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大国重器——北斗卫星导航系统的前世今生 [复制链接]

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发表于 2018-6-7 15:52:50 |显示全部楼层

    导读:


    中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自主研制的全球卫星定位系统。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)之后第三个成熟的卫星导航系统。



    我国于2000年成功发射了两颗北斗导航试验卫星,建成了北斗导航试验系统,具备了定位、授时、报文通信和GPS广域差分功能,在电信、水利、交通运输、渔业、勘测、森林防火、测绘和国土安全等诸多领域发挥了作用。另外,北斗试验系统创建的双向授时方法,解决了动态用户的高精度授时问题。



    早在1983年,北斗Ⅰ的原理是利用两颗地球静止轨道卫星,通过定位电波的周波数即可对地面物体进行定位。我们知道在空间中要确定物体的位置,首先要有(X,Y,Z)这样的一组坐标,一代的北斗靠着两颗卫星是无法获得这样一组坐标,所以一代北斗系统的用户终端都装有高度仪。用户终端向两颗静止卫星发射信号,地面中心站计算结果,配合高度仪得到坐标,它的缺点是容易暴露目标。


    相比于一代的有源定位,二代的北斗增加了无源定位功能。二代北斗的无源定位,跟GPS一样,利用伪距绝对定位模型进行定位,所谓伪距指的是卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差,但是卫星的时钟与接收机的时钟是有误差的,所以无源定位至少四颗卫星。利用差分定位技术的话,所需的卫星数量更多,定位的精度也更高。


    北斗的基本方案


    北斗空间段由5颗GEO卫星和30颗NGEO卫星组成,2009年左右完成中国及周边地区覆盖,随后建成全球卫星导航系统。定位精度优于10米,在中国及周边区域还提供RDSS服务能力。对用户提供两种服务,一种为免费公开服务,一种为授权服务,通过信号与信息加密实现授权服务。


    北斗的主要特色


    (1)实现导航与通信集成。


    北斗的最大特点是实现了导航与通信集成,增强了导航能力和搜索救援能力。可实现用户信息共享和信息交换。中国北斗通信链路可组成任意形式的差分信息,满足高精度用户需求。


    (2)多系统兼容服务。在用户端提供多用户兼容接入信息,实现公开服务相互兼容,必要时可提供多系统监测信息和差分改正信息,满足完好性信息要求。


    (3)提供RDSS双向授时授权服务。


    (4)以双向伪距时间同步方法摆脱卫星时间同步与精密轨道之间的依赖关系。解除了一个卫星原子钟性能下降对其他卫星钟同步及精密定轨的影响。


    北斗导航的专利布局


    作者以“北斗导航”为关键词进行搜索,专利分析如下:


    从申请地区上来看,目前,北斗导航相关的专利多集中在中国,其他区域申请较少。


    从申请量趋势上来看,从2010年开始,我国的北斗导航相关产业的专利申请量逐年上升,在2016年达到了峰值,2018年数据目前还未有所体现,由于现阶段国人对自主知识产权的意识的空前高涨,且北斗导航是一个可以媲美GPS,且在精度上甚至更优于GPS,以及目前逐步转向民用,在可期的未来,北斗导航的相关专利申请量会持续走高。


    从技术结构上来看,目前,北斗导航相关专利中,G01S19/42、H04L29/08、G01S19/33这三个IPC拥有的专利申请数量最多,分别为248件、158件、131件,占所分析专利的6.366%、4.055%、3.362%。其中G01S19/42(无线电定向、无线电导航、无线电测距等),H04L29/08(数字信息的传输,例如电报通信(电报和电话通信的公用设备入),G01S19/33(卫星无线电信标定位系统;利用这种系统传输的信号确定位置、速度或姿态)


    北斗导航的前景展望


    (1)上游产品,发展高精度高性能系统级芯片、通用导航芯片、导航终端和授时终端,带动产业链整体发展。上游研发是推动整个产业发展的关键。


    (2)中游主要是终端集成和系统集成,终端产品可分为高性能专业产品和普通民用消费产品两大类,高性能专业产品主要应用于通信、军工、测绘、授时、海用,对精度要求较高且价格昂贵;普通民用消费主要用于车辆监控、车辆导航、信息服务、个人跟踪、娱乐消费等领域。


    (3)下游主要集中在运营服务,在全球卫星导航产业中,运营服务占其导航产业的比例最大,并且是增长最快的部分。而我国北斗产业中运营服务远远达不到平均水平。(作者:赵薇,超凡知识产权服务股份有限公司)








    来源:超凡知识产权  *本文仅代表作者个人观点


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