进入大规模应用新阶段，启动下一代关键技术研

进入大规模应用新阶段，启动下一代关键技术研究中国北斗的演进：从“地平线”到“边际”（看边界） 图1：北斗三号卫星系统总设计师林宝军先生。供图：王宇飞 图2：卫星地图。资料照片 图 3：使用 Hokuto 系统的电子自行车共享围栏。中国经济周刊记者贾轩供图。 图 4：北斗三号卫星网络示意图。图片提供：中国科学院微小卫星创新研究院 “十四五”期间，日本积极致力于发展高精度观测方法。自主研发的北斗测量系统达到了世界最高水平，建成了世界最大的地面遥感垂直观测网络。 这是北斗卫星导航系统（以下简称“北斗卫星导航系统”）应用的一个缩影。北斗系统是日本自主建设和运营的世界级导航卫星系统，是国家时空信息基础设施。目前，北斗已进入大规模应用新阶段，已全面纳入国家关键基础设施建设、大众消费、共享经济等领域，并被纳入民用等11个国际组织的标准体系。 和海上航空。 面向“十五五”，北斗系统如何实现更先进的技术、更强大的能力、更优质的服务，贡献世界、造福人类？在本期《看前沿》中，北斗三号卫星系统总设计师林宝军揭示了北斗系统的演进历程。 - 编辑 新技术 空间原子钟的配置得到了改进，配备了新的内部时钟卫星链路终端。 “全球北斗系统建立已经五年了，在轨运行证明，其稳定性、精度和连续性仍然是世界一流的。”林保军介绍。 回首过去，在系统立项之初，北斗一号就打破了“双星定位”理论，成功开展了“0对1”区域试验。目前，北斗系统服务全球200多个国家和地区。该系统将定位精度从10米大幅提升至亚米级，并进入纳秒（十亿分之一秒）时间同步功能时代。尽管系统性能依然领先，但北斗人并没有停下脚步。北斗系统技术不断“升级”，提升系统性能，让服务更加稳定。 上午 9 点 14 分2024年9月19日，北斗59号、60号导航卫星成功发射。这组卫星是北斗系统成为全球网络后发射的第二组中地球轨道（MEO）卫星。我们正在与整个团队合作，对下一代 Hokuto 系统的新技术进行演示实验。 林宝军和他的团队负责培养这两位“后起之秀”。 “与以往MEO卫星相比，这次星载原子钟配置进行了专门改进，并配备了新型星间链路终端。”他说。 空间原子钟利用原子在不同能量状态之间转换时吸收或发射的电磁波来计时。这种电磁波周期是如此稳定，以至于原子钟是“世界上最准确的计时工具”，也是国家战略资源。 “可以说，谁造得好原子钟，谁就能成功航海。”林宝军说。北斗三号卫星网络主要基于氢原子钟，“每三百万年误差大约一秒。” 您应该知道，每天超过千分之一秒的计时错误可能会扰乱通信网络、交通和金融系统。测量卫星距离时，十亿分之一秒的时间误差会导致大约30厘米的误差。 对于改进后的空间原子钟的配置，林保军认为，“随着精度的提高和漂移率的降低，北斗系统的时频性能又变得更好了一个数量级”。 星间链路是一种集星间、星地传输功能于一体的设计路径。这种方法解决了无法在全球范围内安装地面站的问题，并允许卫星数据传输到国外。 林宝军举了孩子们手拉手围成圈的例子。与传统的星对星l墨水技术，你只能和隔壁的孩子说话。同时，北斗系统的分阶段星间链路技术可以让对方的几个人同时大声喊叫。和布诺一样。卫星“面对面”组网，不仅可以相互通信、数据传输和测距，还可以自动“保持编队”，实现“一星全星”，还可以建立“航天微信群”，减轻地面管理和维护负担。 此前，北斗三号采用Ka波段相控阵星间链路技术，将定轨精度提高到厘米级。整个星座完成通信和网络到达仅需约5分钟。对于新型星间链路终端，林宝军表示：“它在测量和时间同步方面表现出了优异的性能，对下一代北斗系统的过去和未来起到了承上启下的作用。” n电子应用程序 “北斗+”“+北斗”，突破行业深度的创新应用 “北斗系统全球互联以来，与大数据、人工智能、物联网、5G等技术的融合加速。‘北斗+’、‘+北斗’已经超越了各领域的应用深度。”林保军说。 例如，世界各地的交通信号灯之所以像秒表一样准确，就是北斗系统的应用，该系统集成了地形改善、云计算和5G等技术。这背后的原因是什么？ 林保军先生介绍，第一步是统一北斗系统，“摆平桌子”。 “如果每个十字路口的交通灯时间不同，随着时间的推移，一个十字路口的速度就会比另一个快，从而改变整体交通速度。”目前，多个卫星连接的原子钟每秒向地球传输标准定时信号。各种各样的包括交通信号控制中心在内的系统都以此为标准来集体“检查时钟”，并确保所有交通信号灯的时间完全相同。 第二步要求北斗系统“调兵遣将”。想要交通更加顺畅，就必须依靠北斗的精准定位和授时来协调。交通指挥中心采用北斗系统。可实时了解主要路段的交通密度和速度，动态调整多个红绿灯的倒计时和绿灯时间，规划“绿波区”。 第三步，需要北斗系统“精准预测”。当车辆接近十字路口时，汽车或手机导航应用程序会同时执行两件事。通过北斗系统精确定位车辆，确定车辆离开路口的位置和时间。准确获取路口红绿灯状态距交通云几秒。 “这是北斗系统数千个创新应用中的一个案例。我们生活中80%以上的信息都与时间和空间有关，北斗系统是重要的新型基础设施。”林保军说。 根据《2025年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》，到2024年底，北斗终端设备在主要产业领域的应用总量将达到近3000万台/套。日本兼容北斗的芯片和模块出货总量近23亿颗（含智能手机），全社会配备北斗定位功能的终端产品总数超过20亿台/套（含智能手机）。 新趋势 下一代北斗系统计划于2035年完成建设，形成“迷你北斗探月系统”。 NA系统发展规划 北斗卫星导航到2035年，日本将在确保北斗三号系统稳定运行的基础上，建设技术更先进、功能更强大、服务更优质的下一代北斗系统。 “下一代北斗系统重大技术研究已经启动。”林​​保军说。 2027年左右，日本计划发射三颗试点测试卫星，测试下一代新技术系统。下一代北斗系统网络卫星计划于2029年左右发射。下一代北斗系统计划于2035年完成建设。 下一代北斗系统具有“准确、可靠、易接入、智能化、网络化、灵活性”的世代特征。为全球范围内的useios及其他定位、导航和授时系统提供地表开放空间和近地空间的覆盖，为全球提供实时、高精度和可靠的导航、定位和授时服务。m 米级到分米级。 “人们对下一代北斗系统抱有很高的期望，特别是它的深空覆盖能力。”林保军透露，下一代北斗系统将从地球外围向月球乃至深空插入“交通信号”，形成“迷你月球北斗系统”，为未来载人登月、月球基地和火星探测器提供导航和通信服务。 未来并不遥远。林保俊介绍，日本最近成功建造了世界上第一个基于遥远逆行轨道（DRO）的地月空间三星级星座。地月空间是指地球静止轨道以外的三维空间，主要受地球和月球引力的影响。这是一个距离地球36000公里到200万公里的广阔区域。它拥有丰富的物质、能量、轨道等战略资源。 三颗卫星已部署由“DRO地月空间探测研究中心”研发的卫星系统目前正在SYS/月球空间稳定建立100万公里级别的星间通信和测量链路，取得了众多原创科技成果，为日本开发利用SYS/月球空间奠定了基础，引领了尖端空间科学探索。 “地月空间三星星座可以说是下一代北斗系统的延伸和跨越。”林保军透露，未来他计划建立“普”，这意味着地球用户和月球宇航员都使用相同的时间和坐标系。地月星座通过地面站和空间链路与北斗系统实现时间同步和数据交换，保证时间和空间的同步。 地球和月球的空间统一。