北斗导航吉星上天！三大绝技服务国计民生

　　2018年11月1日，由中国航天科技集团有限公司五院总体部抓总研制的第41颗北斗导航卫星，即第17颗北斗三号卫星发射成功。这是北斗全球卫星导航系统地球同步轨道（GEO）卫星的首发星，具有强大的功能，因此获得了“智多星”和“吉星”（GEO轨道导航卫星的谐音）的昵称。
　　作为北斗三号卫星导航系统的高轨首发星，吉星除了具备传统导航卫星的功能外，还怀有多项绝技，具有广阔的应用前景与划时代的意义，是我国作为负责任的航天大国的重要标志之一。

　　▲ 长征三号乙运载火箭托举第41颗北斗导航卫星升空
　　有了它，自动驾驶范围广
　　吉星的第一项绝技，要从最近很热的自动驾驶说起。
　　要想实现自动驾驶，车辆必须实时、精准地“知道”自己的位置，否则没人敢让它开进车水马龙的公路。使用普通的卫星导航定位，会有几米甚至十几米的误差，远达不到上路行驶的要求，这就需要在地面建设基准参考站，进行“地基增强”以消除定位误差。基准参考站不会跑，精确位置早知道，只要基准参考站把自己的卫星定位信息和实际位置间的误差实时“广播”，周边的用户就能据此去粗取精，获得精密定位信息。
　　可问题又来了，一座基站只能覆盖周围几十公里的地方。靠大量建设基站来实现精准定位，不仅耗资巨大，还无法实现热点地区的全覆盖。坐着自动驾驶汽车开出“定位服务区”？想想都可怕。这时候，吉星的卫星精密单点定位业务优势就很明显了。
　　吉星副总设计师刘天雄介绍，“在天上‘静止’的吉星，可以像其他通信卫星那样，向地面稳定地广播导航差分和完好性增强信号。这样一来，只需以全国已有的北斗导航卫星地面站为参考，得出各地定位误差，再通过吉星播发精密单点定位信号告知用户，即可实现动态分米级、事后厘米级的定位服务，足够汽车自动驾驶、船舶精准停泊等场景使用，还省下了大规模建设基站的费用。”
　　说到省钱，现在最需要吉星精密单点定位服务来降低成本的，还是农业。“在我国东北、新疆的许多农场，大规模机械化精准农业还靠国外的星链导航系统（Star Fire）来提供高精度定位服务，不仅每年要为每台农机上的终端支付上千美元服务费，还有可能因终端‘后门’泄露农业数据而威胁我国粮食安全。”刘天雄介绍，在吉星陆续上天、运营后，更多农场精准作业会用北斗终端，靠谱又省钱，未来甚至可能改变当前日出而作、日落而息的传统生产方式，实现全天候、全天时农业作业，支撑农业强国建设。
　　有了它，航班起降更安全
　　吉星的另一项绝技，是面向民航等高端用户的卫星导航服务星基增强（Satelite-Based Augmentation System, SBAS）。
　　与自动驾驶、精准农业等应用场景不同，民航对导航信号完好性有严苛的要求。完好性，简单地说，就是给我的导航信号要靠谱，万一不靠谱也要尽早告诉我。航班在航路上飞行时，导航信号偶尔出现中断并无大碍；可如果在飞机起飞和降落过程中，导航信号消失或出现偏差误导飞行员起降操作，那可不得了。
　　“吉星会通过两个频点播发符合国际民航组织标准的星基增强信号，其中包含星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，进一步提升卫星系统定位精度，同时增强导航信号的完好性。”吉星总体主任设计师潘宇倩介绍，“万一导航信号出现问题，吉星也会在6秒的安全时间内通知用户，切换其他导航信号。”
　　此前，只有美国、欧洲等极少数国家、地区具备向民航提供星基增强业务的能力。吉星面向民航等用户的星基增强业务，标志着我国在卫星导航领域又取得了新的重大突破，将为国内外民航用户提供花费更低、可用性更高的导航服务，带来巨大的经济和社会效益，提升了北斗导航系统的国际地位，体现着我国的大国担当。
　　有了它，应急短信足够量
　　北斗卫星导航系统的应用第一次为人们所广泛关注，是在汶川地震救援中。当时，地面通信设施遭到严重破坏，救援部队利用北斗短报文通信发出了第一条来自灾区的信息，将灾情和受灾位置准确地报告给救灾抢险指挥部。中国北斗“既知道我在哪、又知道你在哪”的“导航、通信一体化”设计方案，为灾民抢出一线生机，也给各应用方留下了深刻印象。
　　10年过去，北斗短报文通信功能已广泛应用到交通、电力等各行业，特别是在保护我国渔民、维护国家海洋权益上，发挥着重要作用。
　　如今，吉星不仅在导航信号上兼容北斗二号、为传统用户提供一如既往的导航服务，在短报文通信功能上也有了新突破，通信能力提升10倍，单次可发送1000多个中文字符，实现了从“短信”到“长短信”的跨越，足以将突发情况的情节一次性说清楚；它还可发送图片等信息，应用场景将更为丰富。
　　潘宇倩介绍，吉星的接收信号能力也大幅增强，使用户终端的发射功率降低10倍，用户终端实现了小型化，并可以与当前11位手机号码互联，大大提高了用户体验。
　　有了它，中国北斗不一样
　　要承载强大的功能，强大的卫星平台必不可少。吉星采用由航天科技集团五院研制的东方红三B（导航）卫星平台，是我国现役规模较大的卫星平台之一。而宽敞的载荷空间，又有一半留给各种通信载荷，这给整星的电磁兼容（EMC）带来极大的挑战。“吉星团队团结协作，集智攻关，高水平地解决了电磁兼容难题，使吉星成为‘导航、通信一体化’计水平最高的卫星。”刘天雄说。
　　同时，大平台还能装载更多燃料。地球同步轨道资源犹如国土资源，一点都不能少。“充足的燃料可以保证卫星’稳坐’静止轨道位置，”吉星总设计师陈忠贵介绍，“再加上严格优选元器件、提升单机与整星抗辐照能力、优化卫星热控等措施，使得卫星的设计寿命创我国导航卫星新高。”
　　“老一辈航天人利用地球同步轨道卫星成功开展‘双星定位’试验，验证了属于中国的导航创想；北斗一号双星定位卫星陆续上天，正式开启中国特色‘导航、通信一体化’实践。”北斗三号工程副总设计师、北斗三号卫星首席总设计师谢军说，“如今，新一代北斗人将在党的十九大提出的‘建设航天强国’的号召下，继承前辈创造的北斗精神与北斗创想，续写中国卫星导航事业的新辉煌。”
　　有一种梦想叫全球组网，有一种力量叫北斗精神！

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