揭秘北斗衛星導航系統

　　“認星先從北斗來(lái)，由北往西再展開(kāi)。”小時(shí)候，長(cháng)輩們總是教孩子們辨認北斗星，只要找到了北斗星，就找到回家的路。

　　如今，城市的燈光湮沒(méi)了星光，許多人開(kāi)始習慣于借助GPS系統來(lái)確定方向。由美國國防部開(kāi)發(fā)的GPS衛星導航系統在全球獨領(lǐng)風(fēng)騷，已經(jīng)滲透到了我們生活的各個(gè)方面。

　　雖然兒時(shí)的北斗星光已經(jīng)在記憶里越行越遠，但一顆新的“北斗星”卻在天空中成長(cháng)。2011年12月27日起，我國自主研發(fā)的北斗衛星導航系統開(kāi)始在我國及周邊部分地區試運行。

　　這顆“北斗星”不僅能夠幫助我們確定方向，還能準確告訴我們自己處在地球的哪個(gè)位置，幫助我們快捷到達目的地，告訴我們精準的時(shí)間，甚至還能在沒(méi)有信號的荒僻之地借助衛星發(fā)送短信。

　　這些還只是這顆“北斗星”基本功能，可以期待，隨著(zhù)下游的應用產(chǎn)品不斷研發(fā)，借助這顆“北斗星”，我們的生活將更加方便快捷、多姿多彩。

　　1、出身世家 定位精度可媲美GPS

　　或許你已經(jīng)習慣于通過(guò)街旁網(wǎng)、人人網(wǎng)、大眾點(diǎn)評網(wǎng)等社交生活網(wǎng)站進(jìn)行簽到，搜尋附近的餐廳、銀行、酒店，評價(jià)品嘗到的美食……

　　這些已經(jīng)滲透到我們日常生活的LBS(Location Based Service)服務(wù)離不開(kāi)衛星導航系統的定位、通信功能。

　　說(shuō)起導航系統，人們熟悉的是美國GPS全球定位導航系統，GPS目前在中國擁有龐大的用戶(hù)群，而北斗是直接沖著(zhù)GPS來(lái)的。

　　2011年底，北斗導航系統開(kāi)始試運行，我國民用市場(chǎng)擁有了自己的導航系統，這也意味著(zhù)我國正式成為繼美國和俄羅斯之后第三個(gè)具有成熟的衛星導航系統的國家。

　　這顆“北斗星”其實(shí)是由10顆北斗導航衛星組成，在2007年到2011年底陸續發(fā)射完畢。

　　目前，北斗系統試運行服務(wù)大體范圍在東至日本、西至印度東部、南到澳大利亞、北至蒙古國的區域內。按計劃，到2020年，將建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組網(wǎng)而成的全球衛星導航系統，屆時(shí)北斗定位導航將覆蓋全球。

　　據北斗衛星導航系統總工程師孫家棟透露，隨著(zhù)北斗系統的發(fā)展，其用戶(hù)范圍將拓展到國家的電力、金融、通信等各個(gè)領(lǐng)域，與普通百姓的生活密切相關(guān)。

　　“北斗志在將中國用戶(hù)從GPS手中搶回來(lái)”，北斗衛星導航系統工程副總設計師李祖洪認為，到了2020年肯定每個(gè)人的生活離不開(kāi)北斗。

　　中國社科院國際問(wèn)題專(zhuān)家葉海林對此表示，中國這么龐大的經(jīng)濟圈，擁有了自己的全球定位系統后，就有可能將這一市場(chǎng)奪回來(lái)。“但這有一個(gè)前提，就是我們要提供同樣水平的服務(wù)。”

　　其實(shí)這一點(diǎn)在技術(shù)上并不困難。作為我國自主研發(fā)的衛星導航系統，北斗的全球導航精度比起導航界的巨頭GPS已經(jīng)不相上下。而在增強區域也就是亞太地區，北斗的精度甚至會(huì )超過(guò)GPS。

　　在試運行階段，北斗導航的位置精度為平面25米，高程30米，測速精度為每秒0.4米，授時(shí)精度為50納秒。到今年年底，導航精度能達到10米左右，到完全建成時(shí)，定位精度能達到厘米。

　　盡管建設北斗導航系統要發(fā)射多顆衛星，需要投入大量的財力、人力、物力，在北斗試運行的新聞發(fā)布會(huì )上，中國仍宣布，北斗將面向全球提供免費服務(wù)，而且用戶(hù)數量上和GPS一樣沒(méi)有限制。

　　既然GPS目前已經(jīng)滿(mǎn)足了大多數民間用戶(hù)的需求，而且一直以來(lái)都是免費提供，為什么還要投入那么多經(jīng)費開(kāi)發(fā)“北斗”系統?

　　北京環(huán)球信息應用開(kāi)發(fā)中心韓春好教授用了“天下并沒(méi)有免費的午餐”這一句諺語(yǔ)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。“盡管我們使用的GPS可以免費接收它的信號，但并沒(méi)有人能保證你的使用將永遠不收費。”

　　2、獨門(mén)絕技 信號盲區能發(fā)送短信

　　盡管在導航市場(chǎng)地位上一時(shí)還無(wú)法超越GPS，但北斗也有自己取勝的獨門(mén)絕技——“短報文”功能正是一大亮點(diǎn)。

　　“短信服務(wù)是北斗衛星導航系統的特色，也是我們的優(yōu)勢。”中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其表示。

　　“短報文”與目前的手機短信功能相類(lèi)似，用戶(hù)可以通過(guò)終端發(fā)送一條長(cháng)度為120個(gè)字的信息，向外界告知位置。

　　這在手機信號穩定的城市鄉鎮可能意義不大，但對經(jīng)常出沒(méi)于沙漠深山荒僻之地的“驢友”們來(lái)說(shuō)，可謂大福音。

　　2011年9月30日，一個(gè)14人戶(hù)外登山團隊違規進(jìn)入四川四姑娘山景區海子溝，連續12天都無(wú)法和外界取得聯(lián)系，當地組織數批搜救隊進(jìn)山搜尋，但始終無(wú)功而返。直到“失蹤”14天之后，這批驢友才走出信號盲區。

　　有了北斗的用戶(hù)終端后，這樣的麻煩就能輕易化解了。據了解，目前，有10萬(wàn)臺利用“北斗一號”研發(fā)的類(lèi)似“大哥大”的用戶(hù)端投入市場(chǎng)。這種用戶(hù)端雖然看起來(lái)很像磚頭，但功能不容小覷。

　　“驢友”們在沒(méi)有信號的偏遠山區迷路、大海航行迷失，都可以利用這個(gè)“大哥大”將自己的位置發(fā)送給北斗衛星，這樣，搜救隊就可輕而易舉將用戶(hù)定位。

　　當然，北斗并不只為“驢友”們量身定做。

　　若在大海中航行捕魚(yú)的漁民迷失了方向，在沒(méi)有手機信號的情況下，可以通過(guò)北斗系統發(fā)送消息，總部就能很容易找到失蹤船只。

　　若消防隊員深入森林救火，進(jìn)入信息盲區，沒(méi)有手機信號，與外界失去了聯(lián)系，怎么辦?通過(guò)終端給“北斗”發(fā)送信息，搜救部隊就能輕易得知被困者所在位置。

　　在汶川地震搜救時(shí)，北斗就曾經(jīng)大展身手。

　　在川西北通信信號遮蔽干擾嚴重的復雜環(huán)境中，美國的GPS只能顯示終端位置信息而無(wú)通信功能，而衛星移動(dòng)電話(huà)雖可實(shí)現語(yǔ)音通信，但不具備定位導航功能。

　　北斗衛星導航系統同時(shí)具備空間定位、時(shí)間基準授時(shí)和短報文通信功能，解決了搶險救災應急指揮中的定位與通信難題。

　　據統計，在救援期間，搜救部隊用北斗發(fā)了74萬(wàn)條短信，為地震救援搭建了一個(gè)既能顯示位置信息又能保持調度信息傳遞順暢的指揮平臺。

　　冉承其介紹，在2008年南方冰凍災害、2010年玉樹(shù)抗震救災、舟曲泥石流救災中，北斗衛星導航系統同樣大顯身手。

　　3、功底深厚 “十八般武藝”樣樣精通

　　除了獨特的短信功能能夠在救援方面大顯身手外，北斗還有諸多功能，給科學(xué)研究、社會(huì )管理和日常生活提供了便利。

　　北京北斗星通導航技術(shù)股份有限公司是國內最早從事衛星導航定位業(yè)務(wù)的專(zhuān)業(yè)化公司之一，占據了北斗民用60%以上的市場(chǎng)份額。

　　該公司相關(guān)負責人在接受南方日報記者采訪(fǎng)時(shí)透露，北斗目前最大的民用領(lǐng)域是海洋漁業(yè)，應用終端在海洋漁業(yè)領(lǐng)域已形成規模，入網(wǎng)用戶(hù)已過(guò)萬(wàn)戶(hù)。

　　他介紹，北斗能夠有效幫助對漁船實(shí)施動(dòng)態(tài)監控、應急救援和防臺救災。北斗在海洋漁業(yè)的應用還包括為漁船發(fā)布天氣預報和預警，提供漁業(yè)信息等。

　　北斗系統用戶(hù)端之一是高精度測量接收機，這個(gè)接收機非常敏感，它能感受到厘米級以下的變形，一輛重型卡車(chē)從大橋上駛過(guò)，橋梁變形多少?這微小的變形，通過(guò)肉眼肯定無(wú)法判斷。而高精度測量接收機則可以精確地告訴你。

　　通過(guò)在車(chē)輛上安裝衛星導航接收機和數據發(fā)射機，車(chē)輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動(dòng)轉發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理，有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。

　　在交通運輸部正開(kāi)展的重點(diǎn)運輸車(chē)輛監控管理、服務(wù)示范工程中，北斗系統可以重點(diǎn)解決“兩客一危”，即客運班車(chē)、旅游包車(chē)和長(cháng)途危險品運輸車(chē)在運輸過(guò)程中的監管和服務(wù)問(wèn)題，大大提高出行安全水平。

　　北斗星通公司的上述負責人還介紹，氣象領(lǐng)域是最早應用我國北斗系統的重要應用領(lǐng)域之一。中國氣象局也正在組織開(kāi)展基于北斗系統的大氣、海洋和空間監測運行應用，還參與了奧運氣象保障，取得了很好的效果。

　　北斗還能管“公車(chē)私用”。2011年9月，廣州市1萬(wàn)輛公車(chē)安裝上了“北斗車(chē)載電子監控系統”。廣州市公車(chē)使用管理信息系統采用我國自行研發(fā)的北斗衛星定位系統，這是我國北斗衛星民用化的第一個(gè)大型項目。

　　凡是裝了“北斗”系統的公車(chē)，在節假日的時(shí)候都是放在單位里面的。比如在周六、周日，有人要開(kāi)公務(wù)車(chē)，車(chē)內系統會(huì )提醒“今天是休息日，如果要使用的話(huà)要辦理手續”。而且車(chē)啟動(dòng)之后，監督系統就會(huì )自動(dòng)生成信息發(fā)給監督系統的管理員。

　　授時(shí)，即向地球報告最精確的時(shí)間，是衛星導航系統所能提供的主要功能之一。一旦GPS授時(shí)出現問(wèn)題，我國的手機網(wǎng)絡(luò )、廣播電視網(wǎng)、電網(wǎng)都將受到極大的影響。打破了GPS壟斷，通過(guò)自主設備授時(shí)具有國家安全層面的重大意義。

　　目前，一些企業(yè)研發(fā)的授時(shí)機可以達到幾十納秒的精度，這樣在手表里安裝相關(guān)的芯片即可實(shí)現通過(guò)北斗來(lái)授時(shí)。“北斗手表”的時(shí)間精度在千萬(wàn)分之一秒，且永遠不需要校時(shí)。

　　4、開(kāi)放接口 北斗終端將與GPS兼容

　　在宣布北斗系統開(kāi)始試運行時(shí)，我國也同時(shí)發(fā)布了北斗衛星導航系統的空間信號接口控制文件(ICD文件)。

　　冉承其解釋?zhuān)@個(gè)文件主要是用來(lái)約束、規范和定義北斗衛星與地面接收終端之間的信號接口或特征，其中還包含北斗導航衛星發(fā)射信號的方式、頻率等相關(guān)參數，有了這些數據，開(kāi)發(fā)北斗終端時(shí)才有據可依。

　　這就相當于政府提供了一個(gè)操作系統，而下游的企業(yè)就可以根據這個(gè)操作系統，來(lái)開(kāi)發(fā)出各種各樣不同功能的應用軟件，投放到市場(chǎng)上使用。

　　隨著(zhù)試運行和ICD文件的開(kāi)放，原有GPS產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節企業(yè)的介入，一場(chǎng)激烈的競爭將在下游研發(fā)和應用領(lǐng)域展開(kāi)，未來(lái)大規模的應用也即將到來(lái)。

　　北斗星通公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部的相關(guān)負責人對記者透露，目前主要客戶(hù)來(lái)自海洋漁業(yè)、水文水利、陸海運輸、安全生產(chǎn)、地質(zhì)災害監測等行業(yè)，公司提供產(chǎn)品，給用戶(hù)建立系統應用的平臺，實(shí)現長(cháng)期的運營(yíng)服務(wù)。

　　在市民中使用最廣泛的終端當屬導航設備。業(yè)內人士估計，與GPS兼容的導航設備將會(huì )在2012年研發(fā)成功，2013年逐步上市，會(huì )先在特殊行業(yè)進(jìn)行裝備，隨后會(huì )在汽車(chē)導航等主要民用領(lǐng)域鋪開(kāi)。周邊國家的推廣應用也會(huì )在2013年以后逐步展開(kāi)。

　　對于已經(jīng)使用GPS終端作為導航系統的用戶(hù)，如果改用北斗系統，是不是還要另外購買(mǎi)北斗導航終端呢?專(zhuān)家稱(chēng)，不用擔心，北斗導航系統的兼容開(kāi)發(fā)模式，已經(jīng)替你免去了這部分支出。

　　冉承其表示，“我們在提供試運行服務(wù)時(shí)，國內相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手從事北斗應用終端的研發(fā)以及北斗和GPS兼容終端的研發(fā)，也就意味著(zhù)使用GPS終端的用戶(hù)可以單獨使用北斗，也可以使用北斗和GPS兼容使用的終端。”

　　中國全球定位系統技術(shù)應用協(xié)會(huì )咨詢(xún)中心主任曹沖則告訴記者，北斗導航不會(huì )取代GPS，而是與之互補。兼容北斗和GPS的終端，類(lèi)似于“一機雙卡”的手機，可在一臺導航儀上自動(dòng)切換，從而提高定位精度。

　　正在初步構建的物聯(lián)網(wǎng)，也離不開(kāi)北斗的幫忙。北斗星通股份有限公司相關(guān)負責人崔紅濤表示，北斗具備的定位和通信功能是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節。

　　雖然北斗有欲迎頭趕上的趨勢，但北斗衛星導航系統工程副總設計師譚述森仍冷靜地表示，與美國GPS衛星導航系統相比，北斗在未來(lái)的設計應用上還存在很多難點(diǎn)。

　　GPS在問(wèn)世的近30年里積累了大量的空間實(shí)驗數據，而其中最重要的太陽(yáng)光壓變化對于衛星所產(chǎn)生影響的數據，已經(jīng)建立起數據模型。“而中國的北斗系統還處于起步階段，還需要在摸索中前進(jìn)。”譚述森表示。