如何評價中國成功以「一箭雙星」方式發射北斗三號組網衛星，這背後有哪些技術難點？
中國成功以「一箭雙星」方式發射北斗三號組網衛星
謝謝知乎運營童鞋的邀請！
對於通過長征三號乙/遠征一號運載火箭以「一箭雙星」方式發射北斗衛星已經不是第一次了，在2012年4月、2012年9月和2015年7月，我國都用長征三號乙發射過第12和13顆、第14和15顆、以及第18和19顆北斗衛星。所以我主要講下這兩顆北斗三號衛星相關的介紹。
這兩顆北斗三號衛星由中國空間技術研究院研製，北斗三號首組衛星的成功發射意味著北斗衛星導航系統正式開啟了全球組網進程，根據20世紀後期中國探索適合自身國情的衛星導航系統所設定的三步走發展戰略：2000年年底，先建成北斗一號系統，向中國提供服務；2012年年底，建成北斗二號系統，向亞太地區提供服務；計劃在2020年前後，建成北斗全球系統，向全球提供服務。從2000年10月31日發射第一顆北斗導航試驗衛星開始，我國目前已經發射了總共23顆北斗導航衛星，加上今晚的2顆北斗三號，總共25顆。
這裡有必要回顧一下北斗衛星導航系統的發展歷程：
1、北斗一號
上世紀90年代，美國GPS在海灣戰爭中的成功使用，堅定了我國建設自主衛星導航系統的決心。在項目立項階段，考慮到當時的國情，我國選擇了「863計劃」倡導者陳芳允院士提出的雙星定位原理系統，也就是我們現在所熟知的「有源定位」，也叫做RDSS（Radio Determination Satellite Service）衛星無線電測定服務，該系統只需兩顆衛星和地面高程資料庫就能實現我國及周邊地區定位。由於該體制原理，用戶想要實現定位，需要由終端機通過衛星與地面控制站實現交互，該過程就限定了同時接入北斗一號系統的用戶數量是有限的。但也由於該體制的該種流程，用戶除了實現定位外，也能通過衛星實現與其他人的通信，通過北斗衛星發送簡訊，即北斗一號的短報文功能。再結合用戶的定位位置，用戶可以將定位位置通過短報文的形式告知地面控制中心，即北斗一號的位置報告功能。
因此，北斗一號除了像通過GPS一樣為用戶提供定位功能外，還能提供短報文及位置報告。該項功能相當實用，在沒有移動/聯通/電信覆蓋的區域，比如漁船出海海域，如果其遇險，可以通過北斗一號系統向救援中心發送遇險坐標，及時得到救援。2008年汶川地震期間，北斗一號的用戶終端在震區解決通信有無問題上發揮了重大作用。
北斗一號系統相對於GPS，在用戶數量上是遠遠不及的。但北斗一代解決了我國衛星導航系統的有無，是世界上第三個擁有獨立衛星導航系統的國家，同時也發展了自己的特色：短報文及位置報告，該項特色在之後的北斗衛星導航系統發展過程中一直得到了延續。
北斗一號共發射了4顆衛星，最後一顆發射於2007年2月3日。
2、北斗二號
2007年4月14日，我國發射了第一顆北斗二號衛星，這顆衛星採用與GPS相似的體制，即「無源定位」服務，也叫RNSS（Radio Navigation Satellite Service）衛星無線電導航服務，理論上，採用該種體制的衛星導航系統，用戶數量是無限制的。
北斗二號第一顆衛星的發展是歷經曲折的，當時，我國加入了歐洲伽利略衛星導航系統團隊，但最終錢出了，卻沒進入伽利略系統的核心成員，這在一定程度上促使了中國必須發展自己的衛星導航系統的決心。該顆衛星的發射成功，也同時拉開了北斗與伽利略長達8年的頻率協調之路，關於這段往事，可參見我在北斗與伽利略衛星導航系統為什麼要爭頻道？怎麼評價頻道的好壞？下的回答。
北斗二號第一顆衛星也曾經傳過因某留美女博士而「被破解」的傳聞，實事證明這些都是謠言，我在下清華女畢業生幫美帝破解北斗，使中國上百億打水漂」是真的嗎？回答過這個內容。
從2007年開始，到2012年為止，我國在5年內共發射了16顆北斗二號衛星，實現了對亞太區域的覆蓋，並在2012年底正式對外提供服務，完成了北斗三步走戰略的第二步。同時，鑒於北斗一號短報文和位置報告功能的實用性，該項功能在北斗二號中得到了保留。
北斗二號是一個覆蓋亞太地區的區域系統，關於其目前的性能怎麼樣，我在北斗導航系統說得那麼好，是吹牛的嗎？也回答過。
3、北斗三號
2015年和2016年這兩年中，為發展北斗全球組網衛星，我國又發射了5顆新一代北斗導航衛星，即第17至21顆北斗衛星，為北斗三號衛星的關鍵技術進行驗證。其中，為推進北斗全球組網，有兩項技術試驗尤為重要：一是為與GPS等系統實現兼容，將民用頻點改為和GPS一樣的頻率；二是驗證星間鏈路技術。
北斗二號民用頻點B1選擇在1561.098MHz，而GPS的L1在1575.42MHz。由於GPS系統的成功在先，市面上眾多導航定位設備都面向GPS特點進行設計，一定程度上導致北斗民用推廣進展緩慢，我在北斗在幾個定位系統中能排第幾？如何看待蘋果支持日本QZSS卻不支持北斗？下回答過為什麼Iphone 8等還是不支持北斗，北斗民用頻點的特殊可以說是一個原因。根據2017年9月最新公布的北斗三號介面控制文件，北斗民用信號B1C和B2a現在已經完全實現和GPS等系統的兼容，這將有利於北斗全球化應用。
同時，美國的實力讓他在全球可以布設GPS的地面站，但我國想要實現全球布設北斗地面站還是有所不及。因此，在不布設全球地面站的情況下對北斗衛星實現控制、參數注入等工作就尤為重要。
星間鏈路的概念並不新鮮，GPS也採用了這一技術，叫做Crosslink，俄羅斯Glonass也有這項技術。通過該技術，GPS星座可以在失去地面支持情況下仍舊維持一段時間的正常運轉。但是GPS的Crosslink採用的是UHF頻段（甚高頻，俄羅斯Glonass採用的是S頻段），其波束角較寬，理論上來說，當兩個衛星進行通信時，較寬的波束角更容易被「竊聽」。而北斗採用Ka星間鏈路，Ka頻率高，波束角小，位於中高軌道的衛星間互相通信時可以在一定程度上只保證對方衛星接收到本衛星的信號，保密性得到加強。同時，更高的頻率也意味著衛星間通信的速率可以更高。
回顧了這麼多歷史，都是為了說下北斗三號的關鍵技術點。那麼這次發射的北斗三號衛星具有怎麼特色呢？根據北斗衛星導航系統副總設計師楊元喜院士的說法，主要體現在：從區域到全球、激光通信、氫原子鐘、衛星搜救、全球位置報告。
A、從區域到全球
該項目是北斗三號的主要任務，北斗三號就是面向全球應用、為全球用戶提供服務的。所以在最新公布的北斗介面控制文件中，北斗民用信號和美國GPS/俄羅斯Glonass/歐洲Galileo等系統的民用信號位於同一頻段，方便晶元或者導航天線等廠家設計生產支持4個系統的設備。
B、激光通信
根據波粒二相性特性，激光可以看作是頻率極高的光。頻率越高，提供的通信容量理論上也越高，這也是為什麼5G通信要把頻率往更高的毫米波上搬的原因。因為根據通信學上香濃定理，對於給定的頻率寬度，其通信容量是有上限的，現有的技術已經能夠相當逼近香濃極限，想要獲得更高的通信速率，只有把通信頻率往高處搬。但激光極易受大氣水汽等影響，因此現階段的試驗僅限於短距離。但是在衛星運行的真空環境，拋棄大氣影響，就看北斗三號激光通信的表現如何了。
C、氫原子鐘
對於導航衛星來說，原子鐘是關鍵，原子鐘如何影響衛星導航系統的定位精度？這個我在天宮二號搭載的冷原子鐘相比其他類型的原子鐘有什麼不同？為什麼能使北斗衛星的定位精度大幅提高？下回答過，氫原子鐘能夠提供比銣原子鐘更高的穩定度，理論上採用氫原子鐘後，北斗三號能夠進一步提升其定位精度。
D、衛星搜救
這項目實際上就是根據國際搜救衛星組織和國際海事組織的倡議，目前美國GPS/俄羅斯Glonass/歐洲Galileo都在其衛星上裝了能夠接收遇險用戶發送的信息的儀器，並將其發送至地面救援中心，供救援中心及時對遇險用戶進行救援。作為全球四大衛星導航系統之一的北斗，肯定也不能落後，也會支持該項服務。
E、全球位置報告
上面說過，短報文和位置報告時北斗系統的一大特色，在北斗一號中發展而來，在北斗二號中得到了延續。但是，北斗一號和北斗二號提供位置報告服務的衛星都是位於中國上空的地球同步軌道衛星GEO，這就意味著該項特色服務只面向中國周邊及亞太地區。而北斗三號要提供全球位置報告服務，這顯然是要在中高軌道衛星MEO上也裝提供位置報告服務的儀器。也就是說，以後只要在全世界沒有信號覆蓋的地方，漁船、飛機，或則個人用戶，在必要時都可以通過北斗三號衛星發送簡訊，也可以在遇險時將自己的位置坐標通過北斗三號衛星發送出去求救。有了北斗三號的全球位置報告，魯濱遜飄遊記這樣的事情可能就不會發生了。
北斗衛星導航系統目前已經被國際海事組織接納，為北斗在海事上應用取得了資格證，在民航組織上的工作也在積極推進。這兩顆首組北斗三號衛星本來是計劃在今年7月就發射，由於長征五號的事情才推遲到現在。根據中國衛星導航系統管理辦公室公布的計劃，2020年前將是北斗三號的密集發射期。
謝邀。首先搬一段北斗系統總師的訪談：
（北斗網訊 記者陳飈）2017年11月5日，北斗三號第一、二顆組網衛星發射成功，開啟了北斗衛星導航系統全球組網的新時代。北斗網記者專訪了北斗衛星導航系統總設計師楊長風。
記者：北斗三號組網星首發成功，請您介紹下北斗三號系統相比北斗二號系統，有哪些創新點？
楊長風：相比北斗二號系統，北斗三號系統技術更先進、建設規模更大、系統性更強，詳細體現在以下幾方面：一是技術更先進，採用先進的技術體制和先進技術，通過集智攻關，攻克了一系列的技術難題，系統性能、衛星壽命、服務精度等指標全面優於北斗二號，達到世界一流水平。特別是，星上設備完全自主可控比肩世界一流。二是建設規模大，2020年我們要完成30多顆北斗三號衛星組網，比北斗二號的組網衛星多了一倍，時間緊，任務重。為此，通過優化流程，使衛星的研製周期縮短近30%，通過組批生產、組網發射的方式，完成北斗三號建設；三是系統性更強，增加星間鏈路，形成了星星組網、星地組網的複雜系統，極大提升了系統的一體化水平。在實現北斗三號信號平穩過渡方面，也充分考慮了老用戶使用問題，在使用北斗三號新信號的同時，仍舊為老用戶播發原有信號，讓用戶實現無差異平穩過渡。
另外，北斗三號在進一步提高基本導航服務能力基礎上，按照國際民航標準提供星基增強服務（SBAS），按照國際搜救衛星組織標準提供國際搜索救援服務（SAR）。
楊總師的答案概括了北斗三代的三大特點。具體來說：
一、衛星個數多了。北斗二代只完成了亞太地區的定位服務覆蓋，其星座構型中有5顆地球靜止衛星（GEO）懸停在我們大中華地區的頭頂上，以及5顆IGSO衛星，而環地球飛行的MEO衛星比較少，只有4顆，所以在世界其他地區只能收到不足四顆北斗衛星的信號，不足以完成定位計算。北斗三代將陸續補上更多的MEO衛星，以完成全球覆蓋，讓其他國家和地區也能享用到北斗的定位服務。而且更多的衛星也讓衛星構型變的更好，定位結果更准。
=========科普線=========
衛星定位的原理其實就是個空間幾何題，假如你知道三顆衛星到你的距離，且知道衛星的空間位置，是不是可以以你的三維坐標x、y、z為未知數列出三個三元二次方程，然後你又知道自己在地表上，所以可以捨棄一個明顯在地心的解，就得到自己的位置了。
，其中
是衛星坐標，
是衛星到你的距離。
現在假設這三顆衛星在一個點上，那麼三個方程就完全重複了，相當於只有一個有效方程，是解算不出你的位置的。當然這是極端情況。現在把這三顆衛星在空間的分布稍微拉開一些（假如三顆都在你的東邊），就能夠解算方程，但是解出來的位置在東西方向上精度不高，因為你的西邊沒有衛星，東邊的衛星誤差會偏向於一個方向，從而出現有偏雜訊。
現在再把三顆衛星均勻分布於東、北、西方向，精度必然提高。再多放一些衛星在不同的方位上，就有了多個方程，用最小二乘法來求解三個未知數，就得到更高的精度。
上面說到的是簡化模型，實際上還有一個接收機鐘差未知數，所以至少需要4顆衛星才能定位。
=========科普線結束=========
二、定位精度提高了。這裡面涉及到很多技術進步，楊總一筆帶過了。這裡揀我知道的說幾條：
1.衛星到你的距離是通過衛星信號的傳輸時間乘以光速得到，大家知道光速是個很大的量，所以要得到精確的距離，就需要精確的時間，因此衛星鐘的精度就很重要。而這種高技術的東西歐美肯定是要對我國進行封鎖的，所以我們只能自力更生，自主研發。據知，我們的原子鐘精度已經達到國外的精度，只是在穩定性上還有所差異，而且每年都有進步。這次新發的衛星，使用了更精確的銣原子鐘，天穩定度達到 量級，相當於300萬年只有1秒誤差[1] 。GPS目前用的原子鐘為銫原子鐘，天穩定度為
量級 [2]。老美研發的最高精度原子鐘精度為
量級[3]。
=========科普線================
衛星的時間精度很高，可是地面上接收機時鐘的精度低多了，傳輸時間等於接收機接收信號時刻減去衛星發射信號的時刻，這就引入了接收機鐘差。為了消除接收機鐘差的影響，要在上文的方程中加入一個未知數；相應的，也需要多一個方程。所以衛星導航需要至少4顆衛星。
=========科普線結束==============
2.衛星信號在大氣層中傳輸的過程中，會受到電離層和對流層的影響，引起測量距離誤差，所以需要知道電離層、對流層的數學模型，用來補償掉這些誤差。而這些模型都是靠地面站長期測量進行反演得到的，目前GPS使用的Klobuchar通用模型只能改正約50%的電離層誤差，歐洲則根據自身區域的觀測數據建立了NeQuick模型，據稱在歐洲地區可以改正72.4%的電離層誤差。我國近幾年由中科院測地所袁運斌老師團隊建立了BDSSH模型，在中國地區可以改正80.2%以上的電離層誤差，在全球範圍內可以改正77.2%的電離層誤差，優於Klobuchar和NeQuick模型[4]。北斗三代將會播發這種模型給用戶使用，提高定位精度。
三、星間鏈路
知道了衛星到你的距離，還要知道衛星的精確位置，才能解算出你的絕對位置。而衛星的位置怎麼確定呢？同樣的道理，也是空間幾何題。假設你知道三個地面上點到一顆衛星的距離，並且知道這三個地面點的精確坐標，是不是就能解算出衛星的坐標？這裡的地面點也存在構型的問題。如果這三個地面點分布範圍廣，相互之間角度大，就能得到更為精確衛星的位置。但是呢，因為國際關係方面的原因，我們很難在世界其他地區建立觀測點。目前境外好像只在巴鐵、南美某國、非洲某國建了觀測站，其他的觀測點都在國內以及我們的遠望號測量船上。這就限制了我們北斗的發展。可是勞動人民的智慧是無窮的，我們的科學家開發出了星間鏈路這種技術，簡單來說就是通過衛星間的位置相互定位，假如某一些衛星的位置定的比較準確了，就把它們的位置也作為觀測點，聯合其他地面觀測點去定位其他的衛星。這樣一來，衛星的位置精度就能夠得到大幅提高。
另外，還有信號抗干擾方面的提升，北斗三代使用了抗干擾技術，保護信號不被敵方干擾，避免戰時抓瞎。這方面的工作由國防科大王飛雪老師團隊完成，已經是世界領先水平，北斗三代的抗干擾性高於GPS。
參考文獻:
[1] http://bj.people.com.cn/n2/2017/1107/c233086-30894014.html
[2] https://www.gps.gov/cgsic/meetings/2017/vannicola.pdf
[3] http://tech.qq.com/a/20150423/011036.htm
[4] 王寧波. GNSS差分碼偏差處理方法及全球廣播電離層模型研究[D]. 中國武漢：中國科學院測量與地球物理研究所.
[5] 漫談北斗：「星間鏈路」到底是條什麼路？
謝邀。
這兩顆衛星衛星應該是北斗三代，也就是北斗全球系統的空間星座組網的一部分。
和第二代的區域衛星定位系統相比，這兩顆北斗衛星是面向全球應用，有可能是MEO衛星，但我還不確定，因為全球北斗衛星裡面也有GEO和IGSO。 但北斗三代的主體衛星是MEO，否則就達不到全球覆蓋。
播發的導航信號目前公開的有B1C和B2a，分別在1575.42M和1176.45M，都包括數據分量和導頻分量，測距碼採用了WEIL碼和GOLD碼，碼解析度分別是1.023M和10.23M。
這兩個信號分別和GPS的L1和L5的頻點一致，未來和GPS可以更好的互操作，對接收機設計意義重大，至少射頻前端設計要簡單不少。
不說了，買天線去了，明天測測能不能捕獲這兩顆衛星的信號沒什麼特別難點，對於長三乙而言就是一次普通的發射任務，把上面級和兩顆衛星的組合體送入軌道就沒事可以拿錢放鞭炮了。上面級是另外一幫人在控制，把兩顆衛星送入各自的圓軌道，要多花一點時間再慢慢飛，控制和變軌，飛行程序長，三個多小時，環節多，容易出問題的機會多，所以雖然是19:45點火發射，要等到十一點多最後全都星箭分離入軌了才敢發新聞報成功。
非常好，這次每個插頭都插對了。
其他扯什麼北斗衛星歷史的掉書袋可以歇歇了。
我隱約覺得，他這題問的是上面級曾經的技術難點在哪裡。
北斗三號M1，M2這兩顆衛星非常重要，這是北斗全球組網的第一步。而發射這兩顆衛星的火箭:長三乙今年剛出過事故，中星9A沒有被送入預定軌道，後邊長5那攤子事大家都知道。可以說這兩顆衛星是受命於危難之際，發射成功可以說給中國航天打了一劑強心針。
強答一波，前兩天楊院士來我們學校做報告，說明天發射兩顆北斗衛星，感覺新聞在身邊的感覺。
瀉藥，有同事負責的電路，沒我的。下次努力吧。
講真沒啥技術難點。。。中美俄三國都是用一箭三星放星座玩的，早成熟了。。。
阿三現在都敢玩一箭一百星（先別管什麼星，也別管啥精度，反正上去了）呢。。。
只對北斗作答。
國家規劃北斗分三步走，1國內，2亞太，3全球。現在是2到3的過渡，新技術新功能多，改動大。最重要的我認為有兩點。
一是信號體制變化。
現在各個國家都要發展衛星導航，但是信號頻段是稀缺資源，為此，現代化的衛星信號都採用了新的調製方式，現代化GPS，伽利略等都將採用新的信號體制，北斗也要跟上，實現兼容。
二是驗證星間鏈路技術。
近幾年，中國的戰略利益明顯在拓展，舉個栗子，假如在海外基地有戰事，如何實現保密快速隨機的通訊？不可能用互聯網，打電話這種。全球位置報告（短報文）就是起到這個作用。而有的衛星位置中國區域是不可見的，所以想把消息發送到中國來，必須先通過衛星間通訊將消息發到中國上空的衛星上，再下傳到接收設備上。激光通信就是為了實現衛星間通信的。短報文功能已經在2代衛星驗證了，但全球的還沒有驗證。
意義比技術難度更重要吧，技術上無論是火箭還是衛星，總體上都不是嶄新的突破，但是全球布網的意義擺在那裡，所以才被當做里程碑。
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