路在何方——北斗系列导航卫星
文/曾翔龙    绘/cc.morion
不好了，我好像
失去方向感了！
北斗导航系统？航天鼠好厉害呀！
我知道，我知道！北斗就是北
斗七星，它是一个重要的星象，
是由紫微垣中的天枢、天璇、天
玑、天权、玉衡、开阳、摇光这
七颗星组成的。
北斗七星是北半球星空的重要标志，这七
颗星看上去十分明亮，就像勺子一样，沿着
勺子开口的方向很容易到北极星。到了
北极星我们就可以在夜间辨别方向了。
快看快看，那
就是北斗七星！
你们都说得很好，但我刚刚说
的“北斗”可不是北斗七星，而
是中国为全球用户提供的全天
候、全天时、高精度定位、导航
和授时服务的卫星导航系统。
别急，我们现在飞行在近地轨道上，这
艘飞船安装了北斗导航系统，跟着它，我
们去任何地方都不会迷路。
拜访完气象卫星“风云”后，航天小队在小方盒的引领下开始了新的旅程。
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没错，说的就是我们！
大家好，我们是北斗家族，我们整个家族分三个部分：
空间段、运控段和用户段。北斗三号空间段是由30颗卫星
组成的，其中包括3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同
步轨道卫星和24颗中圆地球轨道卫星。
运控段包括主控站、注入站、监测站等
30余个地面站；用户段包括北斗终端、
与其他导航系统兼容的终端，以及相关的
应用服务系统。
我们的飞船可一点儿都不能
偏离轨道，不知道你们的导航
精度能否达到我们的要求？
目前，北斗二号系统的定位精度优于10米，授时精度优于20纳秒，测速精度为每秒0.2米。
我小时候听得比较多
的导航系统叫GPS，它
和我们国家的北斗系统
有什么区别呢？
目前在天上运行的全球卫星定位
系统有很多，例如最早由美国人
发明的GPS、中国的北斗、欧盟的
Galileo、俄罗斯的GLONASS、日本
的准天顶，它们都是目前可以商用
的全球卫星定位系统。
（Galileo）24
在定位功能上，它们的基本原理是共通的。但它们所提供的具体服务会有一些差别，比如中国的北斗卫星导航系统提供了短信服务。
卫星导航系统之间的互操作能力是指各种导航系统能够共同使用民用信号来进行导航、定位和授时服务。理想的互操作性可以使接收机能够同时接收不同卫星导航系统的信号，并利用这些信号进行导航。
天上每一颗定位卫星都在干一件事，那就是一刻不停地向地面广播信息。信息内容很简单，就是现在几点了（t 0），我在哪里了（x 0，y 0，z 0）这四个要素。然后，卫星信号接收器通过天线获取到这些信息。
我们再来做一个简单的计算：电磁波在大气中的传播速度约等于光速c，如果接收时间为t，那么信息在大气中的传播时间就为t-t 0秒，有了速度和时间，我们就可以算出卫星当前时刻与我们手机的距离了。
只知道距离还不行，我们还得知道具体的方位信息。这时就要用上卫星发给我们的坐标信号（x 0，y 0，z 0）了。我们要做三个球面，交汇点就是我们的位置。
天上这么多导航系统难道不会互相干扰吗？
我们北斗系统在保持自己特点的基础上，还具有多系统兼容与互操作的能力。卫星导航系统之间的兼容性是指各种导航系统定位、导航与授时服务既可以独立使用，又可
以同时共用、互不干扰。
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卫星在天上，如何保证自己的位置和时间播报的准确性呢？
北斗手机号定位天上有这么多“北斗”，是不是越多“北斗”来帮忙，定位的精度越高？
没错，华华真是个爱动脑筋的小朋友。卫星信号接收机很聪明，在锁定4颗以上卫星时，它会按卫星的星座分布把它们分成多个组，每组4颗卫星，然后再从中挑选出误差最小的一组用于解码定位，这样定位精度就更高了。
哇，真棒啊！如果我们B612星球也有导航系统，我就不用到处流浪了。作为宇宙友邻，真希望有朝一日北斗先生也能为我们的星球提供导航服务！
原来我们每次出去玩不到路时，都是北斗先生在默默为我们指路呀，真要谢谢您了！
其实我们的工作不只是导航，我们还在交通运输、农林牧渔、水文监测、气象测报、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域努力耕耘着。
卫星的位置是由每个国家的专门机构进行调控的，地面工作人员会定期将推算和编制的卫星星历、钟差（钟差是在同一瞬间指示准确世界时的时刻减去天文钟的时间）、导航电文和其他控制指令通过注入站写入卫星存储系统，因此卫星位置的准确度可以达到厘米级别。同时，卫星上还采用了高精度原子钟来计时，比如铯原子钟要经过2 000万年才会出现1秒的误差，所以卫星提供
的时间和位置信息可以说是极为可靠的。
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