负责老师：X老师

大家好，我是本次研学的指导师，X老师，欢迎大家来体验《认识北斗系统》的研学课程。

随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通以及北斗产业化列入国家“十四五”规划重大工程，北斗将在国家社会经济发展和人们日常生活中发挥重要作用。人们越来越渴望深入了解北斗系统、认识北斗系统，以便更好地应用北斗系统。今天老师就和同学们一起了解北斗系统，学习北斗精神。

二、识“北斗”（9分钟）地点：暂定

活动目标：

了解北斗系统的概念、名字由来、意义

活动准备：

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北斗闪耀，泽沐八方。2020年6月23日9时43分，随着在西昌卫星发射中心的北斗系统第55颗导航卫星的发射，中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统全面建成，7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行，中国北斗正式登上世界舞台，开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。

北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。 中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）也是继美国GPS（全球定位系统）、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）之后的第三个成熟的卫星导航系统。

有同学知道北斗系统为什么叫“北斗”吗？

嗯，和北斗七星有关，“大河向东流，天上的星星参北斗”，自古以来，人类就非常崇拜日月星辰，华夏祖先对于北斗星更是有着高山仰止般的敬畏。北极星，更是功能神奇，因为找到了北斗星，就可以在群星灿烂的夜空中找到永远在正北方向的北极星，也就实现了定向导航。所以，将我国的卫星导航系统取名“北斗”，既有鲜明的中国特色，又彰显华夏悠久的历史文化和渊源，让人浮想联翩。

我们的古人，是靠什么辨别方向的呢？

北斗星自古以来一直是人们用来指明方向的重要手段之一。无论是在前不着村、后不着店的荒漠，宽阔的草原，茂密的山林，还是一望无际的海上，或是月明星稀的夜晚，没有参照系辨别方向是非常困难的。古人经过长期的观察实践，渐渐发现北斗星是一种非常有效的辨别方向的办法。

其实，人们真正用来指示方向，实现导航应用的星星，叫北极星。它是位于北天极附近的一颗星，由于它几乎在地球的自转轴的延长线方向上，所以我们北半球的人常年能看到它在北方的天空，人们可以利用它来指明方向。以它作为参考点，通过六分仪等仪器，还可以确定纬度。在繁星满天的夜空中如何找到北极星？最简单的方法就是通过北斗七星。将北斗七星斗魁（杓）上的外侧第二星（天璇），向斗魁外侧第一星（天枢）的连接线向外延伸约5倍距离，就能看到一颗明亮的星星，它就是北极星。

古人除了利用北极星辨别方向，还有哪些手段呢？

指南针，指南针是我国古代劳动人民的四大发明之一，也是中华民族对世界文明作出的一项重大贡献。中国人自己发明的指南装置有三种，分别是司南、罗盘和磁针。而司南是中国最早的指南针。

（罗盘）

（磁针）

司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。每块磁铁两头都有不同的磁极，一头叫S极，另一头叫N极。同性磁极相斥，异性磁极相吸，在地球表面，拿一根可以自由转动的磁针，它的N极总是指向北方，S极总是指向南方。

据《古矿录》记载，司南最早出现于战国时期的磁山一带。早在两千多年前的汉代（公元前206－公元220年），中国人就发现山上的一种石头具有吸铁的神奇特性，并发现一种长条的石头能指南北，他们把这种石头叫做磁石。古代的能工巧匠把磁石打磨成一个勺形，磁石的南极（S极）磨成长柄，放在青铜制成的光滑如镜的底盘上，再铸上方向性的刻纹。这个磁勺在底盘上停止转动时，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北。“司”就是“指”的意思，司南是现在所用指南针的始祖。

如今中国北斗正式登上世界舞台，它有哪些重大的意义？

有人好奇都有了GPS可以使用，为什么中国还有发展自己的北斗系统，其实中国之所以那么坚定地组建自己的定位系统，源自1996年的深刻教训。那一年台海危机，解放军在东海军事演习，第一枚导弹准确命中目标，紧接着发射的第二枚和第三枚导弹突然无法追踪，最终导致大大偏离了原定的落点范围。

事后的军事分析表明，这两次发射失败可能是由GPS信号突然中断造成的，导致我们的导弹失去了准星，自那以后，我们就知道了，这样的核心技术握在他国人手里，哪里有什么国家安全可言！

更早之前的“银河”号事件也很能说明问题。1993年7月23日，美国无中生有地指控中国“银河”号货轮将制造化学武器的原料运往伊朗，制造了震惊世界的“银河号”事件。当时，“银河”号正在印度洋上正常航行，突然，船停了下来。

事后大家才知道，这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的GPS导航服务，使得这条船变成了无头苍蝇，不知道该向哪个方向行驶。而且，美国强硬要求必须停船接受检查，在中国船只不听命的情况下，关闭GPS导航服务就会使其自然停止航行。

后来，发生的许多次与GPS有关的同类事件，都为中国发展独立自主的北斗卫星导航系统埋下了伏笔。不仅如此，随着北斗的正式组网，我们将彻底告别对美国GPS的依赖，国家安全将得到更好地保障，而且每年省下来的费用就高达数百亿美元。

更可况，美国靠着GPS形成竞争性垄断，每年从全世界用户手中收取巨额利润，说得直白点，只要核心技术还掌握在人家手中，美国在全球通讯领域的霸主地位就不可动摇。

总的来说，北斗卫星导航系统能满足公家安全与经济社会发展需求，为全球用户提供持续连续、稳定、可靠服务；还能发展卫星导航产业，服务经济社会发展和民生改善；再往大讲，能深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益。

三、北斗的作用（15分钟）地点：暂定

活动目标：

了解北斗的组成以及生活中的作用

活动准备：

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北斗卫星导航系统由空面段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

一、空间星座部分

北斗卫星导航系统空间星座部分由30颗卫星组成混合导航星座（不包含5颗试验卫星），包括3颗地球静止轨道卫星(GEO)、3颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和24颗地球中轨道卫星(MEO)。其中GEO卫星和IGSO卫星轨道高度约为36000Km，MEO卫星轨道高度约为21500Km。卫星以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

（空间星座）

二、地面控制部分

地面控制部分包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。

1、主控站

主控站是地面控制部分的中心，也是整个北斗卫星导航系统的中心，具有监控卫星星座、维持时间基准、更新导航电文等功能。

2、上行注入站

上行注入站的功能是把由主控站发布的信息和指令注入各个卫星中去。这些信息和指令包含卫星轨道位置、星上时钟校正信息、广域差分信息等重要内容。

上行注入站

3、监测站

监测站的功能是对卫星进行监测，保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间，完成数据采集，并汇总卫星、气象等信息后传给主控站处理。

监测站

4、星间链路运行管理设施

星间链路运行管理设施，实现了基于星地和星间链路联合观测的卫星轨道和钟差测定业务处理。其中“星间链路”就是航天器与航天器之间具有数据传输和测距功能的无线链路。

星间链路

三、用户终端部分

用户终端部分包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。

常见的终端设备有手机内的定位芯片、手持接收机、车载接收机、船载接收机和机载接收机，以及用于科研和生产的专用北斗接收机等。通过终端设备接收到的卫星信号并进行解算，能获取用户的位置、速度、时间。根据北斗导航系统兼容性的建设原则，所有北斗用户终端设备均能很好地对其他全球卫星导航系统进行兼容。

北斗系统有什么作用呢？

作用一：身兼五大能力 短报文通信功能是“独门绝技”北斗卫星导航系统是由我国自主建设运行的重要空间基础设施，也是我国迄今为止，规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高的巨型复杂航天系统。说起北斗，不少人的第一反应就是“导航定位”。实时导航、快速定位是卫星导航系统最基本的功能，除此之外，北斗还具有精确授时、位置报告和短报文通信三大特色功能。“北斗卫星本身是我们国家的一个授时系统。”中国科学院国家授时中心副主任卢晓春说，北斗三号卫星上的星载铷原子钟的精度处于国际领先水平，可以达到每天100亿分之5秒。目前，这一功能已广泛应用于通信、电力、金融等系统。位置报告功能，与北斗“有源定位”的特性息息相关。有源定位是中国北斗的一大创举，利用无线电测定技术，通过两颗地球同步轨道卫星联手，不仅能回答用户“我在哪”，还能告诉关注用户行踪的相关方“你在哪”，广泛用于搜救、渔业等领域，是保障民生安全的“千里眼”。短报文通信功能，是北斗系统的“独门绝技”。导航卫星和通信卫星是两种类型的卫星，但北斗导航卫星却附加了通信功能。中国卫星导航定位协会副秘书长王博介绍称，北斗用户利用终端，不仅可以知道自己的位置，还可以通过短报文将自己的情况告诉他人。这个功能在沙漠、远洋、深山、森林等没有网络覆盖的地区，或者是灾害发生、通信受阻时至关重要。在北斗三号系统中，短报文通信的能力显著提升， 信息发送能力从最初一次120个汉字提升到1200个汉字， 广泛用于远洋渔业、抢险救灾、全球搜救等多个领域。

惠及国内服务全球据了解，“北斗”产业链主要集中于北斗系统的用户段，分为上游基础元器件、中游终端、下游运营服务三大环节。其中，上游基础元器件主要是芯片、板卡、天线等基础元器件;中游终端主要是指能接收“北斗”信号的导航和定位装置;下游运营服务主要是指为政企用户、行业用户、服务商和大众消费者提供基于“北斗”的定位、导航、授时、短报文通信等各类基础服务。从为亚太区域提供服务到为全球提供服务，北斗实现全球组网，不仅意味着北斗服务范围覆盖面更广，还会使全产业链受益，相关产业链产品就多了一套支持系统，这些产品的使用体验、稳定性、可靠性都会随之大幅提升，特别是芯片和终端产业。

了解了北斗系统的组成部分和作用，同学们思考一下，北斗系统能给我们生活带来什么好处呢？

说的不错！我们一起看一段科普视频《北斗系统可以给我们的日常生活带来什么？》（3分钟）

四、“火星车”diy（30分钟）地点：暂定

活动目标：

动手制作“火星车”

活动准备：

材料包

2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，在火星上首次留下中国印迹，迈出了我国星际探测征程的重要一步。后续，祝融号火星车——这辆以中国神话传说中火神命名的小车，将依次开展对着陆点全局成像、自检驶离着陆平台并开展巡视探测。

今天我们就一起制作火星车。

老师给你们每人发一份材料包，你们先了解一下手中的材料，再看说明书制作，制作的过程中有任何疑问都可以举手问老师哦！

制作好的同学，可以用彩笔为自己的火星车设计出好看的皮肤哦！

五、收获与分享（5分钟）

同学们真棒，今天我们认识了北斗系统，谁可以和老师分享一下收获和感想？

说的不错，今天的家庭任务是，为北斗系统用文字加画画的形式设计一份画报哦！

六、结束语

今天的研学课程到这里就结束啦！非常感谢同学们陪老师度过的愉快时光，期待我们下次再见！

七、课程反思