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北斗导航完成亚太地区全覆盖 定位精度相当GPS

发布时间:2012年11月27日 06:22 | 进入复兴论坛 | 来源:人民日报 | 手机看视频


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北斗导航完成亚太地区全覆盖 定位精度相当GPS

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  编者按:十八大报告提出,完善知识创新体系,强化基础研究、前沿技术研究、社会公益技术研究,提高科学研究水平和成果转化能力,抢占科技发展战略制高点。实施国家科技重大专项,突破重大技术瓶颈。

  我国卫星导航工程建设分为试验系统、区域系统、北斗全球系统“三步走”的发展战略。目前,“北斗”完成第二步发展目标,覆盖亚太地区的区域系统全面可用,今年底向民用用户提供卫星导航服务,2020年完成35颗卫星组网的全球卫星导航定位系统。

  发展卫星导航定位系统耗资巨大,如果不注重民用市场开发,将是巨大的浪费,也会影响北斗系统的发展和技术进步。

  “北斗”达到全球覆盖时将拥有30多颗在轨卫星,其定位精度并不比GPS的低。

  在功能上,北斗系统的位置报告、指令传输功能是GPS所没有的。

  我国日前成功将第十六颗北斗导航卫星送入预定轨道,标志着我国北斗卫星导航系统完成对亚太地区全覆盖的发展目标,已实现全部系统功能和指标,将于2020年完成35颗卫星组网的全球卫星导航定位系统(英文缩写COMPASS)。

  我国卫星导航工程建设分为试验系统、区域系统、北斗全球系统“三步走”的发展战略。目前,“北斗”完成第二步发展目标,覆盖亚太地区的区域系统全面可用,今年底将向民用用户提供卫星导航服务。

  北斗卫星导航系统的迅速发展,引起人们广泛关注:“北斗”民用市场前景如何?“北斗”是否先进可靠?“北斗”应用的潜力何在?

  “北斗”民用市场亟须加快推动

  目前,太空中分布着数十颗导航定位卫星:美国24颗,俄罗斯17颗,我国16颗,欧盟2颗。其中,美国的全球定位系统(GPS)是目前惟一能够独立提供全球导航、定位与授时服务的卫星导航系统;俄罗斯的全球导航系统(GLONASS)正在向全球服务方向发展;而欧盟的伽利略(GALILEO)全球卫星导航系统受多种因素和资金问题制约,至今进展缓慢。

  卫星定位测量需用无线电技术,因此频率是卫星导航系统的建设基础和运行保证。世界各主要大国在此方面的激烈竞争,导致这一极为重要的空间战略资源变得紧缺。经过多次国际频率磋商,北斗系统频率工作于2006年3月取得历史性突破。目前“北斗”正式进入国际电联频率登记总表,标志着“北斗”拥有了与GPS、GLONASS、GALILEO等平等的频率保护地位。

  “如果将‘北斗'与GPS结合使用,比GPS与GLONASS结合使用的效果更好,每位用户头顶上的可用卫星,将由过去的4—6颗增加到现在的8—12颗。”中国卫星导航学术年会科学委员会副主席、北斗卫星导航系统工程副总设计师谭述森表示,“北斗”的加入,使用户获得了更高的精度和更可靠的服务。

  “我国亟须加快‘北斗’民用市场培育,加速推进‘北斗’产业。”中国科学院院士、北斗卫星导航系统工程总设计师孙家栋表示,发展卫星导航定位系统耗资巨大,如果单纯用于军事,不注重民用市场开发,这是对卫星资源的巨大浪费,也会影响北斗系统的发展和技术进步。如果我国像美、俄一样,等完成卫星全球覆盖才来发展民用市场,也不利于空间技术的转化和人才队伍的培养。俄罗斯在这方面曾有过深刻教训,其GLONASS全球系统于1996年投入使用,由于民用市场发展缓慢、经济困难无力补网,基本不能提供可靠服务。

  “北斗”定位精度与GPS相当

  在向某个特定用户提供定位服务时,GPS使用4颗在轨卫星,而北斗实验系统仅使用2颗、区域系统使用4颗,这是否意味着“北斗”正在向GPS的发展方向靠拢?

  GPS采用无源定位方式,而北斗实验系统采用有源定位方式、北斗区域系统采用有源、无源两种定位方式,因此“北斗”具有有源和无源两种定位方式,这反而是“北斗”的优势所在。

  GPS最初是利用核潜艇与其中4颗在轨卫星的相互位置关系,通过方程式解算出核潜艇位置,这是一种无源方式,即核潜艇不向卫星发射定位信息,只有卫星向核潜艇发送信息。然而,这种方式也有不足之处,即没有利用地面测绘成果,需要卫星数也较多。

  上世纪80年代,由于我国经济实力较弱,无法像美俄一样大量发射卫星。于是,我国军事测绘专家推出“双星定位”理论,即将大地测量成果与太空卫星定位相结合。这是一种有源定位方式(即用户需向卫星发送定位申请信号),虽然仅仅使用两颗在轨卫星,但定位精度也能满足需求。如今,我国北斗区域系统增加了无源定位方式,用户可以便捷地在两种定位方式中自由转换。

  孙家栋表示,“北斗”卫星发射到不同的太空轨道,正是为了使覆盖亚太地区的“北斗”卫星密度不小于GPS,而且今后达到全球覆盖时将拥有30多颗在轨卫星,“北斗”的定位精度并不比GPS的低。

  在实际应用中,GPS为特许民间用户提供“精码”服务,其单点定位精度为5—10米;对于非特许一般民间用户,提供“粗码”服务,其单点定位精度为20—40米。此前,由于美国仅向我国提供“粗码”服务,无法满足诸如精密测量等民用需求。于是,我国组织建设了卫星导航增强系统,迫使美国开放中国区域的GPS精码服务,从而使GPS定位精度达到10米左右。目前,“北斗”定位精度已由此前的25米提高到北斗二号的10米。

  有源定位和短信功能是“北斗”的独特优势

  “北斗”拥有的其中一种定位方式有源定位方式,往往被人诟病;而其独有的短报文通信功能,也往往被人称为无用的“鸡肋”,事实是否如此?

  “实际上,这正是‘北斗’的优势所在,也体现了‘北斗’卓越的系统顶层设计和今后的扩展能力。”谭述森表示,GPS的无源定位方式只解决了“我在哪儿”的问题,而“北斗”的有源定位方式同时解决了“我在哪儿”和“你在哪儿”的问题,可以说“靠一个北斗用户机就可以走遍天下”。

  今年初,我国的一支地质勘探队,在携带GPS用户机进入无人区工作时失踪;而在南海捕鱼的几千条渔船,由于装备了北斗导航系统,没有一艘船因为海上风暴而迷航,这就是定位方式差异导致的结果。

  “为在城市高楼群或高山峡谷中的用户提供定位服务,‘北斗’也比GPS强一些。因为在头顶上的狭窄空域,前者比较容易同时找到两颗在轨卫星,而后者很难在头顶上同时找到4颗卫星。”谭述森说。

  中国卫星导航定位应用管理中心主任杨宝峰介绍:北斗区域系统的建成和开通运行,标志着中国卫星导航事业的跨越式发展,也标志着“北斗”的应用将进入规模化、社会化阶段。与GPS系统相比,“北斗”有着自身的特色和优势,服务上与GPS基本相当,在功能上,北斗系统的位置报告、指令传输功能是GPS所没有的。因此可以说,就国内应用而言,GPS能做到的,“北斗”都可以做,而且“北斗”所具有的特色优势,一定会比GPS应用得更好、更广。

  如今,美国研发的第三代GPS以及欧盟、印度等国正在研发建设的新系统,都在考虑增加有源定位方式。“别人学‘北斗’,并不令人奇怪;今后中国人不用‘北斗’,这才是令人奇怪的事。”南方测绘集团技术管理中心技术总监李耀忠感慨地说,虽然“北斗”在地面站设备、用户设备、卫星技术等方面与美国仍有差距,但在顶层设计和系统结构方面的优势,能在相当程度上弥补我国在基础工业方面的不足。

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