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中国北斗系统2020年向全球提供服务 美国该紧张了

2017-09-26 07:21 来源: 侨报网综合 编辑: 孟音 字号:【

侨报网综合讯】近日,第六届中国卫星导航与位置服务年会暨首届卫星应用国际博览会上,北斗卫星导航系统总设计师杨长风表示,中国北斗3号全球系统的建设目前已全面启动,今年底将发射4颗全球组网卫星,明年底前后将面向“一带一路”国家和地区提供基本服务,到2020年左右向全球提供服务。

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2020年前后中国将建成北斗全球系统(新华社)

据《经济日报》报道,北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具有独特的短报文通信功能。

北斗卫星导航系统副总设计师冉承其表示:“我们正在建设的北斗三号系统,它除了全球覆盖以外,在性能上、系统的可靠性上,还会有大的提高。从定位精度来讲,会在现有系统性能提高一到两倍。”

如杨长风所说“北斗是无所不能,无所不在。就怕你没想到,没有做不到,所以大胆去想,你想到了就有用了”。杨长风透露,北斗三号全球系统的建设已全面启动,计划今年年底发射四颗卫星。到2020年左右,北斗卫星导航系统计划向全球提供服务。

让人惊叹的是,北斗星载原子钟的精度通俗指标是十万年差一秒,而中国现在已经到了三百万年差一秒的精度。

国际上有一个高大上的俱乐部,它只有四个会员,却吸引了各国首脑的关注和众多顶级科学家工程师的研究,这个俱乐部就是GNSS(全球导航卫星系统),四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、中国北斗COMPASS。中国北斗是个新会员,同时也是发展势头最猛的会员。

中国为什么要耗时耗力地发展北斗卫星导航系统?其间是怎么与欧美日进行博弈的?中国的北斗卫星导航系统究竟发展得怎样?以下是来自雷锋网、瞭望智库刊登的相关学者的分析。

从GPS说起

1957年10月4日,苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星,开创了人类的空间世纪。

美国对此密切关注,有一位数学家和一位物理学家,发现了一个现象,那就是这颗卫星的频率出现了偏移,经研究发现是相对运动引起的多普勒频移效应。

 这两位科学家对此进行了实验研究,发现如果在地面上架设多部接收机,就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置,他们很高兴地把这个研究成果告诉了实验室主任,说他们已经实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪。

相对于低轨道和高轨道,中轨道是比较折衷的方案,覆盖全球只需要24-36颗卫星,由于轨道是运动的,即使地面的物体不动,但相对卫星的速度也很大,这就可以充分利用多普勒频移方法了。

 基于以上综合考虑,美国选择了24颗卫星的中轨道星座,1978年发射了第一颗,全系统在1995年投入运行,现有卫星30颗,分为军用和民用两种定位模式,其中民用方式向全球开放。

美国是不是活雷锋

GPS对人们生活品质的提升相当大,例如汽车和手机导航就非常重要,人们告别了在纸制地图上找路的历史。GPS对于探险航海就更重要了,关键时刻可以救命。这么好的东西,美国又投入了巨资,居然向全世界免费,难道美国政府是活雷锋?

其实即使GPS不免费那也收不上来钱,为啥这样说呢?因为GPS是单向通信体制,这跟广播电视塔类似。广播电视塔大家都知道,它只管发射信号,到底有1个收音机听还是1万个收音机听,广播电视塔是不知道的,GPS系统也是如此,30颗卫星只管不停地向地面发信号,具体是谁在接收并使用这些信号,它是根本不知情的,既然不知情,那还怎样收钱?

通过售卖高价解码芯片来收钱行不行?答案是不行,因为GPS采用的是只发不收的单向通信机制,这对加密传输来说是先天的障碍,即使搞了加密,没几天就会被破解了,尤其是民码还要求简单易用,接收设备要求成本低廉,这对加密来说就更加困难了。

如果GPS免费,则一定会在全球形成巨大的市场,依托这套系统会产生新的国际性产业,同时会形成一股强大的国家软实力,所以说GPS免费是符合美国国家利益的。

北斗一代的由来

为啥不像美国那样搞30颗卫星的系统呢?当时的国情是又没经验又没钱,刚起步可得悠着点,从小打小闹开始吧,上来就玩大的容易搞砸锅。一定会有网友问,在空间中三个坐标才能定位,两颗卫星不够用啊?双星定位方案中有个高度仪,用户需要自测高程,并将结果作为第三个坐标,这就好比是在地球中心装了一个虚拟的卫星,这就实现了三星定位。那为什么不干脆发射三颗卫星呢?原因很简单,高度仪很便宜,这个方案更省钱。

只有两颗星,当然不能像美国GPS那样搞中轨道的,轨道低了覆盖面就小,两颗中轨道卫星多数时间会在中国上空以外的地方飞行,那中国还咋用呢?因此只能搞高轨道的,而且还得是静止的,这样才能妥妥地停在中国大陆的上空。

静止高轨道是双星定位的必须选择,从技术上讲这毫无疑问是正确的,但却埋下了性能不强的隐患。

北斗一代被诟病

由于这两颗星的轨道很高,导致了地面被测物体与卫星的相对速度很低,于是多普勒效应就不明显,其定位精度自然远远比不过GPS。其实是通信功能比国际海事卫星差得多,定位功能比GPS卫星差得多。

 平心而论,北斗一代已经达到了设计指标,工程是非常成功的,毕竟就只有两颗星嘛,咋能跟几十颗的海事通信卫星和GPS卫星相比呢。

不妨做个假设,假如没有国际海事卫星和GPS卫星的话,那既能定位又能通信的北斗一代就是光芒四射的,但问题是北斗一代问世时,这两种卫星系统已经相当成熟了。

与伽利略计划的姻缘

北斗一代的使用体验比较差,后来中国聚焦欧洲的伽利略计划,这是欧洲国家联合搞的全球定位导航卫星系统计划,因为这个项目实在是太烧钱,欧洲单个国家谁都搞不起,但又不能不搞,虽然欧洲国家跟美国关系很好,但也不能把国家安全都系在美国政府身上。

由于欧洲又拉日本、印度入伙,北斗二代就自行计划在2020年前发射35颗卫星,形成全球性的定位导航系统,比GPS还多5颗。多出的这5颗是在赤道上空的静止高轨道卫星,主要是完成短信任务的,其它30颗跟美国GPS的30颗一样,都是中轨道的运动卫星。

亚太地区组网

虽然现在还没有把35颗卫星打全,但亚太地区的北斗二代定位导航网络已经建起来了,并已投入了使用。GPS和北斗的中轨道运动卫星都是30颗,它们各在太空上织就了一张网,GPS网眼最密处是在美国上空,北斗二代网眼最密处在中国上空,为本土提供服务是第一要务,这个道理当然很好理解。加拿大和墨西哥当然会选择GPS,而对于亚太国家来说,北斗却比GPS更有优势。 

泰国专家表示,有些GPS卫星的信号泰国收不到,而北斗所有的卫星信号都能接收到,当然要参加北斗的“天眼”计划,而且泰国现在已建成了首批CORS(连续运行卫星定位服务综合系统)。马来西亚紧随其后,将成为北斗“天眼”的下一个落户的国家。

那时候北斗还是一代系统,虽然因为性能指标比不过GPS和海事卫星而被骂,但北斗一代在地震时却发挥出了不受地面影响的优势,它的定位和短信能力充分发挥了作用,成为了救援指挥部队和前线救援人员最得力的通信助手,最大限度地保证了“72小时黄金抢救时间”的有效利用,彰显了北斗服务民生的技术优势。

在渔业的应用

北斗二代在亚太地区布网后,渔民有了一个新选择,那就是装北斗卫星船载终端,北斗的双向短信功能在渔船救险方面得到了完美应用,遇到险情后一键求救,终端会自动把附带着定位信息的求救短信通过卫星发给岸上的救援队,实现了GPS+海事卫星电话的功能,而且更加方便。

“两客一危”与地基增强系统

道路班线客运、旅行包车、危险货物运输车这样特种车辆的卫星监控,以前要求使用GPS,现在被明令要求必须使用北斗二代。

中国正在筹划搞北斗二代的地基增强系统,在路灯杆、信号塔架设北斗设备,形成北斗的地基增强系统,与天基的卫星相互配合,可达到米级以下的实时定位精度。

形变检测与自动驾考

北斗二代的用途非常非常多,据统计有200多项,例如有一项就是形变监测,专门对水坝、大桥、高速公路等巨大建设物的沉降和变形做测量。网友们一定会疑问,北斗与GPS的精度都是10米,怎么能搞如此细致的活呢?这源于差分算法技术。

很多偏远监测点是没有手机信号的,基于GPS的形变监测必须得人工采集,而使用北斗进行形变监测还有个好处就是数据可以直接通过北斗短信功能传回基地,给它安个太阳能板就齐活了,定位、差分解算、数据回传全部自动化。

在地面设施的配合下,北斗的实时定位精度已经远远高于GPS,这就给另一种业务提供了技术手段,那就是基于北斗二代系统的无考官驾考。

北斗二代的推广

在推广北斗二代方面采用免费或补助的方式。例如渔船安装北斗设备,政府并不禁止渔民继续使用GPS和海事卫星电话,而在给北斗设备提供大量补助,卫星短信也只是象征性地收费,明显北斗方案更划算,渔民当然会装北斗而弃用GPS和海事卫星电话。

 北斗二代有200多项应用,为了不断提供更好的北斗产品。当时中国已经有很多研究定位导航的高科技企业转向北斗二代研究,北斗二代的技术体制与GPS差不多,由GPS转向北斗并不难。并且研究北斗二代项目会享受高科技企业的免税政策和资金支持。

国际电信联盟

标准规范是电信业的第一要务,国际电信联盟就是负责制定国际电信规则和标准的国际组织,在信息化时代它的地位越来越重要。国际电信联盟正在制定5G的关键技术、频率范围和技术标准,这是一件影响到全球电信业发展的大事。除此之外,它还接收各国的卫星轨道和频率的申请,并进行备案和审批。中国专家赵厚麟当选国际电信联盟新一任秘书长,成为国际电信联盟150年历史上首位中国籍秘书长。

预计数千亿的新产业正在浮出水面,北斗的前景非常乐观。

(编辑:孟音)

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