北斗|你该卸载手机上的高德地图，安装上最靓的北斗专业导航系统
2020年6月23日 ， 长三亿运载火箭在西昌卫星发射中心顺利点火、发射；成功完成类北斗全球卫星导航系统的星座部署 。 这是北斗三号的最后一颗全球组网卫星 。
7月29日北斗官方宣布 ， 这颗卫星已经完成在轨测试正式入网工作 。 利用卫星实现导航定位的技术为GNSS；全球卫星导航系统主要有美国的GPs、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略以及中国的北斗 。 建设这样一个能覆盖全球的卫星导航系统并不容易 ， 中国从1994年开始分三步建设北斗卫星导航系统 。
在2000年发射了两颗卫星 ， 建成北斗一号为中国用户提供服务 ， 2012年完成14颗卫星发射建成北斗二号服务范围扩大至亚太地区；2020年完成30颗卫星发射 ， 组网全面建成北斗三号覆盖全球 。 事实上 ， 北斗在26年间一共发射了59颗卫星 。 目前除去退役 。 失效和试验的有45颗卫星正常在轨工作 ， 数量要对于其他三个系统 。
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此外北斗的星座架构也不同 ， GPS、格洛纳斯、伽利略的卫星基本处在高度约20000千米的中国地球轨道 ， 投影在地球上市波浪状的运行轨迹 。 卫星分时段覆盖不同的区域 ， 多颗卫星环绕覆盖全球；而北斗除了在中国地球轨道有27颗卫星环绕全球外还有10颗在倾斜地区同步轨道 ， 呈8字形的轨迹可以增强亚太地区的信号覆盖 ， 还有8颗在地球静止轨道能全时段服务于亚太地区更多的卫星和轨道类型 ， 增强了北斗对全球尤其是东半球的覆盖 。
当你处于地球上的某个位置 ， 拿着一个可以接收卫星信号的设备比如手机；而天上飞着卫星此时想要求取你在空间中的坐标x、y、z ， 关键是测量卫星跟你之间的距离S 。 首先通过卫星的星历数据 ， 能计算出卫星的坐标x1、y1、z1 ， 通过这些已知数据用“勾股定理”求立方体的对角线长度 ， 就能有这个式子表示卫星跟你之间的距离S 。
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其次卫星发出的电磁波信号也能测距 ， 已知电磁波传播的速度光速c、每秒近30万公里乘上电磁波从卫星发出到手机接收所耗费的时间tB-tA即为距离 。 这个距离和时间的计算实际上要靠测距码 ， 卫星和手机会同时按相同规则持续生成一段测距码 ， 卫星会将测距码通过电磁波发送给手机但发送过程需要时间 。 所以手机接收到卫星发来的测距码时会发现和自己生成的测距码有偏移—即为电磁波传播的时间 。
以北斗的B1C信号为例 ， 测距码速率为1.023Mbps ， 单个码片的宽度为速率的倒数即0.977517μs ， 当偏移了12万个码片即电磁波传播时间约为0.117秒可算出距离约为35166公里 。 知道距离就可以得到等式 ， 其中三个未知量x、y、z仍然无法求解 。 但只有3颗卫星 ， 就能列出3个等式构成方程组 ， 进而求出你的坐标x、y、z看起来似乎轻松又简单 ， 然而得到的坐标根本不准因为里面任何参数哪怕再小的误差都会让定位大幅偏移 ， 比如电磁波传播的时间只用0.000001秒的误差 ， 就算距离就会变化300米 。
为了减少这个误差我们首先得考虑在卫星上的钟准不准 ， 今天北斗卫星上搭载的原子钟精度可达300万年只差一秒但在太空中运行 ， 它却会遭遇相对论效应 ， 简单来说根据狭义相对论卫星相对地面快速运动 ， 那么从地面观测卫星上的时间会变慢；而根据广义相对论卫星相比地面离地心更远；拥有的引力势能绝对值也更小时间也会比地面更快 。
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两者对卫星上时钟的综合影响 ， 就是比地面上的钟走得更快其变化量可以用公式表示 ， 具体要怎么做才可以消去这个变化量 ， 公式的前半部分可以通过地心引力常数μ、光速c等数值计算出假设卫星在距离地心36000公里的圆轨道运行 ， 那么卫星上的时间会比地面每秒快0.00000000051秒左右 ， 消除这部分变化量可以在卫星发射之前 ， 就按一定倍数先调低卫星上原子钟频率 ， 让它走得更慢但卫星实际运行的轨道其实是椭圆 ， 由相对论效应引发的变化会有周期性变化 ， 主要是公式的后半部分 。
当然可以通过轨道偏心率、长半轴、偏近点角等参数 ， 计算得出数值实时修正但这也还不够 ， 原子钟在无人维护情况下本身运行时仍有误差 ， 卫星坐标在计算时也有误差 。 电磁波在大气中传播时 ， 受电离层、对流层的影响速度也会变化 。
今天已经有各种数学模型可以计算出这些误差的数值 ， 但还有个麻烦的误差就是地面接收机的时间误差 ， 像手机这类设备会因为各种各样的原因出现误差且误差大小很难直接计算修正 。 在显示的操作中可以把这个误差也设为一个未知量 ， 引入第4颗卫星得到四个等式就能求出接收机的时间误差和坐标这四个未知量 ， 进而更精确地确定你的位置 。
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我国的北斗实现精准定位技术远远不止这些 ， 目前阶段的北斗可以做到在全球的定位精度优于10米；在亚太地区的定位精度优于5米且通过大量地面基准站的 ， 地基增强 ， 星基增强等方式更能实现分米级、厘米级乃至后处理毫米级的高精度定位 。 这种技术实力的运用 ， 在当代现实生活中已经随处可见从大坝监测、电力通信、精准农业到公交车、共享单车、手机都或多或少利用到了北斗 。 在这个利用卫星实现全球定位的过程中凝结了无数科学家、工程师对于误差的“锱铢必较” 。
【北斗|你该卸载手机上的高德地图，安装上最靓的北斗专业导航系统】当你抬头仰望星空时 ， 不仅脑子里回想王尔德的传世名言 ， 别忘了北斗除了有七星之外 ， 还有45颗卫星漂浮在数万公里高空让你随时随地知道自己身处何处 ， 又去往何方 。
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