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中国科学院院士艾国祥:高轨GEO导航通信系统具有领先优势

【字体: 2020年05月19日 15:56 来源:人民邮电报 作者:杨赞

5月17日,在2020年世界电信和信息社会日大会上,中国科学院院士艾国祥以《天基通导遥三网合一综合信息网》为题目进行了演讲。他指出,中国首创的高轨GEO导航通信一体化系统是强抗干扰和抗打击的卫星导航系统,美国在2019年年底公布的新方案只能达到该系统85%的水平。

艾国祥院士表示,网络化智能社会是新时代的基本特征,为促进社会发展和经济发展,为保障国防安全和应急安全,战略上需要发展天基综合信息网。

近几年,建设低轨全球互联互通网已成一股潮流。马斯克领头发射很多通信卫星,我国也要发射900颗通信卫星,以满足更广泛的通信需求。

据艾国祥院士介绍,低轨全球三网合一系统的方案,一是对原来单独的通信能力做了重要的补充和增加,不仅有向下通信,而且还有向上通信;二是因为采集到的大量遥感信息要传到地面、传到第三集里面去进行分析和应用,因此通信的应用新增加了两个重要的方面,综合性带来了新的能力。

遥感方面,增加了多方位的光学(红外)1米或2米分辨率相机,能全天候获得高分辨率对地、对空遥感信息。但光学遥感缺少全天候的功能,为此,研究团队又设计了全天候微波遥感、1米分辨率系统。除了对地遥感之外,还增加了相机对上和对侧面天空目标以及0.5厘米以上空间碎片的遥感和测定轨功能,具有重大的应用价值。导航方面,新增了对下导航和对上导航,对前后、左右空间目标的己方导航和彼方导航能力,整体效率至少提高了4倍。

有了低轨道卫星,为什么还要高轨道卫星呢?艾国祥院士指出,一直以来,航天通信都是高、低轨同时并举,以高轨为主,各显其能。高轨位置比低轨位置高60倍,制高点更高,范围更大,连续使用时间更长,星容量更大,更节省空间轨位资源。5G通信技术是领先的,但还要有更高的性价比系统,只有把高轨和低轨通信结合起来,进行优势互补,才能推进通信技术更好发展。至于导航,应以高轨技术为主,同时积极发展低轨增强技术。

艾国祥院士表示,高轨GEO卫星导航通信一体化系统能救GPS系统的命。从2001年第一次海湾战争以来,GPS系统已成为世界导航领域的核心和霸主。然而结果却是乐极生悲。2008年第二次海湾战争以来,GPS系统因被干扰而颜面丢尽。2014年美国国防部不得不承认,“面对敌方打击和干扰,对依赖GPS作为唯一 PNT信息来源的作战人员来说,危害可能是致命的。”因此要以高新技术发展自主导航来替代GPS导航。

2019年年底和2020年年初,美国国防部和空军又说卫星导航不能完全被替代,因此又返回到以卫星导航为主发展的方向。但不是GPS系统那样的卫星导航方案,而是向高轨发射GEO通信卫星,并不断改变通信和导航方式的新发展方案。我国科研团队在2002年12月就创新性地提出了基于泛GEO通信卫星的导航定位系统,并在2004年6月为解决抗干扰、抗打击提出换星、换频、换码以及隐蔽导航的创新系统。

艾国祥院士说,中国首创的高轨GEO导航通信一体化系统是强抗干扰和抗打击的卫星导航系统。由于高轨通信卫星最多,在轨存量约500颗,可以利用的有393颗;频段有L、C、Ku、Ka等,总带宽3.5GHz,使用带宽40~80MHz。采用“孙猴子72变”和隐蔽技术,可提高400~ 800dB的抗干扰能力,具有超强的抗打击能力。

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