“北斗杯”全国青少年科技创新大赛的科技普及

1. “北斗杯”全国青少年科技创新大赛的科技普及

 北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。与美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧洲“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。 北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗系统四大功能。1.短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。2.精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。3.定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率：2491.75MHz。4.系统容纳的最大用户数：每小时540000户。中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射六颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。系统特色及优劣势。北斗导航终端与GPS、欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”相比，最有特色的是它的短信功能，每条能发送120个汉字。优势：和美国的GPS、俄罗斯的GLONASS相比，增加了通讯功能；全天候快速定位，与GPS精度相当；同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。劣势：北斗一号系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位终端比较复杂；北斗一号系统属于区域定位系统，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务。日期   发射地  火箭   卫星     轨道       目前状态  系统2000年10月31日 西昌 长征三号甲 北斗-1A 地球静止轨道59°E    结束任务 北斗一号2000年12月21日 西昌 长征三号甲 北斗-1B 地球静止轨道80°E    结束任务 北斗一号2003年5月25日 西昌 长征三号甲 北斗-1C 地球静止轨道110.5°E  正常   北斗一号2007年2月3日 西昌 长征三号甲 北斗-1D 超同步转移轨道     失效   北斗一号2007年4月14日 西昌 长征三号甲 北斗-M1 中地球轨道~21500km   正常  北斗二号2009年4月15日 西昌 长征三号丙 北斗-G2 地球静止轨道（预定）  失效   北斗二号2010年1月17日 西昌 长征三号丙 北斗-G1 地球静止轨道144.5°E  正常   北斗二号2010年6月22日 西昌 长征三号丙 北斗-G3 地球静止轨道84°E    正常   北斗二号2010年8月1日 西昌 长征三号甲 北斗-I1 倾斜地球同步轨道 倾角55°正常  北斗二号2010年11月1日 西昌 长征三号丙 北斗-G4 地球静止轨道160°E   正常   北斗二号2010年12月18日 西昌 长征三号甲 北斗-I2 倾斜地球同步轨道 倾角55°正常  北斗二号2011年4月10日 西昌 长征三号甲 北斗-I3 倾斜地球同步轨道 倾角55°正常  北斗二号2011年7月27日 西昌 长征三号甲 北斗-I4 倾斜地球同步轨道 倾角55°正常  北斗二号2011年12月2日 西昌 长征三号甲 北斗-I5 倾斜地球同步轨道 倾角55°正常  北斗二号 GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素；这三个要素缺一不可；通过这三个要素，可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显别），应选用双频接收机。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式)。主要功能。1．跟踪定位2．轨迹回放3．超速报警4．里程统计5．拖车报警6．车辆远程控制7．紧急报警8．车辆调度

2. “北斗杯”全国青少年科技创新大赛的大赛属性

“北斗杯”全国青少年科技创新大赛是中国卫星导航学术年会的活动之一。本届大赛颁奖典礼将在第三届中国卫星导航学术年会（CSNC2012）上举行。本届年会将特别邀请国内外卫星导航系统高层管理人士及卫星导航领域知名专家学者参会。年会将通过学术交流、高端论坛和展览展示等一系列活动，全方位展示卫星导航领域最新成果。

3. “北斗杯”全国青少年科技创新大赛的各部门组织

 教育部科学技术司共青团中央学校部中国科协青少年科技中心中国卫星导航系统管理办公室 教育部卫星导航联合研究中心北京大学数字中国研究院 北京邮电大学武汉大学西安电子科技大学京元空间信息专修学院浙江镇海中学大庆市第十七中学南昌航空大学全国中小学教师继续教育网 作品征集时间：截至2012年3月20日颁奖典礼时间：2012年5月16日颁奖典礼地点：中国·广州 1. 科技制作（科技设计方案、实物类作品或基于Android、iPhone等平台的智能应用软件等）；2. 科技创意（如flash、绘画、DV、摄影、音乐等）；3. 科技论文；4. 科幻文章。 、国在校大赛分为分区初赛和全国总决赛两个赛程，各分区（华北、东北、华东、中南、西北、西南）初赛的优胜作品将被选送参加全国总决赛。大赛分设大学组和中学组，分别进行评奖。每组各设一等奖4个、二等奖8个、三等奖16个、优秀奖32个，竞赛奖90个，两组共计300个奖项。另设优秀组织奖10个（大、中学各5个）和优秀科技指导教师奖20个（大、中学各10个）。荣获大赛一等奖的作者代表、优秀组织奖获奖单位代表、优秀科技指导教师奖获奖者将受邀参加颁奖典礼。奖项设置：一等奖：价值3000元礼品、金牌、荣誉证书；二等奖：价值2000元礼品、银牌、荣誉证书；三等奖：价值1000元礼品、铜牌、荣誉证书；优秀奖：礼品、荣誉证书；竞赛奖：荣誉证书；优秀组织奖：5000元奖金、北斗杯；优秀科技指导教师奖：价值1500元礼品、荣誉证书。 2010年5月17日上午，由教育部科学技术司、共青团中央学校部、中国科学技术协会青少年科技中心和中国卫星导航系统专项管理办公室联合主办，北京大学数字中国研究院承办的第一届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛颁奖典礼暨全国大中学生卫星导航科普报告会在北京大学百年大讲堂隆重举行。会议特邀国家最高科技奖获得者、“两弹一星”功勋科学家、北斗卫星导航系统工程总设计师、第一届中国卫星导航学术年会科学委员会主席、中国科学院孙家栋院士，北京大学常务副校长林建华教授，科技部国际空间信息技术培训研究院院长、科技部国家重大专项“十二五”规划专家组组长、国家外国专家局原局长、第一届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛组织委员会主任马俊如教授，第一届中国卫星导航学术年会科学委员会执行主席、西安测绘研究所杨元喜院士参加。第一届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛主办单位、承办单位的领导和代表，大赛获奖作品作者和所在学校代表共200余人参加了会议。颁奖典礼上，大赛组委会马俊如主任致词，组委会郑立中副主任宣布了获奖通知。与会领导和嘉宾为获奖者颁发了证书、奖杯和奖品。最后，孙家栋院士殷切勉励青少年把兴趣作为开启科学之门的钥匙，把想象作为科技创新的翅膀，把勤奋作为持续探索的动力，学会求知，学会做人，学会创造，学会合作，在不久的将来，为中国卫星导航事业乃至航天事业的发展做出贡献，为中华民族的伟大复兴和人类的繁荣进步做出贡献。颁奖典礼后，西安测绘研究所杨元喜院士、中国科学院国家授时中心王正明研究员、中科院空间科学中心潘厚任研究员、北京大学地球与空间科学学院焦维新教授为大会做了精彩的科普报告。“北斗杯”全国青少年科技创新大赛面向卫星导航、空间科技及其应用领域的科技爱好者，旨在大力宣传北斗系统的科普知识，推动青少年积极参与科技创新活动特别是卫星导航技术与应用的探索，发现和培养一批在科技上有作为、有潜力的青少年人才。作为第一届中国卫星导航学术年会的重要组成部分，“北斗杯”大赛在年会主办单位和以孙家栋院士为主席的科学委员会的支持、指导下，历时半年多的筹备，共有87个单位262个作品参赛。按照评奖细则，经初评、复评和终评，大赛最终评选出一等奖6个、二等奖12个、三等奖24个、优秀奖78个，以及集体优秀组织奖10个。“基于北斗导航系统的移动导航定位终端的设计”等三个作品荣获大学组一等奖，“具有超声探测和GPS功能的智能盲人手杖”等三个作品荣获中学组一等奖，中国民航大学电子信息工程学院等十个单位获得优秀组织奖。本次大赛的参赛作品表现出较强的创新性，在科学性、知识性、趣味性和艺术性等方面各显所长，各具特色。大赛获奖的优秀作品更是精品纷呈，亮点频现，充分展示了中国青少年在科学探究和创新实践中的卓越智慧和无限创造力。 在2011年5月18日至20日在上海世博中心召开的第二届中国卫星导航学术年会上,颁发了第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛有关奖项。大连市第八中学张家新、北方交大附属中学黄可聪等8人，获得中学组一等奖。据悉，在未来的三天时间里，年会将就10个方面的议题，分别进行大会交流，分会交流，张贴报告交流和应用于产业化论坛交流，来自于国内外相关研究机构、高校和企业的73个单位，还将展示在卫星导航领域所取得的技术成果。本届年会得到了国内外卫星导航界的积极响应，共收到143个单位的633篇论文，组委会编辑印制了年会论文集，100余篇论文收录到SCI、ER等检索期刊，近300篇论文收录到ISTP检索文集。为培养卫星导航后备人才、普及卫星导航知识，促进卫星导航应用创新，配合中国卫星导航学术年会的召开，教育部、科学技术司、共青团、中央学校部、中国科协青少年科技中心和中国卫星导航系统管理办公室，联合举办了第二届“北斗杯”全国青少年科技创新大赛。本届年会评选出了大赛的大学组、中学组一二三等奖和优秀奖，中学组一等获奖者是：北京大学蔡亚萍，大连理工大学任振儒，中国地质大学刘司其，北京理工大学吴家祥，大连市第八中学张家新，北方交大附属中学黄可聪，北京市广渠门中学高云选，浙江省镇海中学黄因涛。大赛优秀组织奖获奖单位10名，他们是：北京科技大学、大连理工大学、电子科技大学、闽江学院，西安电子科技大学、北京航空航天大学附属中学，大连市第八中学，辽宁省庄河市高级中学，山西省榆次第一中学校，浙江省镇海中学。

4. “北斗杯”全国青少年科技创新大赛的介绍

“北斗杯”全国青少年科技创新大赛（BD-CASTIC）是中国青少年卫星导航领域高层次、高水平、大规模的科技盛会，本活动由教育部科学技术司、共青团中央学校部、中国科协青少年科技中心、中国卫星导航系统管理办公室等相关部门共同主办，教育部卫星导航联合研究中心、北京大学数字中国研究院共同承办（秘书处设在北京大学数字中国研究院办公室）。此次大赛旨在大力宣传北斗系统的科普知识，开拓培养与交流的渠道，搭建全国青少年科技文化交流的平台，提高青少年的科技创新能力、实践能力，打造我国青少年科技活动知名品牌，为北斗系统工程建设与应用创新增添活力。

5. 第五届北斗大赛获奖名单

获奖名单公布如下：

奖项
   
作品名称
   
第一作者
   


 
校一等奖
   
 
基于北斗导航气象采集系统的跨季节太阳能储热设计软件开发
   
 
许豪伦
   


北斗导航卫星的应用
   
樊馥榕
   


 
校二等奖
   
 
北斗卫星导航系统在城市规划及管理中的应用
   
 
朱豫
   


北斗卫星导航系统在地震中的应用
   
高星
   


论碳纤维复合材料在“北斗卫星”上的应用
   
王义博
   


 
校三等奖
   
 
天眼探海——北斗卫星导航系统与深海空间站的技术结合
   
 
杨峻
   


北斗卫星导航系统在应急报警系统设计中的应用
   
杜雪莲
   


基于北斗卫星信号的无源雷达可行性研究与定位方法
   
刘彦
   


基于北斗卫星导航通信系统的公车实时监控技术
   
汤镇宁