北斗卫星导航系统满足全球应用需求 保障电力设备时间基准
2018-01-10 12:08:57
摘要：北斗卫星导航系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。
自主建设运行
融合导航与通信
中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)是着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，作为高精度的空间位置和时间基准，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。北斗卫星导航系统(BDS)是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统，与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟伽利略GALILEO一并成为全球四大卫星导航系统。
中国坚持自主创新、分步建设，逐步形成了北斗卫星导航系统“三步走”发展战略。2017年11月5日，以“一箭双星”的方式成功发射北斗三号第一、二颗组网卫星，开启了北斗卫星导航系统全球组网新时代;2017年12月27日，国务院新闻办公室就北斗系统开通五周年举行新闻发布会。北斗二号持续稳定运行，北斗三号将在2018年年底前建成18颗卫星的基本系统，为“一带一路”国家和地区提供服务;2020年年底前建成30颗卫星的完整系统，提供全球服务。
北斗卫星导航系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。定位精度优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于50纳秒(亿分之5秒)。北斗系统相关产品广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、地理信息测绘、森林防火、通信、电力、救灾减灾、应急搜救等领域。国产北斗芯片实现规模化应用，世界主流手机芯片大多支持北斗，北斗成为国内智能手机的标配，共享单车通过配装北斗系统实现精细管理，支持北斗的手表、手环、学生卡，让日常生活更加方便。
北斗卫星导航系统结构
持续改进系统性能
卫星导航系统是以卫星作为已知位置和时间基准的导航台站，通过卫星发射的无线电信号，确定用户的位置矢量。导航系统由空间段卫星星座、地面运行与控制系统、用户终端组成。空间段卫星星座由多颗具有完整功能和性能指标、工作在规定空间轨道位置的导航卫星组成，导航卫星是系统中的核心部分。地面运行与控制系统包括主控站、时间同步/注入站、监测站等，用户终端包括芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。北斗系统在卫星总体设计、星载原子钟、卫星平台供电安全性等方面不断进行改进。
导航卫星有效载荷是实现导航功能的关键，其技术水平、质量可靠性直接影响导航系统的功能。有效载荷特点包括：星载高精度、高稳定度原子钟技术，卫星时频基准精密管理技术，星地双向时间比对技术，时域与频域联合抗干扰技术，复杂空间环境下导航信号抗空间环境设计技术等。
卫星主结构采用中心承力筒和蜂窝夹层板组成的长方体箱形结构，卫星系统供配电母线配置为双独立一次供电母线，必要时可以通过指令实现并联。加强了整星的供电安全设计，明确了供电设备、电缆网、负载设备供电接口及内部的安全性要求，对备份冗余状态明确了安全性要求。原子钟是卫星导航系统最核心的部分。通过采用专门的铷钟小舱热控设计，实现对星上高精度铷原子钟的温度保证，满足温度变化小于±0.5℃的要求。
时钟源准确安全
保障电力设备时间基准
发电厂、变电站、电力调度的计算机监控系统、保护装置、故障信息管理系统、安全自动装置、能量计费系统等自动化设备的应用，对时间精度要求高。随着电力系统的快速发展，对时间同步的要求越来越高，需要准确、安全的时钟源，为各类运行设备提供精确的时间基准。北斗卫星导航系统作为我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，为电力系统实现时间同步提供了新的技术手段，显现出强的稳定性和安全性。基于北斗技术的北斗卫星同步时钟设备已逐渐应用于电力系统，保障了电力系统时间同步技术的稳定和精确，显示出比较优良的技术特点。
基于北斗卫星导航的电网时间同步系统已逐渐适应智能电网建设和运行要求，实现了电网时间同步系统的联网，能够构建满足电网智能化运行需要的时间同步系统，从而实现发电、输电、配电网络时间同步系统组网和集中监测维护，为电力系统提供安全、可靠的统一时间基准。
通过北斗卫星导航定位系统，能够实现对变电站实时数据监控，数据传输稳定。由于北斗系统具有GPS所没有的通信功能，基于北斗卫星系统的通信模块可以提供多种通信接口,既可以经过光纤网与主站相连,也可以通过无线传输与主站及其他通信模块相互通信。北斗通信适用于气候恶劣地区输电线路状态监测，也适用于输电线路应对台风、地震等自然灾害的应急抢险调度信息通信。
北斗卫星导航系统“三步走”发展战略：
第一步：建设北斗一号系统
(北斗卫星导航试验系统)
●1994年，启动北斗一号工程
●2000年，发射2颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，为中国用户提供服务
●2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，增强系统性能
第二步：建设北斗二号系统
●2004年，启动北斗二号工程
●2012年年底，完成14颗卫星发射组网，承担中国和亚太地区的导航、授时等服务
第三步：建设北斗三号系统
●2009年，启动北斗全球系统建设
●2017年11月，北斗三号卫星开始发射
●2018年年底前，建成18颗卫星的基本系统
●2020年年底前，建成30颗卫星的完整系统，为全球服务
【延伸阅读】
原子钟是目前世界上最准确的计时工具，利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时。用在原子钟里的元素有氢、铯、铷等。原子钟的精度可以达到每2000万年误差1秒。在北斗卫星的信号中，时间信息是最重要的控制信息和定位依据，而维持卫星时间准确性的设备就是原子钟。没有原子钟就没有全球导航系统。
原子钟是北斗卫星导航系统的心脏，为卫星系统提供了高稳定的时间频率基准信号，决定了导航系统的导航定位、测速及授时的精度。原子钟的工作原理涉及量子力学、电学、材料学和热学多个学科，各项指标要求苛刻。（《亮报》潘宏娟）
