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北斗三號服務全球背后的科大貢獻

2020年7月31日,北斗三號全球定位系統全面建成,我國正式從航天大國邁向航天強國。

在北斗問天的艱苦征程中,國防科技大學作為技術創新的引領者和系統建設的主力軍,將論文寫在了北斗建設事業中,樹立了院校從事國家重大工程建設的典范。

北斗三號系統建設,包含衛星系統建設與地面運控系統建設;今天,我們來盤點一下北斗三號系統中那些來自國防科技大學的代表性創新貢獻。


北斗組網 · 科大貢獻

國防科大北斗團隊是北斗三號系統工程建設的核心主力,承擔北斗三號系統工程建設任務具有“三全”特點:一是全體制,所有的信號體制、系統體制;二是全系統,從衛星到地面運控及應用、測試、試驗驗證全覆蓋;三是全鏈路,所有的信號鏈路、應用鏈路全覆蓋。

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【 導航衛星業務載荷 】

覆蓋全球的北斗三號星座由幾十顆導航衛星組成。作為導航衛星的核心組成部分,各類業務載荷播發高穩定的導航信號,實現星地、星間的通信與控制,為用戶提供不間斷的連續服務。

作為國內唯一為全部30顆北斗三號組網衛星提供信號收發業務載荷的單位,國防科技大學突破了空間抗單粒子技術,實現了高可靠的信號播發,高穩定的自主完好性監測,為北斗系統提供高性能的定位、導航、授時服務做出重大貢獻。

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【 北斗短報文通信 】

短報文通信(RDSS)是北斗導航系統相比其他導航系統所獨有的功能,它使得北斗用戶不僅可以知道自己在哪里,還可以讓別人知道自己在哪里。短報文通信功能在抗震救災、遠洋漁業、應急通信、指揮調度等領域發揮了重要作用。

短報文通信處理系統是北斗RDSS業務的核心。從北斗一號到北斗三號,國防科技大學一直是該系統的技術創新者與主要建設者。尤其是在北斗三號建設中,學校對短報文信號體制進行全面優化升級,突破了以大容量全光傳輸集群處理架構為代表的多項關鍵技術,將系統容量提升10倍,用戶終端發射功率降低70%,報文長度由120個字增加至1000個字,為北斗短報文特色服務的推廣應用做出突出貢獻。

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【 大型地面運控站 】

主控站測量與通信系統和注入站是北斗三號系統運行控制的核心,通過對衛星軌道的精密測量,定期向衛星發送控制指令,校正衛星位置和時間等參數,保證衛星持續穩定運行于既定軌道,為用戶提供高精度服務。

國防科技大學突破了系統級高精度測量技術,創新提出了分布式射頻采樣—集中式信號處理的全新架構,大幅提升了地面站的布設靈活性和可靠性,引領了運控系統的發展趨勢。

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【 主控站時頻統一系統 】

高精度的時間頻率是衛星導航系統實現高精度定位與授時指標的關鍵,主控站時頻統一系統是北斗系統精確時間的來源,是北斗系統保持精準穩定運行的核心。

國防科技大學突破了以全光時頻傳遞為代表的多項關鍵技術,將時頻準確度提高一個量級,三百萬年誤差在一秒之內,為北斗三號系統的精確測量和精準運行做出了突出貢獻。

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【 高精度測量型接收機 】

高精度測量型接收機分布于所有監測站,是北斗地面運控系統的核心測量設備,通過對北斗衛星播發的導航信號進行連續觀測,為衛星精密定軌、系統鐘差測量等核心業務提供高精度測量數據,其測量性能直接決定導航系統的服務精度。

國防科技大學研制的高精度測量型接收機突破了復雜電磁環境下的高精度測量技術瓶頸,全面提升了導航信號監測精度與抗干擾能力,成為北斗三號衛星定軌的主用數據源,為北斗三號定位精度的提升做出重大貢獻!

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【 衛星導航系統級仿真軟件 】

北斗三號具有星-星-地復雜互聯,是迄今為止我國最為復雜的巨型航天系統。依托系統級仿真軟件,對關鍵技術體制、星地整網運行、系統服務性能等進行系統級仿真評估,是北斗三號總體設計和工程研制模式的重大創新。

國防科技大學突破了系統全要素高精度建模等關鍵技術,成功研制了國內首個衛星導航大系統級仿真軟件,提前識別和解決了幾十個系統級風險隱患,為保障北斗三號全球系統提前半年完成星座部署發揮了關鍵作用!

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【 衛星導航信號模擬設備與集成測試系統 】

不管是衛星載荷、地面運控系統,還是各種型號的導航終端設備,在提供服務之前都需要借助衛星導航信號模擬設備與集成測試系統進行全面、完備的測試。

國防科技大學率先突破了國外對高精度、高動態信號模擬技術的封鎖,研制的導航信號模擬源達到國際先進水平,研制的測試系統廣泛應用于衛星載荷與地面運控測試,并承建了包括上海、重慶等全國70%的國家和區域級導航產品檢測中心,引領了衛星導航模擬測試領域的標準制定與技術創新,為北斗系統建設和應用的質量與可靠性保駕護航。

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從幾個人的“手工作坊式課題組”到200多人的衛星導航技術國家級專家組組長單位:從最初北斗一號服務我國周邊,到北斗三號覆蓋全球;從當年被歐美技術封鎖,到今天核心部件100%實現國產化,25年來,國防科技大學一直在北斗建設的道路上堅定前行。

北斗三號全球系統全面建成并投入服務,不是問天征程的結束,而是新天路的開始。學校北斗人來不及停歇,便踏上了新的征程,積極參與國家綜合時空體系建設論證,向著用科技創新推動北斗成為世界最先進的衛星導航系統的遠大目標邁進。

中國的北斗,世界的北斗!

未來,追夢奮斗的征途依舊漫漫!

未來,創造奇跡的決心堅定熾熱!

未來,探索太空的腳步更穩更遠!

未來,國防科大人將繼續追夢奮斗創奇跡,在建設北斗事業的道路上再立新功。

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