中国的全球化时代已经到来。北斗三号全球卫星导航系统有什么优势？( 二 )

【中国的全球化时代已经到来。北斗三号全球卫星导航系统有什么优势？】这给科学家们提出了一个难题。既然不能“固定”，怎么办？最后，他们想出了一个折中的办法。
由于对时间的要求因人而异，我们应该创造一种兼具两种优势的时间尺度，于是一种新的时间尺度——协调世界时(UTC)出现了。
UTC的生成要注意两个方面:原子时秒和UTC时间。这样，UTC的秒长就忠实地反映了原子时的秒长，但规定UTC和UTC的时差要保持在0.9秒以内。如果时差超过0.9秒，则在UTC上加1秒或减1秒(即所谓的“闰秒”)，以缩小两者之间的差距。
导航卫星的原子钟被称为卫星的“心脏”，原因很简单。导航的目的是定位。定位需要距离，距离需要电磁波的传播时间乘以传播速度。
时间传输精度越高，定位精度越高。每颗卫星都持续发射数字无线电信号，包括精确到十亿分之一秒的位置和时间。卫星导航系统的接收器接收四颗卫星的信号，然后计算出在地球上的位置。误差只有100m左右。接收设备将接收时间与卫星发射时间进行比较，通过两者之差计算出与卫星的距离(真空光速定义值:c0=/s，若卫星发射时间比接收时间晚千分之一秒，则接收设备到卫星的距离为.984m) 。
通过将此时间与其他三颗已知位置卫星的时间进行比较，接收设备可以确定纬度、经度和高度。因此，提高其原子钟的精度对卫星导航的质量起着不可或缺的作用。
北斗三号已经配备了中国更先进的铷原子钟。北斗卫星导航系统总设计师杨长风说，新一代铷原子钟的稳定度达到10-14量级，“相当于300万年只有1秒误差” 。
而且原子钟需要在保证精度的同时兼顾稳定性。就好像说老板说我们五点半下班。虽然他每次都看着你加班，但是他盯着六点，所以很准，不会去厕所叫外卖。另一个部门的经理有时只盯着五点，有时盯着六点半，这是不可取的。
与之前的铯原子钟相比，北斗三号携带的原子钟的稳定性和漂移率都有了很大的提高。虽然功耗上来了，但是保证了更高的精度，付出的努力都是值得的。
星间链路——可靠性和稳定性的突破
卫星导航系统的建设离不开地面基站。地面部分用于观测在轨卫星，给导航卫星下达指令，修正卫星姿态。通过建立基站，我们可以更好地实时监控地面上的卫星。一旦卫星出现故障，更多的基站意味着我们可以更快地做出反应，及时处理。在这里，我们把导航系统的完整性称为卫星导航系统在无法应用于导航定位服务时向用户发出警告的能力。
一般来说，在其他类似条件下，地面基站建得越多，高轨卫星就越多，完整性就越大。由于起步较早，GPS已经在世界各地建立了相当规模的基站。相比较而言，北斗的基站数量要少得多。因此，为了加强北斗三号的完整性，我们采用了星间链路的方案。
星间链路的概念并不新鲜，GPS也采用了这种技术，称之为交联。这项技术的总原理是通过卫星之间的相互通信，实时监控和调整卫星的运行状态。这就减少了对地面基站的依赖，增强了其完整性。有了这项技术，GPS星座在没有地面支持的情况下，仍然可以维持正常运行一段时间。
而GPS的交联使用的是宽波束角的UHF(超高频)频段。理论上，两颗卫星通信时，波束角越宽，发送的信息范围越大。卫星在发送信息的时候，有很大的几率会向非目标卫星发送信息，这就容易导致信息泄露。采用北斗Ka星间链路(Ka频段是电磁频谱微波频段的一部分，Ka频段频率范围为26.5-40GHz 。代表K-以上，Ka频段大致频率范围为30/20GHz 。Ka频段具有可用带宽、干扰少、设备体积小的特点。常用于卫星通信)，Ka频率高，波束角比较小，意味着这颗卫星发出的信号只能被想接收信号的卫星接收，不会发送到其他卫星，保密性增强。同时，更高的频率也意味着星间通信的效率可以更高。因此，北斗三号的未来发展值得世界期待。