道家鼻祖老子，骑牛有云，“道生一，一生二，二生三，三生万物”。北斗系统的发展中也蕴含了很多与“三”有关的奥秘，包括北斗系统发展战略、系统架构、星座配置、工作原理、信号体制、服务规划、未来愿景等等诸多方面。具体是什么呢？下面就和大家一起了解北斗系统里与“三”有关的奥秘。
一、北斗系统的“三步走”战略
第一步：北斗一号，解决有无。1994年，启动北斗一号系统建设；2000年发射2颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，采用有源定位体制，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。
北斗一号，中国卫星导航系统实现从无到有，使中国成为继美、俄之后第三个拥有卫星导航系统的国家。北斗一号是探索性的第一步，初步满足中国及周边区域的定位导航授时需求。北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这种通导一体化的设计，是北斗的独创。
第二步：北斗二号，区域无源。2004年，启动北斗二号系统工程建设；2012年，完成14颗卫星（5颗地球静止轨道卫星(GEO)、5颗倾斜地球轨道卫星(IGSO)和4颗中圆地球轨道卫星(MEO)）发射组网。北斗二号在兼容北斗一号技术体制基础上，增加无源定位体制，为亚太地区提供定位、测速、授时和短报文通信服务。
第三步：北斗三号，全球服务。2009年，启动北斗三号系统建设；2020年，完成30余颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。北斗三号系统是由3GEO 3IGSO 24MEO构成的混合导航星座，系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，为全球用户提供基本导航（定位、测速、授时）、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供区域短报文通信、星基增强和精密单点定位等服务。
北斗“三步走”发展战略，是在结合我国国情和不同阶段技术经济发展实际提出的发展路线，北斗系统的成功实践，走出了在区域快速形成服务能力、不断扩展为全球服务，具有中国特色的卫星导航发展道路，丰富了世界卫星导航的发展模式和发展路径。
二、北斗系统的“三个组成部分”
空间段：北斗三号系统空间段由3颗GEO卫星、3颗IGSO和24颗MEO卫星等组成。
地面段：北斗三号系统地面段包括主控站、时间同步、注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。
用户段：北斗系统用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。
三、北斗独创的“三种轨道”混合星座
北斗系统是由GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星三种轨道卫星组成的混合导航星座。
GEO卫星相对地球静止，轨道高度35786km，轨道倾角为0度，单星覆盖区域较大，3颗卫星可覆盖亚太大部分地区。
IGSO卫星轨道高度与GEO卫星相同，轨道倾角为55度，星下点轨迹为“8”字。
北斗MEO卫星轨道高度约21500km，轨道倾角为55度，绕地球旋转运行，通过多颗卫星组网可实现全球覆盖，北斗MEO星座回归特性为7天13圈。
四、卫星导航的“三球交汇”原理
1. 地球上的北斗用户接收机同时测量自身到至少三颗卫星的距离。
2.各卫星的位置通过导航电文播发给用户。
3.以卫星为球心，距离为半径画球面。
4.三个球面相交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。
五、北斗的“三频服务”信号体制
北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统，GPS使用的是双频信号，这是北斗的后发优势。使用双频信号可以减弱电离层延迟的影响，而使用三频信号可以构建更复杂模型消除电离层延迟的高阶误差。同时，使用三频信号可提高载波相位模糊度的解算效率，理论上还可以提高载波收敛速度。正因如此，GPS系统也在扩展成三频信号系统。
北斗二号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B2I和B3I三个公开服务信号。其中，B1频段的中心频率为1561.098MHz，B2为1207.14MHz，B3为1268.52MHz。
北斗三号在B1、B2和B3三个频段提供B1I、B1C、B2a、B2b和B3I五个公开服务信号。其中B1频段的中心频率为1575.42MHz，B2为1176.45MHz，B3为1268.52MHz。
六、北斗定位测速授时服务的“三要素”
位置信息：北斗系统可向全球提供优于10米的定位服务，亚太地区定位精度达到5米。北斗系统提供的位置信息服务，输出结果为“精度、纬度、高程”或者“x，y，z”，不管哪种输出形式，恰好都是“三个参量”，一个不多，一个不少。同时，通过精密单点定位、星基增强、地基增强等方式，可将定位精度提高到米级、分米级乃至厘米级。
速度信息：北斗系统提供的测速精度能力优于0.2米/秒。
时间信息：北斗系统可为用户提供优于20ns的授时服务，在此基础上利用差分授时、双向比对等技术手段，可进一步提升授时精度。
七、高可靠的“东三B”卫星平台
“东三B”导航平台为高可靠长寿命平台，是我国自主研制的新一代高轨导航卫星平台，采用了综合电子、高效能源和热控、锂离子蓄电池、FDIR等先进技术，为有效载荷提供了更大的空间。“东三B” 平台导航卫星重量为5400公斤，设计寿命12年，配置了多种载荷，提供包括RNSS、区域短报文通信、星基增强、精密单点定位等多种服务，功能强大、集成度高。
八、北斗列车“长征三号”系列运载火箭
长征三号系列火箭因其入轨精度高、轨道选择多、适应能力强，成为发射北斗导航卫星的“专属列车”。12年间，长征三号系列火箭用38次成功发射的优异表现，将53颗北斗导航卫星送入预定轨道。长征三号，劳模非你莫属！
九、北斗系统的“三大特色”
一是空间段采用三种轨道卫星组成混合星座，与其它卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显。
二是提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。
三是创新融合了导航与通信功能，具备基本导航、短报文通信、国际搜救、星基增强和精密单点定位等多种服务能力，系统功能高度集成，实现了集约高效。
北斗系统秉承“中国的北斗，世界的北斗，一流的北斗”发展理念，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则，稳步推进北斗系统建设发展。为服务全球、造福人类贡献中国智慧和力量。在星辰大海的征途上接续奋斗、砥砺前行，让中国梦、北斗梦焕发更加绚烂的时代光彩和更多奥秘的光芒！
来源 | 我们的太空（ID：ourspace0424）
作者 | 卢 鋆
编辑 | 尹 锐
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