朋友圈看動態都過時啦！北斗衛星之間都流行新黑科技

　　2018年02月23日 09:15 新浪科技

　　來源：科學大院微信公眾號

　　作者：石碧舟（中國科學院微小衛星創新研究院）

　　2015年3月30日，首顆新一代北斗導航衛星（北斗導航第17顆衛星）在西昌衛星發射基地成功發射，從這顆衛星開始，北斗衛星都將具備星間鏈路，使得各種衛星可以在太空中實現無障礙實時通信，可以隨時進行「太空對話」。

　　北斗二號：「十年之前，我不認識你，你不屬於我。

　　

　　北斗三號：「十年之後，我們是朋友，還可以問候。

　　

　　什麼是星間鏈路

　　何為星間鏈路？星間鏈路是指衛星之間建立的通信鏈路，可以將多顆衛星互聯在一起組成衛星網路，衛星與衛星之間以電磁波方式實現的信息共享、具有數據傳輸和測距功能的無線鏈路。北斗衛星的星間鏈路主要用於實現北斗衛星之間的信息傳輸和雙向測量。

　　目前，世界上其他導航系統都在研究「星間鏈路」技術，且各具特色，如美國GPS的UHF頻段低速寬波束星間鏈路、俄羅斯格洛納斯導航系統的S頻段低速寬波束星間鏈路、我國的Ka頻段相控陣中速星間鏈路。

　　不能沒有你

　　通過星間鏈路，將實現北斗衛星全球系統自主運行，提高測定軌和授時精度，提升注入頻度，並減少對地面布站的依賴，有效降低系統的運行管理成本。導航衛星的管理與維護需要地面站的支持與配合，用戶的定位精度依賴於地面站對衛星位置和衛星時的精確測定，並注入到衛星向用戶廣播。

　　例如，美國的軍事基地遍布全球，GPS地面站可以在全球選擇最佳的位置，實現全天候無縫覆蓋，測定軌精度高，注入頻度高。主控站在美國本土科羅拉多，注入站三個：阿森松島、迪戈加西亞島、誇賈林島，監控站5個（科羅拉多、阿森松島、迪戈加西亞島、誇賈林島、夏威夷島）。

　　相對於GPS和伽利略，中國的北斗更加依賴星間鏈路。

　　出於安全等因素的考慮，我國只在國內進行了地面站建設，那麼衛星運行到地面站無法觀測的地方時，北斗導航衛星是如何工作的呢？答案是我們有星間鏈路。每顆衛星可以扮演「路由器」，不用全球建站也能通過境內星對境外星進行管理。

　　

　　萬一發生戰爭，地面站被破壞、被干擾了怎麼辦？沒關係，有了星間鏈路，我們北斗衛星可以自力更生、自給自足，在無地面支撐的情況下進入自主運行模式，繼續提供高精度的導航、定位、授時服務。

　　

　　全天候+多面手！

　　和平時期，星間鏈路提供的高精度星間/星地觀測，可以彌補我國北斗衛星導航系統監測站區域布設缺陷，管理境外衛星，提高注入頻度，提高系統綜合服務性能。

　　研究表明，一個地面站錨固星地鏈路與星間鏈路數據定軌，除了軌道面沿跡方向精度稍差外，軌道徑向和法向於地面6個L波段監測站定軌精度相當。星間鏈路數據與L波段數據聯合定軌能夠改善L波段定軌精度。

　　特殊時期，在地面站被摧毀、干擾等極端情況下，北斗衛星系統可以藉助星間鏈路實現自主運行，無地面支持情況下可在60天內的高精度導航、定位和授時服務。

　　星間鏈路在為北斗系統提供服務的同時還有兼職：給飛船、導彈等飛行器提供通信和測控等支持。

　　

　　中國星間鏈路的黑科技

　　中國的星間鏈路系統，已經進入「智能手機」時代，代表著下一代衛星導航系統技術趨勢。

　　最出色的性能有：

　　1、中國的星間鏈路系統，7萬公里測距精度達到厘米級，相當於能看清幾十公裡外的一根頭髮絲，測量精度高於GPS。

　　2、中國的星間鏈路系統，就像「手機通話」，一個房子里幾個人用，互不干擾，而GPS的星間鏈路，卻是「大眾廣播」，相互干擾，一條線路工作，別的線路必須靜默。

　　根據多普勒效應：物體輻射的電磁波頻率因為波源和觀測者的相對運動而產生變化，物體速度越快，則接收頻率的誤差越大，多普勒頻移會影響通信性能。

　　因此消除或降低多普勒頻移對無線通信的影響，是高速運動中進行無線通信必須解決的問題，而星間鏈路需要在極短的時間內完成高動態信號的快速捕獲跟蹤。

　　高鐵的速度最大350KM/h，約為100m/s，而衛星相對速度可達5000m/s。北斗星間鏈路可以在100ms的時間內完成極高速下的捕獲、跟蹤等一系列複雜的信號處理，完成星間鏈路的高速建立和切換。

　　以中國為例，地理上距離中國最遠的國家是阿根廷，中國北京到阿根廷布宜諾斯艾利斯的距離約為2萬2千公里，而兩顆衛星在太空中最遠距離為7萬公里。

　　這7萬公里是世界上最遙遠的距離，卻也是最近的距離。兩顆衛星相隔7萬公里，卻始終知道彼此在哪裡，衛星位置預報的精度可以達到米級。這個精度相當於在中國準確的擊中位於阿根廷的一個人體大小的靶子，這哪裡是百步穿楊，簡直是百步穿針啊。

　　

　　衛星的能源全靠兩塊小小的太陽能電池帆板提供，作為能源受限的系統，要求發射的功率越小越好，而兩顆衛星的距離又如此之遠，經過漫長的太空漫步后，電磁波信號早已被淹沒在茫茫雜訊中。

　　我們的星間鏈路需要接收的信號功率有多低呢？簡單來說，相當於我們手機接收的信號功率的10億分之1。狡猾的敵人無處不在，總會在明裡暗裡使壞，星間鏈路自有對策，在干擾信號的強度是有用信號10萬倍的情況下依然可以自在地工作。

　　

　　完全由我國自主研發的星間鏈路可以從如此低的信號功率中快速捕捉到7萬公裡外一閃而過的衛星信號。通過星間鏈路，中國的北斗衛星在茫茫太空中高速飛行時可以快速地完成一次握手，握手以後兩顆衛星的信息交換完成，星間距離精確測定，對7萬公里的距離測量精度可以達到1厘米。

　　除了已經驗證成功的Ka星間鏈路，我們還有激光星間鏈路，這將是一條星間高速公路，請各位看官拭目以待。

　　2018年1月12日7時18分，由中國科學院微小衛星創新研究院研製的第二十六、二十七顆北斗導航衛星在西昌衛星發射中心成功發射，在星間鏈路的「助攻」下，北斗三號工程全球組網，提供系統服務的日子又近了一步！