我国北斗2代具备美国GPS3关键技术特征：区域波束功率增 ...

中国北斗彰显创新力量
来源：中国航天报  日期：2012/10/26

　　——北斗导航卫星总设计师谢军谈导航卫星技术创新

　　“上世纪六七十年代我们必须有原子弹，现在我们必须有原子钟。”用这样一种表述来形容我国北斗卫星导航系统建设的战略意义，一点都不为过。北斗区域卫星导航系统建设任务于2004年正式立项以来，成功完成了2007年飞行试验星的发射，经历了2010年～2012年区域导航系统密集发射组网阶段，并向着北斗全球卫星导航系统建设、应用的终极目标发起冲击。

　　经历了多年预研和工程立项实施阶段的艰辛历程，北斗导航卫星总设计师谢军说，通过反思、梳理，不难发现，北斗导航卫星工程在技术创新方面作出了突破性贡献，“即使在现在看来，很多关键技术的‘含金量’仍然很高，重要性也非常大。”

　　继承与创新齐头并进

　　北斗导航卫星基于东三平台开发设计，但并没有完全照搬过来，而是在集成东三平台稳定性能的基础上，在供配电能力、热控指标、卫星姿态精度、自主管理、S频段测控体制等诸多方面进行了创新更改，提升了整星平台水平。

　　原东三平台太阳电池采用的是硅电池，发电效率较低，而北斗导航卫星中的GEO卫星（地球同步轨道卫星）由于有效载荷功率需求的增加，对卫星的供电要求更高。为此，卫星研制团队在东三平台太阳翼结构不变的约束条件下，采用砷化钾与硅电池结合使用、保证合理可靠的串并联和布片设计等措施，破解了供电需求增加的难题。

　　对东三平台控制系统的优化设计也是一项重大改进。对GEO卫星来讲，姿态精度要求较高，以求尽量减少卫星位保和轨控次数；对IGSO卫星（倾斜地球同步轨道卫星）和MEO卫星（中圆轨道卫星）来说，又要采取偏航控制，使得卫星帆板与太阳之间的夹角相对固定在一个比较小的角度范围内。经过大量的试验验证和物理仿真，北斗导航卫星平台控制系统满足了高标准、严要求的指标。第一颗试验星飞行数据传输下来之后，专家盯着卫星姿态曲线啧啧感叹：“这曲线跟教科书上画得似的，非常完满！”

　　平台“保温房”的设计，将星上装载的高精度铷原子钟牢牢地保护了起来。由于太空环境温差很大，而铷原子钟又极其重要，要求温度变化在1度以内。为此，研制团队采用专门的小舱热控设计，为铷原子钟盖了个小巧的“保温房”，利用自动闭环控制技术，实现了温度变化控制在0.6度范围内，这为铷原子钟输出信号的稳定性和准确性提供了保障，也从根本上决定了北斗导航卫星的定位精度。

　　S波段扩频体制的启用也是北斗导航卫星首创，其试验验证开创了星地间新的测控方式，推动了S波段扩频测控体制在后续其他航天器测控系统的推广使用。

　　同时，针对IGSO和MEO卫星部分时段在国内不可见的特点，研制团队设计了对蓄电池和热控加热器等的自主控制功能；针对导航卫星在某些特定时间和区域要实现波束增强的要求，研制团队实现了多系统信息数据的融合处理，并达到在轨导航信号波束功率增强和可控的要求。

　　自主创新的力量

　　谢军说，导航卫星的有效载荷是实现卫星导航功能和确保服务性能参数的直接设备，其技术水平和质量可靠性直接影响着系统的服务精度水平。

　　为了确保接收处理和发射信号之间的时间频率关系，北斗导航卫星采用统一频率源技术，通过一组时频设备实现多个频率信号之间的相关性。谢军打了个比方，如果都按照一块表的时间来安排工作就简单了，但如果有多块表，首先要解决的就是对表的问题。从这个意义上讲，统一频率源这一设计思想的实现，从源头上确保了导航的稳定性。

　　国产星载铷原子钟是研制难度最大的产品之一，甚至被谢军称为“可歌可泣”的产品。在美国设置各种封锁、欧洲疯狂抬高价格的艰难环境中，就有人提出，为什么不能自己做国产原子钟？但毕竟从来没做过，而且铷原子钟技术难度非比寻常，立项之初也只有美国和欧洲掌握了此项技术。经过艰难攻关，国产铷原子钟问世，并解决了寿命评估、长期稳定度测试等问题。由方案讨论之初的“3+1”(星上装载3台国外引进的铷原子钟和1台国产铷原子钟)，到工程实施前期时的“2+2”(国外引进的铷原子钟和国产铷原子钟平分秋色)，再到最后3颗区域系统组网卫星全部装载四台国产铷原子钟，可以说实现了质的突破。“时至今日，经过大量卫星在轨运行状态的检验测试，可以说，国产的原子钟比欧洲引进的还要好。”谢军自豪地说。

　　原子钟是采用了时域与频域联合抗干扰技术，利用精密快速捕获跟踪算法和线性范围大、时延影响小的低信号放大技术，实现了上行注入信号的抗干扰接收，保证了北斗导航卫星在国际电联规定的频率范围内与航空导航、航空预警雷达、移动通信等的协调工作。

　　同时，北斗导航卫星为了使用户机达到较好的接收效果，在星上采用了大量大功率工作设备。但这些设备在密集使用条件下，尤其是在空间环境下，很容易产生微放电等现象，可能带来致命的后果。对此，研制团队通过微波通道产品的微放电抑制技术、无源互调抑制技术，保证了多通道信号在大功率连续工作状态下的性能，确保了信号时延的稳定性。

　　北斗导航卫星的平面阵面天线技术也是一大突破。通过这个天线，可以实现星载区域导航信号波束形成和区域波束功率增强能力，也就是具备在特定时间对特定区域进行加强服务的能力，保证了星座系统中每颗卫星服务区域的匹配。

　　北斗导航卫星的技术创新和突破还有很多，它可谓是中国航天科技集团公司着力提高自主创新能力、抢占世界航天科技领域战略制高点的一个生动范例。一次次成功之后，航天人从光环中走出，从未满足、从未止步，不断投入新的任务之中，在太空中探索着新的坐标，描绘着航天自主创新更宏伟的蓝图。（刘斐）

http://www.spacechina.com/n25/n144/n206/n214/c298025/content.html

2000年5月，美国空军宣布启动新一代GPS系统计划——GPS 3，由美国宇航公司负责系统顶层与星间链路分析论证，洛克西德>马丁、光普宇宙和波音公司共同负责系统设计与实现。该计划分为四个阶段实施：2000N2005年为系统概念研究和可行性论证阶段；2006N2008年为关键技术攻关与仿真试验阶段；2009-2012年为工程研制阶段；2013年以后进人GPS 3卫星发射部署和试验验证阶段。

目前已完成GPS 3系统的结构与需求定义、需求分析研究、操作概念模式研究以及通信网络与星间链路论证等，并开发了一套性能强大的集成GPS仿真系统-(I GPSS)软件，进行星座设计与系统性能分析。GPS 3将采用3个或6个轨道平面，轨道倾角为55。轨道高度暂定为20196km，27颗ME0卫星与4颗或9颗GE03星配置的星座设计方案，确保由GPS 2到GPS 3星座的平稳过渡。

2、GPS 3卫星的技术特征
(2)高功率的点波束发射天线。在强干扰的敌对环境条件下，GPS 3卫星可启用点波束发射天线，同时增强2个指定区域的信号功率，保证军用接收机能够接收导航信号，且导航定位精度不受影响。利用点波束天线使卫星信号功率增强27dB，而军用接收机天线和信号处理模块可以获得11dB增益，因此系统具有38dB的抗干扰能力，满足美国军用导航战的需求。
http://www.gpsworld.com.cn/1215.html

中国北斗彰显创新力量
来源：中国航天报  日期：2012/10/26

　　——北斗导航卫星总设计师谢军谈导航卫星技术创新

　　“上世纪六七十年代我们必须有原子弹，现在我们必须有原子钟。”用这样一种表述来形容我国北斗卫星导航系统建设的战略意义，一点都不为过。北斗区域卫星导航系统建设任务于2004年正式立项以来，成功完成了2007年飞行试验星的发射，经历了2010年～2012年区域导航系统密集发射组网阶段，并向着北斗全球卫星导航系统建设、应用的终极目标发起冲击。

　　经历了多年预研和工程立项实施阶段的艰辛历程，北斗导航卫星总设计师谢军说，通过反思、梳理，不难发现，北斗导航卫星工程在技术创新方面作出了突破性贡献，“即使在现在看来，很多关键技术的‘含金量’仍然很高，重要性也非常大。”

　　继承与创新齐头并进

　　北斗导航卫星基于东三平台开发设计，但并没有完全照搬过来，而是在集成东三平台稳定性能的基础上，在供配电能力、热控指标、卫星姿态精度、自主管理、S频段测控体制等诸多方面进行了创新更改，提升了整星平台水平。

　　原东三平台太阳电池采用的是硅电池，发电效率较低，而北斗导航卫星中的GEO卫星（地球同步轨道卫星）由于有效载荷功率需求的增加，对卫星的供电要求更高。为此，卫星研制团队在东三平台太阳翼结构不变的约束条件下，采用砷化钾与硅电池结合使用、保证合理可靠的串并联和布片设计等措施，破解了供电需求增加的难题。

　　对东三平台控制系统的优化设计也是一项重大改进。对GEO卫星来讲，姿态精度要求较高，以求尽量减少卫星位保和轨控次数；对IGSO卫星（倾斜地球同步轨道卫星）和MEO卫星（中圆轨道卫星）来说，又要采取偏航控制，使得卫星帆板与太阳之间的夹角相对固定在一个比较小的角度范围内。经过大量的试验验证和物理仿真，北斗导航卫星平台控制系统满足了高标准、严要求的指标。第一颗试验星飞行数据传输下来之后，专家盯着卫星姿态曲线啧啧感叹：“这曲线跟教科书上画得似的，非常完满！”

　　平台“保温房”的设计，将星上装载的高精度铷原子钟牢牢地保护了起来。由于太空环境温差很大，而铷原子钟又极其重要，要求温度变化在1度以内。为此，研制团队采用专门的小舱热控设计，为铷原子钟盖了个小巧的“保温房”，利用自动闭环控制技术，实现了温度变化控制在0.6度范围内，这为铷原子钟输出信号的稳定性和准确性提供了保障，也从根本上决定了北斗导航卫星的定位精度。

　　S波段扩频体制的启用也是北斗导航卫星首创，其试验验证开创了星地间新的测控方式，推动了S波段扩频测控体制在后续其他航天器测控系统的推广使用。

　　同时，针对IGSO和MEO卫星部分时段在国内不可见的特点，研制团队设计了对蓄电池和热控加热器等的自主控制功能；针对导航卫星在某些特定时间和区域要实现波束增强的要求，研制团队实现了多系统信息数据的融合处理，并达到在轨导航信号波束功率增强和可控的要求。

　　自主创新的力量

　　谢军说，导航卫星的有效载荷是实现卫星导航功能和确保服务性能参数的直接设备，其技术水平和质量可靠性直接影响着系统的服务精度水平。

　　为了确保接收处理和发射信号之间的时间频率关系，北斗导航卫星采用统一频率源技术，通过一组时频设备实现多个频率信号之间的相关性。谢军打了个比方，如果都按照一块表的时间来安排工作就简单了，但如果有多块表，首先要解决的就是对表的问题。从这个意义上讲，统一频率源这一设计思想的实现，从源头上确保了导航的稳定性。

　　国产星载铷原子钟是研制难度最大的产品之一，甚至被谢军称为“可歌可泣”的产品。在美国设置各种封锁、欧洲疯狂抬高价格的艰难环境中，就有人提出，为什么不能自己做国产原子钟？但毕竟从来没做过，而且铷原子钟技术难度非比寻常，立项之初也只有美国和欧洲掌握了此项技术。经过艰难攻关，国产铷原子钟问世，并解决了寿命评估、长期稳定度测试等问题。由方案讨论之初的“3+1”(星上装载3台国外引进的铷原子钟和1台国产铷原子钟)，到工程实施前期时的“2+2”(国外引进的铷原子钟和国产铷原子钟平分秋色)，再到最后3颗区域系统组网卫星全部装载四台国产铷原子钟，可以说实现了质的突破。“时至今日，经过大量卫星在轨运行状态的检验测试，可以说，国产的原子钟比欧洲引进的还要好。”谢军自豪地说。

　　原子钟是采用了时域与频域联合抗干扰技术，利用精密快速捕获跟踪算法和线性范围大、时延影响小的低信号放大技术，实现了上行注入信号的抗干扰接收，保证了北斗导航卫星在国际电联规定的频率范围内与航空导航、航空预警雷达、移动通信等的协调工作。

　　同时，北斗导航卫星为了使用户机达到较好的接收效果，在星上采用了大量大功率工作设备。但这些设备在密集使用条件下，尤其是在空间环境下，很容易产生微放电等现象，可能带来致命的后果。对此，研制团队通过微波通道产品的微放电抑制技术、无源互调抑制技术，保证了多通道信号在大功率连续工作状态下的性能，确保了信号时延的稳定性。

　　北斗导航卫星的平面阵面天线技术也是一大突破。通过这个天线，可以实现星载区域导航信号波束形成和区域波束功率增强能力，也就是具备在特定时间对特定区域进行加强服务的能力，保证了星座系统中每颗卫星服务区域的匹配。

　　北斗导航卫星的技术创新和突破还有很多，它可谓是中国航天科技集团公司着力提高自主创新能力、抢占世界航天科技领域战略制高点的一个生动范例。一次次成功之后，航天人从光环中走出，从未满足、从未止步，不断投入新的任务之中，在太空中探索着新的坐标，描绘着航天自主创新更宏伟的蓝图。（刘斐）

http://www.spacechina.com/n25/n144/n206/n214/c298025/content.html

2000年5月，美国空军宣布启动新一代GPS系统计划——GPS 3，由美国宇航公司负责系统顶层与星间链路分析论证，洛克西德>马丁、光普宇宙和波音公司共同负责系统设计与实现。该计划分为四个阶段实施：2000N2005年为系统概念研究和可行性论证阶段；2006N2008年为关键技术攻关与仿真试验阶段；2009-2012年为工程研制阶段；2013年以后进人GPS 3卫星发射部署和试验验证阶段。

目前已完成GPS 3系统的结构与需求定义、需求分析研究、操作概念模式研究以及通信网络与星间链路论证等，并开发了一套性能强大的集成GPS仿真系统-(I GPSS)软件，进行星座设计与系统性能分析。GPS 3将采用3个或6个轨道平面，轨道倾角为55。轨道高度暂定为20196km，27颗ME0卫星与4颗或9颗GE03星配置的星座设计方案，确保由GPS 2到GPS 3星座的平稳过渡。

2、GPS 3卫星的技术特征
(2)高功率的点波束发射天线。在强干扰的敌对环境条件下，GPS 3卫星可启用点波束发射天线，同时增强2个指定区域的信号功率，保证军用接收机能够接收导航信号，且导航定位精度不受影响。利用点波束天线使卫星信号功率增强27dB，而军用接收机天线和信号处理模块可以获得11dB增益，因此系统具有38dB的抗干扰能力，满足美国军用导航战的需求。
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