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精确度达厘米量级?欧洲计划建立低轨卫星星座,实现超高精度定位服务

2022-11-03 16:45 来源:知新了了     

  普通人可能对不同轨道之间的距离很难理解。例如,国际空间站距离地球约400公里,而一些卫星,如星链(Starlink),轨道约550公里。这样做通常是有意为之的,因为在这些轨道上的物体最终会退化它们的轨道,并在地球大气层中烧毁。然而,许多系统的轨道要高出几个数量级 —— 例如,构成欧盟卫星导航网络主干的伽利略(Galileo)卫星。在大约23000公里的轨道上,它与悬挂较低的卫星相比有一些优势,但也有很多缺点。现在,欧盟将通过发布一套全新的低轨道导航卫星来消除这些劣势。

  其中的一些优势是非常明显的。虽然,伽利略和类似的 GNSS 系统几乎可以覆盖地球上的任何地方,但它们并不是特别准确。当你只是使用手机应用程序导航时,几米左右的误差距离并不是什么大问题。但对于智能城市,甚至是真正的无人驾驶汽车等应用来说,精确度必须达到厘米量级,而不是米,才能有效。

  GNSS卫星难以提供这种精度,很大程度上是因为它们离得太远。其他使卫星更接近地面的轨道,可以更准确地定位接收设备,并允许在更广泛的应用中使用。

  大型 GNSS 卫星的另一个缺点是它们的工作频率。它使用L波段,在电磁波谱上介于1-2 GHz之间。然而,在某些情况下,例如在混凝土建筑中,这些波段并不管用。

  例如,在工业物联网的很多场景中,机器人需要知道自己在混凝土建筑中的位置。因此,拥有一组工作频率范围更广的小型卫星,就可以在这些情况下从较低的卫星子集获得精确的定位数据。

  更重要的是,卫星技术最近有了很大的进步,可以让伽利略等导航星座的基础设施支持这些新星座,甚至会进一步增加它们的技术优势。例如,任何新的卫星都不需要安装昂贵而笨重的原子钟,因为它们可以像任何其他GPS接收器一样,只需从在其上方运行的地球同步卫星接收准确的时间戳。

  消除其中的一些冗余,并为特定的频率和应用制造专门的设备,将使较低轨道的卫星系统的大小仅为伽利略的十分之一,伽利略的重量为700公斤。由于发射成本是许多此类技术商业采用的一个重大限制,降低卫星发射重量是任何设计团队的主要目标之一。

  商业适用性似乎是开发这些新系统的努力的核心焦点之一。欧盟在卫星系统开发方面已经处于领先地位,而且显然希望保持这一地位。随着这一新的努力将一系列改进的导航卫星送入轨道,该区块及其太空机构欧洲航天局(ESA)希望保持自己在这一快速发展的商业太空领域的领先地位。

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