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北斗卫星导航系统试运行
涂露芳


    继载人航天工程、探月工程之后,中国航天事业再获突破性进展。去年12月27日,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在国务院新闻办发布会上宣布,我国自主卫星导航系统北斗系统开始试运行,向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。到明年底,北斗系统将提供正式运行服务,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。预计到2020年,北斗导航系统将覆盖全球。


明年再发射6颗卫星


    上世纪90年代起步的北斗卫星导航系统,是中国自主建设、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。
    目前全世界一共有四大全球卫星导航系统,即美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲正在建设的伽利略系统和中国北斗系统。迄今,北斗卫星导航系统已经发射了10颗卫星,建成了服务一定区域的基本系统。
    经过前期测试,北斗系统试运行期间服务区为东经84度到160度,南纬55度到北纬55度之间的大部分区域,定位精度为平面25米、高程30米,测速精度为每秒0.4米,授时精度可达50纳秒。按照北斗系统组网发射计划,明年还要发射6颗组网卫星,进一步扩大系统服务区域和提高服务性能,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力,届时覆盖区内定位精度达到10米。
    北斗导航系统分三步建设:第一步是在2000年建成了北斗卫星导航试验系统,使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家;第二步是建设北斗卫星导航系统,2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力;第三步是2020年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
    由于北斗系统还没有完全建成,明年10月份才能把“三步走”的第二步全部建成,所以在目前具备10颗卫星的情况下,开展北斗的试运行服务。试运行服务一是为了尽早地满足中国和周边地区对卫星导航的需求,二是及早地推动北斗的大规模应用。
    定位导航系统专家、中国电子科技集团22研究所研究员曹冲告诉记者,预计到2020年,北斗系统组网卫星将达到35颗左右,定位精度可进一步提升到1米,届时北斗卫星导航也将从基本系统过渡为成熟的全球卫星导航系统。
    据介绍,北斗区域卫星导航系统建成以后,在亚太地区的导航精度将与GPS相当或略有差距。等到2020年左右北斗全球卫星导航系统建成之后,北斗系统所提供的定位精度在全球范围内将与GPS相抗衡,而在增强区域也就是亚太地区,北斗的精度甚至会超过GPS。


短信导航结合优势突出


    在昨天的发布会上,冉承其强调,北斗卫星导航系统作为中国政府大力建设和完善的国家空间信息基础设施和大型复杂航天系统,将向全世界提供免费服务。
    中国从开始建设北斗系统以来就一直致力于造福人类、服务全球的理念。“我们坚持既是中国的北斗,更是世界的北斗的发展思想,积极推动北斗系统和全球其他卫星导航系统以兼容互操作为重点的相关国际交流与合作。”冉承其介绍,美国GPS系统是世界上最早建立的全球卫星导航系统,系统成熟性和服务精度都处于最领先的水平;俄罗斯正在加紧恢复建设格洛纳斯系统,已经基本建成,即将提供相应服务;欧洲伽利略系统还在建设中。而中国北斗系统既独立运行,又能与世界其他卫星导航系统兼容共用。
    为了尽早走向全球、服务全球,这些年中国积极推动北斗卫星导航系统和世界其他卫星导航系统的频率协调和兼容互操作有关工作,在系统建设之初就已经着手推动北斗系统及早纳入相关的国际标准。
    在北斗提供试运行服务之际,国内相关企业已经着手从事北斗应用终端的研发以及北斗和GPS兼容终端的研发,这也就意味着使用GPS终端的用户可以单独使用北斗,也可以使用北斗和GPS兼容的终端。而多一个北斗,会对导航系统的精度、可用性带来更好改善。
    与其他全球导航系统相比,短信服务是北斗系统的重要特色和优势。一般来讲,其他卫星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方,而北斗卫星导航系统还可以将具体位置信息发送出去,使你想告知的其他人获知你的最新情况。“它解决了何人、何事、何地的问题,这是北斗短信的特色服务,把短信和导航结合,是中国北斗卫星导航系统的独特发明。”冉承其表示,今后靠北斗一个终端就可以走遍天下。


可提升整体国民经济


    从试验系统到基本系统,北斗导航奏响了从军用向大规模民用推广的序曲。投资庞大的卫星导航系统并不直接产生经济效益,但对国民经济的整体提升作用却非常显著。
    中国卫星导航系统管理办公室高级工程师杨强文透露,预计到2015年,国内卫星导航相关产业的总产值可达1500亿元,到2020年将进一步攀升至4000亿元。
    目前,北斗导航试验系统的终端用户总量还只有10万户左右,全国95%以上的卫星导航市场份额已被GPS把持。打破垄断格局提升自主卫星导航的市场份额,成为北斗系统的沉重使命。预计到2015年,北斗导航终端的市场份额将达到20%左右。
    杨强文介绍,北斗导航系统除短信服务功能外,在城市复杂环境下的稳定性也更优。北斗系统主要采用高轨卫星,运行在3.6万公里的高度,而GPS主要是中轨卫星,高度是2万公里,容易被高层建筑遮挡信号,这使得北斗导航终端在城市复杂路况下的导航性能更稳定。
    不过,北斗导航终端要迅速抢占市场份额还面临很大挑战,主要瓶颈在于用户规模小、导航芯片的成本相对较高。目前采取的主要对策是先在交通、航运、气象等政府部门主导的行业大面积应用,以行业推广带动大众市场,尤其鼓励GPS终端兼容北斗系统,以有效降低成本。预计到2020年,北斗导航芯片将与GPS导航芯片成本相当。
    (本文据《人民日报》)
分析


北斗系统离我们有多远


    在GPS广泛应用之际,中国为何巨资打造北斗导航系统?
    中国北斗卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍,卫星导航系统是一个国家重要的空间信息基础设施,中国建设独立自主的卫星导航系统,对推动国家经济社会发展具有重要意义。
    冉承其介绍,随着社会和经济发展,人们对卫星导航的需求越来越大,如果没有自主可控的卫星导航系统,国家的经济、社会发展安全将缺少可靠保障。作为航天高科技工程,北斗导航系统对推动经济社会发展具有巨大的拉动作用,可以显著增强国家的科技、经济和工业实力,是大国地位和综合国力的标志。另外,卫星导航作为国家的战略性新兴产业,是国民经济新的经济增长点,对推动国家信息化建设、调整产业结构、提高社会生产效率、转变人民生活方式、提高大众生活质量,都具有重要意义。
    在2000年北斗卫星导航试验系统建成后,中国就着手推动北斗卫星导航试验系统在国民经济、社会各个方面的应用,目前已经广泛应用于交通运输、通信、电力、金融、气象、海洋、水文监测等等各个方面。
    在2008年南方冰冻灾害,四川汶川抗震救灾,以及青海玉树的抗震救灾中,北斗导航系统都发挥了巨大作用。尤其汶川地震后,在基础设施损坏、通信中断的情况下,中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台“北斗一号”终端机,实现了各点位之间、点位与指挥部之间的直线联络,为指挥救灾发挥了重要作用,“北斗短信快报”挽救了成千上万人的生命。
    另据了解,交通运输部正在开展的重点运输过程车辆监控管理、服务示范系统工程,就应用了北斗导航系统,可以重点解决客运班车、旅游包车、长途危险品运输车在运输过程中的监管和服务问题,减少道路交通事故,大大提高出行安全。中国气象局也正在组织开展基于北斗的大气、海洋和空间监测运行应用,将推动我国空间气象监测预警能力的提升,降低灾害危害程度。广东省基于北斗的公务车辆管理服务示范,则为公务用车监管提供了新途径,并取得了明显效益。
    目前,南海、东海等渔政部门主动放弃了GPS,而全部改用北斗,因为GPS只能告诉你所在位置的经纬度,而借助北斗系统,渔政部门可以及时向渔民通报台风信息,如果一艘孤独的渔船在海上出现危险,也可以通过北斗发短信求助。
    卫星导航的精度授时则对金融和电力部门尤其重要。假如电力传输设备运行时间不同步,轻则运行设备失控,影响正常输供,重则造成整个地区电网瘫痪。金融部门借助精确授时,则可以避免汇率变动和利息调整节点的不必要损失。
    在军事领域,联合攻击炸弹之所以能够精确地打击目标,是因为其通过卫星定位和高精度授时来对目标进行多维锁定。专家表示,北斗系统在国防领域的广泛应用可以成倍提升部队战斗力,而更重要的意义在于特殊情况下,不惧怕GPS终止对中国服务的战略安全意义。
研制历程回顾
    一直以来,美国的GPS大出风头,基本形成独霸“天下”的格局。世界各航天大国都逐渐意识到,发展自主的卫星导航系统,不仅是航天实力的重要组成部分,更是国家战略的重要一环。
    早在上世纪70年代,中国人就开始研究利用卫星进行地面定位服务,但受制于当时的国力不足等多方面原因,这项名为“灯塔”的研究计划被搁浅了。
    1983年,我国科学家陈芳允和一位美国科学家同时提出利用地球同步卫星进行导航定位的设想。此后,美国和俄罗斯分别开发了GPS和格洛纳斯卫星导航系统。其中,GPS系统应用很成功,格洛纳斯系统则因为后期投入不足,其建设断断续续,时隔多年才取得一定规模的效益。


亮出中国的导航卫星品牌


    我国在开展多年预研后,于1994年全面启动导航系统的研制。
    2000年10月31日,我国自行研制的第一颗北斗导航试验卫星被成功送入太空。作为北斗导航系统的首发星,它的“安家落户”为整个北斗导航系统建设之战打响了“头炮”。不到两个月的时间,中国航天科技集团公司成功将第二颗北斗导航试验卫星送入空间轨道。
    2003年5月25日,又一颗备份卫星升空,这标志着中国已经自主建立了完善的卫星导航系统,以及北斗导航试验系统工作的完成。至此,我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。多年来,它在国民经济领域的广泛应用打出了“北斗”响当当的品牌。
    然而,北斗导航试验卫星的系统覆盖范围还比较有限,例如在印度洋等较远区域,导航精度不高。尽快建立能够提供覆盖亚太地区的定位、导航、授时和短报文通信服务的北斗导航定位系统迫在眉睫。


在密集组网中走向世界


    早在研制北斗一号卫星的上世纪末,我国就同时启动了新一代北斗导航定位系统的研究。
    2007年4月14日,我国成功发射了北斗导航卫星系统的第一颗卫星,有效验证了导航系统的技术、原理和体制。2009年4月15日,我国成功发射了北斗导航卫星系统的第二颗卫星,这两颗卫星以导航卫星的正式身份加入到了北斗导航系统建设计划之中。
    2010年,中国北斗卫星导航系统以第三颗北斗导航卫星一飞冲天拉开了序幕,又以第七颗北斗导航卫星的完美表现压轴谢幕。经过这一密集发射连续五颗“新成员”参与组网,中国的新一代卫星导航系统在太空中初现雏形。
    与北斗卫星导航实验系统相比,北斗卫星导航系统的真正目标是走向世界。
    中国北斗卫星导航系统管理办公室主任冉承其说:“北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。中国愿意与其他国家合作,共同发展卫星导航事业。”


区域导航系统“初长成”


    2011年4月10日,当第八颗北斗导航卫星在倾斜轨道上“安家”之后,北斗卫星导航系统的6颗组网卫星构成了“3+3”的星座构型(包括3颗地球同步静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星),这标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成,我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段,并具备了向我国大部分地区提供初始服务的能力,也达到了进入试运行阶段的条件和水平。
    随着7月27日和12月2日陆续发射成功的第九颗和第十颗北斗导航卫星在倾斜轨道上“落户”,有效地提高了系统可靠性,提升了在轨备份和应用服务能力,进一步改善了系统对覆盖区的导航性能。
    北斗,不仅意味着中国人在全球上空可以部署无处不在的向导,更意味着标准、影响力以及制定游戏规则的权利。在这场太空的群雄逐鹿之中,北斗与其对手的巅峰对决已经展开。中国的“北斗”起步虽然比GPS晚了20年,但在技术上并没有落后很多。
    中国航天科技集团公司宇航部部长赵小津表示,今后我国还将陆续发射多颗组网导航卫星,不断提升系统服务能力,扩大覆盖区域,到2020年,将建成由30余颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统。
    到那时,普天之下,北斗照耀。