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北斗導航完成亞太地區全覆蓋 定位精度相當GPS
2012年11月28日 06:30:11 作者:人民日報  來源:人民日報  字號 打印 關閉

 編者按:十八大報告提出,完善知識創新體系,強化基礎研究、前沿技術研究、社會公益技術研究,提高科學研究水準和成果轉化能力,搶佔科技發展戰略制高點。實施國家科技重大專項,突破重大技術瓶頸。

  我國衛星導航工程建設分為試驗系統、區域系統、北斗全球系統“三步走”的發展戰略。目前,“北斗”完成第二步發展目標,覆蓋亞太地區的區域系統全面可用,今年底向民用用戶提供衛星導航服務,2020年完成35顆衛星組網的全球衛星導航定位系統。

  ●發展衛星導航定位系統耗資巨大,如果不注重民用市場開發,將是巨大的浪費,也會影響北斗系統的發展和技術進步。

  ●“北斗”達到全球覆蓋時將擁有30多顆在軌衛星,其定位精度並不比GPS的低。

  ●在功能上,北斗系統的位置報告、指令傳輸功能是GPS所沒有的。

  我國日前成功將第十六顆北斗導航衛星送入預定軌道,標誌著我國北斗衛星導航系統完成對亞太地區全覆蓋的發展目標,已實現全部系統功能和指標,將於2020年完成35顆衛星組網的全球衛星導航定位系統(英文縮寫COMPASS)。

  我國衛星導航工程建設分為試驗系統、區域系統、北斗全球系統“三步走”的發展戰略。目前,“北斗”完成第二步發展目標,覆蓋亞太地區的區域系統全面可用,今年底將向民用用戶提供衛星導航服務。

  北斗衛星導航系統的迅速發展,引起人們廣泛關注:“北斗”民用市場前景如何?“北斗”是否先進可靠?“北斗”應用的潛力何在?

  “北斗”民用市場亟須加快推動

  目前,太空中分佈著數十顆導航定位衛星:美國24顆,俄羅斯17顆,我國16顆,歐盟2顆。其中,美國的全球定位系統(GPS)是目前惟一能夠獨立提供全球導航、定位與授時服務的衛星導航系統;俄羅斯的全球導航系統(GLONASS)正在向全球服務方向發展;而歐盟的伽利略(GALILEO)全球衛星導航系統受多種因素和資金問題制約,至今進展緩慢。

  衛星定位測量需用無線電技術,因此頻率是衛星導航系統的建設基礎和運作保證。世界各主要大國在此方面的激烈競爭,導致這一極為重要的空間戰略資源變得緊缺。經過多次國際頻率磋商,北斗系統頻率工作于2006年3月取得歷史性突破。目前“北斗”正式進入國際電聯頻率登記總表,標誌著“北斗”擁有了與GPS、GLONASS、GALILEO等平等的頻率保護地位。

  “如果將‘北斗’與GPS結合使用,比GPS與GLONASS結合使用的效果更好,每位用戶頭頂上的可用衛星,將由過去的4—6顆增加到現在的8—12顆。”中國衛星導航學術年會科學委員會副主席、北斗衛星導航系統工程副總設計師譚述森表示,“北斗”的加入,使用戶獲得了更高的精度和更可靠的服務。

  “我國亟須加快‘北斗’民用市場培育,加速推進‘北斗’產業。”中國科學院院士、北斗衛星導航系統工程總設計師孫家棟表示,發展衛星導航定位系統耗資巨大,如果單純用於軍事,不注重民用市場開發,這是對衛星資源的巨大浪費,也會影響北斗系統的發展和技術進步。如果我國像美、俄一樣,等完成衛星全球覆蓋才來發展民用市場,也不利於空間技術的轉化和人才隊伍的培養。俄羅斯在這方面曾有過深刻教訓,其GLONASS全球系統于1996年投入使用,由於民用市場發展緩慢、經濟困難無力補網,基本不能提供可靠服務。

  “北斗”定位精度與GPS相當

  在向某個特定用戶提供定位服務時,GPS使用4顆在軌衛星,而北斗實驗系統僅使用2顆、區域系統使用4顆,這是否意味著“北斗”正在向GPS的發展方向靠攏?

  GPS採用無源定位方式,而北斗實驗系統採用有源定位方式、北斗區域系統採用有源、無源兩種定位方式,因此“北斗”具有有源和無源兩種定位方式,這反而是“北斗”的優勢所在。

  GPS最初是利用核潛艇與其中4顆在軌衛星的相互位置關係,通過方程式解算出核潛艇位置,這是一種無源方式,即核潛艇不向衛星發射定位資訊,只有衛星向核潛艇發送資訊。然而,這種方式也有不足之處,即沒有利用地面測繪成果,需要衛星數也較多。

  上世紀80年代,由於我國經濟實力較弱,無法像美俄一樣大量發射衛星。於是,我國軍事測繪專家推出“雙星定位”理論,即將大地測量成果與太空衛星定位相結合。這是一種有源定位方式(即用戶需向衛星發送定位申請信號),雖然僅僅使用兩顆在軌衛星,但定位精度也能滿足需求。如今,我國北斗區域系統增加了無源定位方式,用戶可以便捷地在兩種定位方式中自由轉換。

  孫家棟表示,“北斗”衛星發射到不同的太空軌道,正是為了使覆蓋亞太地區的“北斗”衛星密度不小于GPS,而且今後達到全球覆蓋時將擁有30多顆在軌衛星,“北斗”的定位精度並不比GPS的低。

  在實際應用中,GPS為特許民間用戶提供“精碼”服務,其單點定位精度為5—10米;對於非特許一般民間用戶,提供“粗碼”服務,其單點定位精度為20—40米。此前,由於美國僅向我國提供“粗碼”服務,無法滿足諸如精密測量等民用需求。於是,我國組織建設了衛星導航增強系統,迫使美國開放中國區域的GPS精碼服務,從而使GPS定位精度達到10米左右。目前,“北斗”定位精度已由此前的25米提高到北斗二號的10米。

  有源定位和短信功能是“北斗”的獨特優勢

  “北斗”擁有的其中一種定位方式——有源定位方式,往往被人詬病;而其獨有的短報文通信功能,也往往被人稱為無用的“雞肋”,事實是否如此?

  “實際上,這正是‘北斗’的優勢所在,也體現了‘北斗’卓越的系統頂層設計和今後的擴展能力。”譚述森表示,GPS的無源定位方式只解決了“我在哪兒”的問題,而“北斗”的有源定位方式同時解決了“我在哪兒”和“你在哪兒”的問題,可以說“靠一個北斗用戶機就可以走遍天下”。

  今年初,我國的一支地質勘探隊,在攜帶GPS用戶機進入無人區工作時失蹤;而在南海捕魚的幾千條漁船,由於裝備了北斗導航系統,沒有一艘船因為海上風暴而迷航,這就是定位方式差異導致的結果。

  “為在城市高樓群或高山峽谷中的用戶提供定位服務,‘北斗’也比GPS強一些。因為在頭頂上的狹窄空域,前者比較容易同時找到兩顆在軌衛星,而後者很難在頭頂上同時找到4顆衛星。”譚述森說。

  中國衛星導航定位應用管理中心主任楊寶峰介紹:北斗區域系統的建成和開通運作,標誌著中國衛星導航事業的跨越式發展,也標誌著“北斗”的應用將進入規模化、社會化階段。與GPS系統相比,“北斗”有著自身的特色和優勢,服務上與GPS基本相當,在功能上,北斗系統的位置報告、指令傳輸功能是GPS所沒有的。因此可以說,就國內應用而言,GPS能做到的,“北斗”都可以做,而且“北斗”所具有的特色優勢,一定會比GPS應用得更好、更廣。

  如今,美國研發的第三代GPS以及歐盟、印度等國正在研發建設的新系統,都在考慮增加有源定位方式。“別人學‘北斗’,並不令人奇怪;今後中國人不用‘北斗’,這才是令人奇怪的事。”南方測繪集團技術管理中心技術總監李耀忠感慨地說,雖然“北斗”在地面站設備、用戶設備、衛星技術等方面與美國仍有差距,但在頂層設計和系統結構方面的優勢,能在相當程度上彌補我國在基礎工業方面的不足。

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