近日,北鬥三號基本系統正式向全球提供基本導航服務,中國北鬥距離全球組網的目標邁出了實質性的一步。回首來路,不論是先驅者「燈塔計劃」的未果而終、雙星定位系統概念的提出,還是北鬥一號系統從無到有,北鬥二號系統正式提供區域服務,再到北鬥三號以昂揚的姿態走向世界……穿越激蕩四十餘年,北鬥趟出了一條獨特的發展道路,在導航領域成就了一段波瀾壯闊的東方傳奇。
雙星定位是觀測兩個天體進行定位、定向的導航方法。北鬥衛星導航定位系統的定位構成主要有兩顆地球靜止軌道衛星、地面中心站、用戶終端,該導航定位系統的基本工作模式為雙星定位。那麼什麼是雙星定位呢?雙星定位就是以2顆在軌衛星的已知坐標為圓心,各以測定的衛星至用戶終端的距離為半徑,形成2個球面,用戶終端將位於這2個球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖,提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數學方法求解圓弧與地球表面的交點即可獲得用戶的位置。在定位時用戶終端向定位衛星發送定位信號,由信號到達定位衛星時間的差值計算用戶位置,又被稱為「有源定位」。這也使得我國北鬥衛星導航定位系統擁有了一個獨步全球的特色—短報文服務。
雙星導航定位可以用較低的費用、在較短的時間建成一個用於區域導航定位的系統。據估計,雙星定位可使定位精度達到10米以內。而且這種方法還能將導航、定位和通信三者結合起來,因而大大擴大了應用領域。利用雙星體制能進行區域導航定位,也能擴展到進行全球定位。我國研製部署的北鬥導航衛星就是在雙星定位理論的基礎上建立起來的,該定位系統由兩顆地球靜止衛星、一顆在軌備份衛星、中心控制系統、標校系統和各類用戶機等部分組成。北鬥衛星導航系統在地球赤道平面上設置2顆地球靜止衛星,赤道角距約60度,這是按照我科學家獨立原創雙衛星定位計算方法的要求布置的。
在北鬥工程誕生之前,我國曾在衛星導航領域苦苦摸索,在理論探索和研製實踐方面都開展了卓有成效的工作。立項於上世紀60年代末的「燈塔計劃」作為先驅者,雖然最終因技術方向轉型、財力有限等原因終止,卻如同黑夜中的一盞明燈,為我國積累了寶貴的工程經驗。接下來,北鬥是一步跨到全球組網還是分階段走?當時引發了爭議。最後,還是確定下來了「先區域、後全球」的思路,「三步走」的北鬥之路由此鋪開。因為當時用戶還集中在國內、周邊,因此『先區域、後全球』的技術途徑更符合中國國情。方案確定下來後,我國科學家經過刻苦的鑽研成功建立了具有中國特色的雙星定位數學理論的計算方法。努力奮鬥到今天,我國已經完成了北鬥衛星的設計理論和設備生產的全面國產自主化,未來我們將推開新時代的大門,保持中國北鬥初心不變,力爭2020年實現服務範圍覆蓋全球,到2035年建設成為一個「更加泛在、更加融合、更加智能」的綜合時空體系。