一箭16星！我国逐步解锁北斗系统鲜为人知黑科技：暴雨预报、地震预警、……_风闻

今天中午，我国在太原卫星发射中心使用长征六号火箭，成功将16颗卫星送入预定轨道。

其中，“天津滨海一号卫星”和云遥一号04-08星等6颗卫星加装了GNSS（全球导航卫星系统）掩星探测载荷。这些设备的重要作用，是利用北斗等导航卫星信号，开展气象预报、地震预警、海洋监测等领域研究和应用。

北斗不是导航系统吗，怎么也能做这些事？确实可以，这是导航卫星附带的“彩蛋”，具有广阔应用前景。

GPS、格洛纳斯、北斗、伽利略等卫星导航系统，基本原理都是卫星不停向地面播发带有当前时间和自身位置信息的无线电波。接收机收到多个卫星的信息后，通过对比各信号时间差计算出自己在三维空间中的位置。

显然，如果无线电信号在传播过程中因介质减速或者因折射“绕路”延迟到达接收机，位置计算就会出现偏差。常见干扰因素包括电离层、空气、水蒸气等等，它们造成的定位偏移可以高达数百米。不过人类通过多年观察总结，已经建立起数学模型去尽力消除误差，当前民用接收机已能够达到10米精度。

与此同时，也有科学家意识到，既然自然因素可以干扰卫星定位，是否可以通过定位信号的偏差量来“反推”电离层、空气、水蒸气等干扰因素状态，并获取有价值数据呢？

这就是所谓GNSS遥感技术。自上世纪90年代起，人类开发出了3种实施方法。

一种方法是在地面设立观测站，如上图的导航卫星 - 地面站。地面站位置经过精密测定，因此可以细致观测卫星信号穿过大气层产生的“畸变”。这种“畸变”与大气中水汽含量密切相关，其观测结果可以在降雨预测、水汽循环观测中可以扮演重要角色。目前一些站点对极端暴雨的预报准确性达到了96%，已经具有极高实用性。

但地面站需要逐一布设，不可能覆盖广袤的山区、海洋和沙漠，因此人类又设计出了掩星观测技术，如上图的导航卫星 - 遥感卫星1。其原理是使用遥感卫星接收穿过地球大气抵达的导航信号，通过分析该信号推断其所途经大气的状况。这一技术摆脱了对地面站的依赖，能够将观测范围扩大到整个地球。

此外，人们还可以在太空对地面反射的导航卫星信号进行观测，如上图的导航卫星 - 遥感卫星2。该技术用于水位观测时，测量误差已经可以控制在5厘米之内。

以上只是GNSS遥感技术的部分应用。除此以外，这项技术还在土壤湿度监测、海洋观测、地面沉降、风场观测、地震预报等方面展现出了应用潜力。例如，科学家通过回溯历史数据，发现汶川、日本东北等破坏性大地震发生前数天，地球电离层都出现一定异常，而这种异常能够被GNSS遥感所观测到。

因此，现在人们需要做的，是进一步完善相关预测模型，提高其实用性和准确度，而这离不开在地面和太空中部署更多的观测设备。幸运的是，GNSS太空接收机成本、体积、重量和能耗都很小，能够以“附件”形式搭载于其它卫星之上，而无需以单独卫星形式出现，非常便于普及。相信用不了太多时间，我们就能享受到更多由包括北斗在内的导航卫星带来的“彩蛋”。