北斗衞星導航系統已完成對亞太地區全覆蓋 精度並不比GPS低

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，提高科學研究水平和成果轉化能力，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。

我國衞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，今年底向民用用户提供衞星導航服務，2020年完成35顆衞星組網的全球衞星導航定位系統。

●發展衞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多顆在軌衞星，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衞星送入預定軌道，標誌着我國北斗衞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顆衞星組網的全球衞星導航定位系統（英文縮寫COMPASS）。

我國衞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，今年底將向民用用户提供衞星導航服務。

北斗衞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，太空中分佈着數十顆導航定位衞星：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、定位與授時服務的衞星導航系統；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）全球衞星導航系統受多種因素和資金問題制約，至今進展緩慢。

衞星定位測量需用無線電技術，因此頻率是衞星導航系統的建設基礎和運行保證。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，北斗系統頻率工作於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，標誌着“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，每位用户頭頂上的可用衞星，將由過去的4—6顆增加到現在的8—12顆。”中國衞星導航學術年會科學委員會副主席、北斗衞星導航系統工程副總設計師譚述森表示，“北斗”的加入，使用户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、北斗衞星導航系統工程總設計師孫家棟表示，發展衞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，這是對衞星資源的巨大浪費，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，等完成衞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全球系統於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

在向某個特定用户提供定位服務時，GPS使用4顆在軌衞星，而北斗實驗系統僅使用2顆、區域系統使用4顆，這是否意味着“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顆在軌衞星的相互位置關係，通過方程式解算出核潛艇位置，這是一種無源方式，即核潛艇不向衞星發射定位信息，只有衞星向核潛艇發送信息。然而，這種方式也有不足之處，即沒有利用地面測繪成果，需要衞星數也較多。

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衞星。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衞星定位相結合。這是一種有源定位方式（即用户需向衞星發送定位申請信號），雖然僅僅使用兩顆在軌衞星，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，用户可以便捷地在兩種定位方式中自由轉換。

孫家棟表示，“北斗”衞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”衞星密度不小於GPS，而且今後達到全球覆蓋時將擁有30多顆在軌衞星，“北斗”的定位精度並不比GPS的低。

在實際應用中，GPS為特許民間用户提供“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户，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，我國組織建設了衞星導航增強系統，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，可以説“靠一個北斗用户機就可以走遍天下”。

今年初，我國的一支地質勘探隊，在攜帶GPS用户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。

“為在城市高樓羣或高山峽谷中的用户提供定位服務，‘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衞星，而後者很難在頭頂上同時找到4顆衞星。”譚述森説。

中國衞星導航定位應用管理中心主任楊寶峯介紹：北斗區域系統的建成和開通運行，標誌着中國衞星導航事業的跨越式發展，也標誌着“北斗”的應用將進入規模化、社會化階段。與GPS系統相比，“北斗”有着自身的特色和優勢，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。因此可以説，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説，雖然“北斗”在地面站設備、用户設備、衞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。