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低轨增强卫星赋能高精度导航发展

低轨增强卫星赋能高精度导航发展

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近年来,随着美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗卫星导航系统和欧洲Galileo等四大卫星导航系统提供全球服务,世界卫星导航步入新时代。各主要卫星导航国家瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务,正在着手开展新一代系统建设和新一轮竞技。低轨卫星(LEO)以其星座和信号的独特优势,逐步受到世界卫星导航领域的关注和青睐,有望成为新一代卫星导航系统发展的新增量。

目前国际常用的增加导航精度的办法是地基增强体制或天基高轨卫星增强体制。地基增强体制具有较高的定位精度,但缺点是:单个基站服务范围小,大面积覆盖投入成本巨大,更难以实现偏远地区、沙漠及海洋区域的覆盖。

天基高轨卫星增强体制利用部署在36000公里轨道上的卫星,可以用相对较小的成本,实现广域范围的覆盖。但缺点是:提升导航精度上困难很大,且存在收敛过程缓慢、链路损耗大、地面终端难以小型化等问题,难以满足当前用户对导航服务的要求。鉴于两大体制各有缺陷,低轨卫星成为一种“两全其美”的办法。

低轨星座和信号具有独特优势

  • 低轨卫星轨道低、重量小,卫星造价和发射成本较低

低轨卫星比中高轨卫星的重量轻、轨道更低,可通过一箭多星方式发射,卫星的研发成本和火箭发射成本较低。

  • 落地信号强度更高,可改善遮挡遮蔽条件下定位效果,提升可用性

低轨卫星轨道高度一般为1000km左右,相较于20000km以上高度的中高轨导航卫星,低轨卫星信号传输路径更短、信号时延和功率损耗更小。

  • 低轨卫星运行速度快,加快高精度定位收敛时间,用户体验更优

中高轨卫星高精度定位的收敛时间一般为15分钟~30分钟,而低轨卫星绕地球旋转一周的时间远小于中高轨卫星,理论上,低轨卫星运行1分钟,约相当于目前中轨卫星运行20分钟的几何变化。低轨卫星的轨道特性,有助于加快高精度定位的收敛时间,达到1分钟级收敛,用户体验更加优异。

  • 更高的信息速率,能播发更多的精密改正信息

由于落地信号功率的提升,低轨增强信号可以承载更高的信息速率或更大的信号带宽,作为卫星导航基本电文及差分改正电文的播发通道。

  • 终端小型化、集成化、低功耗,易于用户使用

低轨增强信号功率的提升,有利于地面用户使用更小型化的终端设备;同时,作为通信使用时,地面用户以更小的信号功率,就能被低轨卫星正常接收。

随着无人驾驶、移动物联网等新兴产业的发展,用户对于高精度、全球覆盖的定位需求越来越强。以无人驾驶为例,L5阶段的无人驾驶除了需要激光雷达等传感器外,还必须要具备厘米级的绝对定位能力。同时由于用户数量的增长,星基增强系统将会是无人驾驶的唯一选择。综上,基于高精度定位在自动驾驶、无人机(物流配送)、飞机自动着陆等领域的需求,低轨导航增强卫星的需求即将爆发。

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