世界的北斗 中國(guó)的精度

王哲

和世界其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，北斗只需要兩顆衛(wèi)星定位，而美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS都需要四顆衛(wèi)星才能組成定位。

“中國(guó)的北斗，世界的北斗。”這是6月16日中國(guó)官方首次發(fā)布的《中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)》白皮書(shū)中對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位。

走向全球

打造自主可控的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，既是國(guó)家安全的需要，更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。20世紀(jì)后期，為了不再受制于人，中國(guó)開(kāi)始探索自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，形成了“三步走”戰(zhàn)略——2000年年底，建成“北斗一號(hào)”，向中國(guó)提供服務(wù)； 2012年年底，建成“北斗二號(hào)”，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；計(jì)劃在2020年前后，建成北斗全球系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。

6月12日23時(shí)30分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了第23顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星屬地球靜止軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星入軌并完成在軌測(cè)試后，與其他在軌北斗衛(wèi)星共同提供服務(wù)。按照規(guī)劃，2020年我國(guó)將實(shí)現(xiàn)35顆北斗衛(wèi)星全球組網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)覆蓋全球。“十三五”期間將迎來(lái)“北斗”發(fā)射高峰，平均每年發(fā)射數(shù)量有望超過(guò)5顆。

“我們已順利完成‘三步走戰(zhàn)略的前兩步。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)對(duì)本刊記者說(shuō)，“北斗系統(tǒng)創(chuàng)造性提出‘先區(qū)域、后全球，先有源、后無(wú)源的建設(shè)思路，用較短時(shí)間形成了覆蓋亞太地區(qū)的服務(wù)能力，并為后續(xù)全球系統(tǒng)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這是符合中國(guó)國(guó)情的發(fā)展道路。”

目前北斗系統(tǒng)已能為30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供服務(wù)，正在運(yùn)行的“北斗二號(hào)”系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)為南北緯55度、東經(jīng)55度到180度，定位精度優(yōu)于10米。在低緯度地區(qū)定位精度優(yōu)于5米。“這個(gè)精度與美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)民用信號(hào)的性能相當(dāng)。”中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其表示。

本刊記者了解到，北斗系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶(hù)段三部分組成。空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星三種軌道衛(wèi)星組成混合導(dǎo)航星座。“混合星座是國(guó)際首創(chuàng)。”楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，北斗的高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯。地面段包括主控站、時(shí)間同步/注入站和監(jiān)測(cè)站等若干地面站。據(jù)冉承其介紹，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)已完成框架網(wǎng)建設(shè)，具備為中國(guó)境內(nèi)用戶(hù)提供米級(jí)、分米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)能力。用戶(hù)段包括北斗兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線(xiàn)等基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)等。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍介紹說(shuō)，和世界其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、位置報(bào)告和短報(bào)文通信服務(wù)五大功能。北斗只需要兩顆衛(wèi)星定位，而美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS都需要四顆衛(wèi)星才能組成定位。GPS采用“無(wú)源定位體制”，即用戶(hù)不發(fā)射任何信號(hào)可免費(fèi)獲得衛(wèi)星信號(hào)并實(shí)現(xiàn)定位。北斗系統(tǒng)除提供無(wú)源定位服務(wù)外，還可以實(shí)現(xiàn)有源測(cè)定技術(shù)。用戶(hù)可以隨時(shí)把位置信息報(bào)告給指揮中心，在特殊情況下實(shí)現(xiàn)定位服務(wù)。

冉承其介紹說(shuō)，中方正在積極推動(dòng)北斗系統(tǒng)的國(guó)際化發(fā)展：積極參與聯(lián)合國(guó)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)委員會(huì)等國(guó)際組織的活動(dòng)；與美、俄、歐等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)家開(kāi)展系統(tǒng)間合作，通過(guò)談判已完成首輪頻率協(xié)調(diào)；持續(xù)推動(dòng)北斗進(jìn)入國(guó)際海事、國(guó)際民航、全球移動(dòng)通信及通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等國(guó)際組織；積極推動(dòng)海外應(yīng)用，已與巴基斯坦、東盟、阿盟等國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展合作。在俄羅斯、巴基斯坦、泰國(guó)等重點(diǎn)服務(wù)區(qū)域，中方以合資公司、合作項(xiàng)目等方式謀求共贏，還設(shè)立聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域培訓(xùn)中心，為國(guó)外用戶(hù)培養(yǎng)衛(wèi)星導(dǎo)航人才。

進(jìn)入融合跨界時(shí)代

目前，我國(guó)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了北斗系統(tǒng)核心芯片、終端板卡、天線(xiàn)等的自主可控，并且具有國(guó)際先進(jìn)水平。“最便宜的芯片不到10塊錢(qián)，比國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品還要便宜。截至今年4月份，應(yīng)用北斗技術(shù)的終端超過(guò)了2400萬(wàn)臺(tái)，應(yīng)用北斗作為手機(jī)芯片的手機(jī)銷(xiāo)量已經(jīng)超過(guò)1800萬(wàn)部。僅今年一季度，中國(guó)境內(nèi)出貨的新款智能手機(jī)中，使用北斗芯片的已超過(guò)30%。”冉承其對(duì)本刊記者說(shuō)。

在某些應(yīng)用領(lǐng)域，依靠單一系統(tǒng)無(wú)法保證可用性，而實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）之間兼容互操作，將提高可用性及可靠性。“事實(shí)證明，北斗/GPS兼容型接收機(jī)在不明顯增加成本的情況下，能夠顯著提高設(shè)備性能。”北京合眾思?jí)褜?dǎo)航技術(shù)有限公司首席科學(xué)家沈軍對(duì)本刊記者說(shuō)，例如三星手機(jī)推出的Note3及后續(xù)產(chǎn)品都具備接收北斗信號(hào)的功能。

現(xiàn)階段，北斗與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等融合發(fā)展已經(jīng)逐漸成為趨勢(shì)，作為天地一體化信息系統(tǒng)的北斗系統(tǒng)將進(jìn)入融合跨界時(shí)代。楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，下一步將重點(diǎn)推動(dòng)北斗系統(tǒng)與藍(lán)牙、寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)等融合，實(shí)現(xiàn)“北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)+高精度位置服務(wù)網(wǎng)+寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”互聯(lián)互通，使北斗時(shí)空信息傳輸更快、位置更精、圖像更清、用法更巧。未來(lái)還將實(shí)現(xiàn)“北斗系統(tǒng)+高精度遙感數(shù)字地圖+導(dǎo)航網(wǎng)格碼+云計(jì)算平臺(tái)”融合發(fā)展。“讓孤立、靜止的北斗時(shí)空數(shù)據(jù)活起來(lái)、動(dòng)起來(lái)，提升北斗時(shí)空數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值。”楊長(zhǎng)風(fēng)說(shuō)，智能手機(jī)、平板電腦、車(chē)載終端、穿戴式設(shè)備等將是未來(lái)北斗應(yīng)用的最大市場(chǎng)。

另外，沈軍對(duì)本刊記者說(shuō)，我國(guó)北斗導(dǎo)航企業(yè)自主研發(fā)的全球星基高精度增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)“中國(guó)精度”將使北斗用戶(hù)在無(wú)需架設(shè)基站的情況下，在全球任一地點(diǎn)享受便捷的亞米級(jí)、分米級(jí)和厘米級(jí)三種不同精度層級(jí)的增強(qiáng)服務(wù)，使更多地基增強(qiáng)網(wǎng)信號(hào)無(wú)法覆蓋的區(qū)域，如海洋、沙漠、山區(qū)等也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度定位服務(wù)。到2020年，北斗可提供全球任意一處優(yōu)于5米的定位精度。冉承其舉例說(shuō)，如果用這個(gè)高精度應(yīng)用服務(wù)約車(chē)，最后100米、最后10米我們就不需要再打電話(huà)和司機(jī)溝通，車(chē)可以直接開(kāi)到你的旁邊。在這個(gè)精度之下，諸如泥石流變形監(jiān)測(cè)、道路橋梁的監(jiān)測(cè)、無(wú)人駕駛技術(shù)的應(yīng)用、駕駛員培訓(xùn)、駕考的培訓(xùn)等都不是問(wèn)題。