◎ 科技日報記者 張蓋倫

7月7日，前段時間刷屏的“北斗三號”,，出現在了高考語文試卷北京卷的作文題中,。

“（北斗衛(wèi)星導航）整個系統(tǒng)由55顆衛(wèi)星構成,，每一顆都有自己的功用，它們共同織成一張‘天網’,，可服務全球,。”題目要求考生從“每一顆都有自己的功用”切入,，選取角度寫議論文。

角度并不刁鉆,，但使用的材料確實還冒著熱氣,。6月23日，第55顆北斗導航衛(wèi)星成功發(fā)射,，它是北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)第三顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星,。隨著該星進入預定工作軌道，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)星座部署也全面完成,。

接收到四顆衛(wèi)星的信號即可實現定位導航

自1994年北斗一號系統(tǒng)工程立項至今,，我國用26年的時間實現了59顆北斗衛(wèi)星（包括55顆北斗導航衛(wèi)星和4顆北斗導航試驗衛(wèi)星）的發(fā)射。

中國工程院院士,、中國衛(wèi)星導航定位專家許其鳳曾介紹,，衛(wèi)星導航的過程可以簡要描述為：測量用戶到衛(wèi)星的距離，再利用衛(wèi)星的位置解算用戶的位置,。為取得較高精度的導航解,，就需要測量距離精確、衛(wèi)星位置準確以及衛(wèi)星空間分布良好(較好的空間幾何分布，可以減少位置解算中的精度衰減),。

中國航天科工集團二院研究員楊宇光告訴科技日報記者,，從北斗二號工程開始，我國采取了和GPS,、俄羅斯格羅納斯以及歐洲伽利略系統(tǒng)相似的導航定位原理,，即衛(wèi)星本身不接收地面用戶信號，而是不斷向地面用戶播發(fā)自己的導航星歷,。衛(wèi)星只有“嘴巴”,，主要“念叨”的 ，就是自己的速度,、位置和時間等信息,。

“理論上說，地面的用戶接收機只需要接收到四顆衛(wèi)星的信號,，就能將自己所處的位置和時間解算出來,。”楊宇光表示,，這樣的系統(tǒng)可以為地面上無窮多用戶來提供服務,，當然，前提是保證用戶頭頂上至少能有四顆導航衛(wèi)星,。

在導航衛(wèi)星的領域,，還有一個詞叫“幾何精度因子”。這四顆衛(wèi)星拉開的距離越廣,，幾何精度因子越小,，定位精度就越高。所以,，一般來說,，同一時間同一區(qū)域內用戶可見的衛(wèi)星數量多，幾何精度因子小的概率就更高,，定位精度也會更高,。

楊宇光說，絕大多數時候,，用戶可接收到信號的導航衛(wèi)星,，都不止四顆?！叭绻惭b了GPS測試類軟件你就會發(fā)現,，一般情況下，你頭頂會有8-12顆導航衛(wèi)星,?！?/p>

三種軌道衛(wèi)星助力全球定位

少數衛(wèi)星故障不影響整體系統(tǒng)

美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯和歐盟的伽利略系統(tǒng)，均采用均勻分布在3或6個軌道面的中圓軌道衛(wèi)星(MEO,，軌道高度約20000km)組成衛(wèi)星星座,。

和它們不同的是，北斗系統(tǒng)由三種不同軌道構成：中圓軌道,、地球同步軌道（GEO）和傾斜地球同步軌道（IGSO）,。IGSO高度與GEO相同，但其軌道面與赤道面的傾角為55度,。在地面上觀察,，GEO衛(wèi)星是靜止不動的，IGSO衛(wèi)星則由南向北運動,，其一天的運動軌跡如同一個大8字,。

許其鳳曾介紹，在國內布設監(jiān)測站,，MEO衛(wèi)星的可觀測弧段約為 1/3,，而 GEO和 IGSO衛(wèi)星可達 80%-100%。

設計導航系統(tǒng)星座時,，在選定衛(wèi)星軌道后,，還要進行衛(wèi)星分布設計，最好能以最少的衛(wèi)星滿足覆蓋區(qū)域內任意時間,、地點的導航精度,。他在一篇論文中指出，仿真結果表明,，良好分布的5顆GEO和5顆IGSO,，共10顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座就可以滿足建設覆蓋亞太地區(qū)較高精度導航的要求。

以北斗三號的30顆組網衛(wèi)星為例,，有24顆在中圓軌道,，3顆在地球同步軌道，還有3顆在傾斜地球同步軌道,。

楊宇光介紹，MEO衛(wèi)星是全球組網主力,，它們繞著地球“滿場跑”,，可以給全球用戶提供導航服務。同時,，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)對亞太地區(qū)用戶還有一個精度增強,。GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星的發(fā)射，可有效增加亞太地區(qū)衛(wèi)星可見數量,，為亞太用戶提供更優(yōu)質服務,。

“實際上，我們的衛(wèi)星導航系統(tǒng)設計是有很大冗余度的?！睏钣罟鈴娬{,，若北斗衛(wèi)星系統(tǒng)中有一兩顆衛(wèi)星出現故障，不會影響整體工作,。而且,，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)內本身也含有多顆備份星。備份星可有效提高系統(tǒng)的可靠性和健壯性,，加強北斗導航系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定提供服務的能力,。

楊宇光表示，在完成組網后,，北斗系統(tǒng)可在進一步提升全球導航定位授時性能和區(qū)域短報文通信服務能力的基礎上,，實現全球短報文通信、國際搜救,，以及覆蓋中國和周邊地區(qū)的星基增強和精密單點定位服務,。

確實，55顆衛(wèi)星都很重要,。在不同軌道上各司其職的它們,，織就我國自己的導航網絡。只是在衛(wèi)星系統(tǒng)設計中,，留出冗余度也是必須,。在作文題中出現的“北斗衛(wèi)星”，不僅是科技熱點,，也是讓考生聯系現實生活,、展開聯想和想象的素材。一位專家表示,，題目體現了時代特色,，但也并不要求考生都成為“北斗衛(wèi)星”專家，有感而發(fā)即可,。

（本報記者付毅飛對此文亦有貢獻）