北斗三号的新科技采用了哪些新技术？

北斗三号的首批组网卫星(2颗)以“一箭双星”的发射方式顺利升空，它标志着我国开始正式建造“北斗”全球卫星导航系统。其中采用了原子钟、星间链路最新的技术。

我们都知道，选定一个公认的时刻起点，按照固定的时间间隔累计，这就定义了时间。但问题就在于，这个“固定的间隔”里的“固定”，在不同的时期，人们对它的要求是不一样的。?

在1960年以前，人们采用地球自转的间隔作为形成时间的基础，这就是世界时，它满足了当时的需要。后来，人们发现，地球像是喜怒无常的孩子，其自转速度忽快忽慢。最后，一部分科学工作者们不得不抛弃这个并不“固定”的“固定间隔”，因为它只能达到10-7次方的精度，这对于科学研究和进步而言已经是很大的误差了。?

这可给科学家出了个难题，既然不能“固定”到底该怎么办？最后，他们想到了一种折中（和稀泥）的办法。?

既然对于时间的要求因人而异，那么，我们就创造一种兼有这两种优点的时间尺度好了，于是，一种新的时间尺度——协调世界时（UTC）出现了。?

协调世界时的产生要注意两个方面：原子时的秒长和世界时的时刻。如此操作，协调世界时的秒长忠实地反映原子时的秒长，但规定协调世界时与世界时的时刻差保持在0.9秒以内。如果时刻差将要超过0.9秒，就在协调世界时中加上1秒或者减去1秒（即所谓“闰秒”），使用这种方法来缩小两者差距。?

导航卫星的原子钟之所以被称为卫星的“心脏”，原因很简单。导航的目的在于定位，定位就需要距离，距离就需要用电磁波的传递时间乘以传递速度。?

传递时间的精度把握越高，意味着定位精度越高。每一颗卫星不断发射包含其位置和精确到十亿分之一秒的时间的数字无线电信号。卫星导航系统的接收装置接收到来自于四颗卫星的信号，然后计算出在地球上的位置，误差仅为100m左右。接收装置将接收时间与卫星发射的时间进行比较，通过二者之差计算出远离卫星的距离(真空光速定义值：c0=299792458m/s，假如卫星发射时间比接收时间晚千分之一秒，那么接受装置离卫星的距离就为299337.984m)。?

通过比较这个时间与其他三个已知位置的卫星的时间，接收装置便能够确定经纬度及海拔高度。由此可见，提高其原子钟的精度对卫星导航质量有不可或缺的作用。?

北斗三号已经搭载了国内最先进的新一代铷原子钟，北斗卫星导航系统总设计师杨长风说，新一代铷原子钟天稳定度达到10-14量级，“这相当于300万年只有1秒误差”。?

而且，原子钟的准确度在得到保证的同时，还需要兼顾稳定度。这就好比说老板说了我们五点半下班，虽然每次都监视着你加班，但每次都盯到六点，把握得很准，并且不会有上厕所叫外卖的情况。而另外一个部门的经理有时候只盯到五点，有时候又盯到六点半，这都是不可取的。?

而北斗三号搭载的原子钟，相较之前的铯原子钟，其稳定性和漂移率等指标都有了极大的提升。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。?

卫星导航系统的建设离不开地面基站。地面部分的作用在于观测卫星在轨情况、向导航卫星发布指令及矫正卫星姿态。通过建立基站，我们才能在地面上对卫星进行更好的实时监控。一旦卫星出现故障，更多基站意味着我们能更快对其进行回应并及时处理。这里我们将卫星导航系统在不能应用于导航与定位服务时系统对用户发出警告的能力称为导航系统的完好性。?

一般而言，在其他条件类似的情况下，建立的地面基站越多，高轨道卫星越多，其完好性也越大。由于较早起步，GPS在全球已经建立相当规模基站。相比而言，北斗的基站数量少很多。于是，为了加强北斗三号的完好性，我们采用了星间链路的方案。?

星间链路的概念并不新鲜，GPS也采用了这一技术，叫做Crosslink。该技术的大概原理是通过卫星间的相互通信，对卫星的运行状态进行实时监控和调整。这就缩减了对地面基站的依赖度，并加强其完好性。通过该技术，GPS星座可以在失去地面支持情况下仍旧维持一段时间的正常运转。?

但是GPS的Crosslink采用的是波束角较宽的UHF（Ultra High Frequency）频段。理论上来说，当两个卫星进行通信时，波束角越宽，意味着发送信息的范围就越宽，卫星在发出信息时有更大几率将信息发送给非目标卫星，这样就容易造成信息泄露。而北斗采用Ka星间链路（Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。Ka代表着K的正上方(K-above)，Ka波段大致上的频率范围是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，波束角相对比较小，也就是说能够保证本卫星发出的信号只被想让接收信号的卫星接收，不会发到别的卫星那儿，保密性得到加强。同时，更高的频率也意味着卫星间通信的效率可以更高。所以，北斗三号的性能在未来的发展非常值得世界期待。?