收费，而且精度比它高，所以只得作罢。到2000年他把SA也取消了。

赵榕：因为咱们有这个实力以后，他会放开一些东西跟咱们争这个。

谈展中：最后就是要覆盖全球，5颗静止卫星，3颗倾斜同步卫星，27颗中轨卫星。中轨卫星的离地高度约两万公里，这个不是精确数字，精确数字可以看公告，其他卫星高度是3万6千公里，是同步轨道而且都是圆轨道。日本和印度做的是椭圆轨道。

俞文伯：它只照顾它自己国家。

谈展中：长时间卫星都在他们国家的空上，其他地区卫星很快飞过去了，他们的思路就是这样。

赵榕：咱们9月30号最后发的新一代，怎么定义这个新一代？

何麟书：新一代最穷的时候，完成了定位测试那个院士叫做陈芳允，这个院士很早去世了，当时在艰苦的条件下，解决了有无的问题，后来考虑覆盖全球多颗卫星就是所谓第二代，到2020年就搞到第二代。新一代有三个含义，首先把卫星看成一个大系统，第一个新，是运载火箭采用了远征一号上面级，什么是上面级？跟卫星连在一起的最后一级火箭就叫做上面级，上面级负责把卫星送到轨道，然后跟卫星脱开。用了远征一号以后，发卫星从西昌发射只要大约六个小时入轨了，从前发要两个礼拜。

赵榕：得一点一点地调。

何麟书：现在发布的是同步轨道3万6，这个轨道是最值钱的，就是与地球自转角速度相同的同步轨道。

赵榕：只有这一个位置，大家发同步卫星只能这样一个位置。

何麟书：地球转的时候也跟你一同转，这颗星老在你头顶上空。

赵榕：所有通讯卫星都在这个上面。

何麟书：垂直下来是离得最近的，这个位置你不用就是别人的了，这条轨道上的卫星密密麻麻的。

谈展中：现在是这样规定的，谁先占这个位置就谁用，你先申请也没用，给先占者用。

赵榕：把它顶开。

谈展中：那不行，那要打官司了。重要的是，我们要先发，多发卫星。

何麟书：到同步轨道我们过去做法先发至停泊轨道，靠卫星本身自己花燃料进入转移轨道，到转移轨道再变轨变到同步轨道，那都要消耗卫星的燃料。过去两个礼拜，我们不着急，你一开一停都得用燃料，我们用很小推力的火箭发动机，变轨的时候慢慢拐，变轨消耗很多的燃料，最后要组成与目标轨道相切的合力进入轨道，慢慢的拐两个星期，我们现在6个小时入轨了，有一个好处就是我们有一个上面级。

赵榕：它本来跟卫星脱开的。

俞文伯：不消耗卫星的燃料。

何麟书：脱开把它送完它就完成了任务了。卫星上的燃料保证轨道正确性，轨道有变的话它会到正确的轨道上，同时姿态还要调整，比如说遇到干扰以后姿态变了要回来原来的轨道也要用燃料，轨控，姿控必须要用燃料。

赵榕：这个是不是很大程度上决定卫星的寿命。

何麟书：对。

赵榕：谈展中老师说还可以用，不能调姿态了。

俞文伯：一个人到野外带多少干粮，干粮全部吃光了这个人就不行了。

谈展中：即使其他系统都是好的，对卫星的轨道控制和姿态控制不行了，轨道或姿态改变了，这颗卫星就不能按原设定的要求使用了。何老师开始讲了苏联的GLONASS，卫星的寿命为什么那么短？不是燃料没了而是钟坏了，现在没有问题了，是过去的70、80年代的事。它的钟有时候半年、一年就坏了。苏联的发射能力还挺强的，一下子连发三颗星。

何麟书：计算机软件都可能出问题，一出问题这个星就全完了，现在发展一个新技术，卫星的自我修复，自己给自己看病，自己割盲肠这个意思，这是第一个新。现在我们北斗位置精度可以大约10米，授时精度可以是10纳秒，一个纳秒是10亿分之一秒，把一秒钟分成10亿份，中间的一份就是一个纳秒，速度精度可以达到每秒钟0.2米，这个很好了，我们现在北斗已经相当不错了。第二个新指卫星之间的信号链接。星际通讯将来可以自动组网可以解决很多事。第三个新就是用了中科院搞的新平台，所谓新平台就是除了有效载荷以外，有效载荷是干活的了，平台就是里面轨控、姿控、通讯、计算机这一套，这个是轻平台，重量很轻，小而轻，将来适合我们一箭多发几个，一箭多星，我们上面还有国产的计算机芯片，还有我们自己设计的原子钟，这都是我们中国自己做的了，这个相当不错。所以就是这三个新，三个新将来带来的好处就是我们可以一箭多星，而且星的寿命可以增长，而且星际间可以通讯。

“与专家面对面”活动现场

赵榕：这个星说起来，说的话太多，现场的同学有没有要问的。

提问：俞老师，第一张PPT用四颗星算它的dT距离，dT是每个接收机都相同吗？

俞文伯：dT是用户接收机，装在飞机和船上的。它不是高精子原子钟，原子钟只用在卫星上。

提问：原子钟他们之间没有什么差别的？

俞文伯：这个精度高得多，起码达到10的负12到负13次。

提问：原子钟它们之间没有什么误差是吧？

俞文伯：时间长了也会慢慢有飘移，但是它有地面站的测控站不断的接收你的信号，接收信号以后经过大量数据梳理之后，告诉这颗卫星你时钟误差是什么规律，它把这个规律通过广播电文发给地面上用户接收机，一个小时里面是二次多项式，是一个时间的零次方，一次方，二次方，这么一个二次曲线，这二次曲线在这一个小时里面，每一个时刻时钟误差飘移多少，这个非常精确的。

赵榕：你基本上可以这么理解，地面可以控制卫星上这些钟的误差。

俞文伯：卫星上的原子钟非常稳定，但是也有非常缓慢的飘移，经过十几个小时连续测量的数据处理以后，比方说从2点到3点的时间误差用一条时间曲线预报，比方说2点10分钟几秒这时候时钟误差多少，以时间的二次多项式做一个预报，从两点准点以后，过了多长时间以后这个时钟误差飘出去多少，给得非常准的。这是每一颗卫星上面这颗原子钟的误差，用这样高精度的办法，一个原子钟本身很准确，第二个通过地面测控站连续不断的测量，预测从现在开始一个小时里面这个原子钟相对于最准确的时间来讲飘移的变化是时间的二次多项式。

提问：它飘移不会完全离开是吧。

赵榕：他意思说飘移有一个规律，他说二次多项式可以算出来。

俞文伯：不会偏的太远，你手持终端没有这个功能。

赵榕：所以需要四颗卫星帮助我一方面授时定位，这个位置是精确的。

俞文伯：天上卫星我的时钟准确性用物理的办法可控的，用户接收机是数学的办法。

谈展中：俞老师说的是数学计算，通俗一点讲，首先搞清一点，卫星上的钟都是高精度原子钟，一般来讲它的稳定度都要达到十的负十三次方，30万年才差一秒钟，一般电子表是多少知道吗？

赵榕：一天大概一秒。

谈展中：差不多，准确的讲0.68秒，稳定度是十的负五次方，也就是刚刚说的一天大概差一秒钟。原子钟虽很稳，但是再稳也在变，也在飘移，经过一段时间又不对了，这怎么办？

赵榕：通过数学方法。

谈展中：方法是我们常用的方法，我们的表不准怎么办？听听中央台、对对你的表，这叫做比对一下，是一样就不用调了，不一样就调一下表。跑到卫星上去调卫星钟很困难，原子钟老调也就不稳定了，如处理润秒，润年才跳秒。所以是将卫星钟与地面站钟进行无线电比对，找出钟差，用于时钟数据校正。实际过程要复杂一点，与地面站钟比对后，制作出计算钟差的参数，发给卫星。

赵榕：时间有限，今天我们座谈先到这里，非常感谢三位老师给我们带来精彩的讲座。下周同一时间希望大家继续光临。谢谢！

本文信息来源 今日北斗

如需转载，请注明出处！