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北斗导航系统有多厉害？高精度原子钟加双向通讯，俄罗斯将接入[11P]

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时间标度互相补充，就意味着两国的卫星导航系统，可通过内部信号连接，基础资源共享。

4个系统分别是：美国的GPS、中国的北斗、俄罗斯的格洛纳斯，以及欧盟的伽利略系统。

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美国的GPS是从上世纪70年代开始发展起来的，在天空中一共有24颗卫星。

俄罗斯的格罗纳斯导航系统实际上是从前苏联就在做，由俄罗斯继承，并且在2013年全部完成，一共24颗卫星。

中国的北斗导航定位卫星经历了北斗一代，北斗二代现在已经建成了北斗三代，在空中一共有55颗导航定位卫星，是全球导航定位系统中卫星最多的。

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而且北斗卫星吸取了美国GPS卫星的经验，具有双向通信功能，也就是说从地面设备可以向卫星发送短信息，并且经过卫星，把这个短信息发送给另外一个接收端。

这个功能在遇难遇险人员手持终端上面特别有意义，所以最开始我国政府是把这个功能分配给海上打渔的渔船。

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这里面第4名建成的就是欧盟的伽利略系统，共有30颗卫星在天上。实际上它的规划还比中国的北斗导航系统要早一些，但是由于内部扯皮比较多，而且顾及美国的考虑，最晚才建成。

现在，导航定位卫星系统看起比较多，所以大家感觉到它的技术含量不高，实际上它的门槛是相当高的，这里面最重要的就是高精度的原子钟。

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仅从字面意义上来说，导航定位卫星，主要是标定地球上某一个点的经纬度以及高程，但是实际上它最重要的一个功能是授时。

因为，用光的速度乘以时间就能够算出距离。光的速度已经被测了几百年了，非常精确，所以现在的核心任务是如何把时间计算的精确。

因为钟是计量时间的，它是一种度量衡，但是和我们测量长度的尺子又不一样，因为时间是看不见的。

人类测量时间都需要某一个事件经历一个过程，做最基本的标尺。

像以前的原始机械钟表，用一个摆的摆动时间Δt，来作为一个基本测量单位，累加这个测量单位Δt若干次，然后就变成T。

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机械的钟表摆动一次，测量最高精度是一天误差10秒以内。这样的精度用来跟光速30万公里每秒钟一乘，精度就会差的离谱。

所以，导航卫星上面要使用原子震荡，作为最基本的时间单位，这就是所谓的原子钟。

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在原子核外面围绕着电子，电子在不同的层上运行。如果电子吸收了一个能量，就会跳到另外一层，然后又会跳回来，并且把吸收的能量释放出去。这个时候，就完成了一个振动的过程。

这个振动过程的时间间隔Δt是固定的，这就可以作为一个最基本的时间测量单位。

如果把能量连续的注入原子，电子就会不停的从一个能级跳到另外一个能级，然后再跳过来，形成连续的震荡。这种震荡的精度极高，几十万年、几百万年才会误差一秒钟，所以原子钟的精度极高。

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但是在实际工程制造上，又会面临着如何向原子输入能量的问题，同时如何计算众多原子产生的滴答声。

所以，原子钟也分很多种。常见的有光谱灯铷原子钟、光谱灯铯原子钟、磁选态铯原子钟、激光铯原子钟、激光冷却原子钟、脉冲积分球原子钟等。

而且，原子钟最原始的输出信号还是要经过分析跟筛选过的，这里面又涉及到电路问题。

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上世纪50年代，美国科学家制造出了世界上第1台原子钟，这个原子钟的体积非常大，相当于一个房间，没办法搬运。后来慢慢缩小，但是也有几百公斤，体积相当于一个180升的冰箱。

上世纪70年代，美国一家公司把原子钟的体积缩小到一个立方分米，重量只有一公斤多。这样才激发了美国军方想把原子钟装在卫星上建立GPS系统的欲望，所以才在1978年发射了第1颗GPS卫星。

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现在，在地面上的原子钟一般可以准确到2000万年误差一秒，美国制造的铝离子光钟可以精确到30亿年误差一秒。

由于体积限制，放在GPS卫星上面的原子钟采取一系列折中方案。第2代GPS原子钟的精度是500万年误差一秒。

第3代GPS原子钟的精度可以达到2000万年误差一秒，这个要2030年才能建成。

俄罗斯格罗纳斯原子钟的精度是200万年误差一秒。因为俄罗斯面临着电子系统小型化问题，只能在外面买原子钟，但买不到最好的。

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中国北斗系统最开始的原子钟也是外面买来的，所以精度也不是很高，但是最新建成的第3代北斗导航系统上面的星载原子钟是我国自行研制的氢原子钟，误差是1000万年误差一秒。

从目前来讲，中国北斗的定位精度是最高的。

格洛纳斯系统设备的自主能力只有45%左右，另外55%都要从外部购买，当然主要是从西方国家购买。

但是由于西方对俄罗斯的持续制裁，使得俄罗斯的导航系统没有备份，现在它上面的24个卫星已经有好几个卫星不能工作了。

而且俄罗斯由于经济持续的低迷，没有更多的资金来启动新的研发。

格洛纳斯系统接入北斗系统，就意味着俄罗斯的导航系统将和北斗完全兼容。

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格洛纳斯使用了北斗的信号以后，精度将大幅度提高，可以达到跟北斗完全一样的水平。对于俄罗斯来说，等于不花钱，或者少花钱，提高了自己的导航定位水平。

同时，对于两国的导航定位卫星来说，属于相互备份。这有特殊的战略意义。

卫星导航系统在未来战争和民生中起到的作用越来越大，中国独立自主的北斗系统具有重大的战略和经济意义