科學家詳解中國北鬥導航系統面臨三大挑戰(圖)

「北鬥」衛星導航系統發展階段示意圖

「北鬥」衛星導航系統工作原理示意圖

編者按　

　　北鬥衛星導航系統是我國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統之一。該系統將應用於測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產生巨大的經濟和社會效益。近日，由中國科協組織的「科學家與媒體面對面」系列活動啟動，今年的第一期就將內容聚焦於「北鬥衛星導航系統」。今天，我們邀請了幾位專家做客《科技天地》，為讀者朋友揭開「中國北鬥」的神秘面紗。

　　■嘉賓

　　劉經南 中國工程院院士、中國衛星導航學術年會科學委員會執行主席

　　楊元喜 中國科學院院士、中國衛星導航學術年會科學委員會執行主席

　　李祖洪 中國衛星導航學術年會科學委員會副主席、北鬥衛星導航系統工程副總設計師

　　譚述森 中國衛星導航學術年會科學委員會副主席、北鬥衛星導航系統工程副總設計師

　　■主持人

　　本報記者 胡其峰

　　■背景資料

全球四大衛星導航系統

　　現今全球四大核心衛星導航系統分別是美國的GPS系統、歐洲的GALILEO（伽利略）系統、俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）系統以及中國的北鬥（COMPASS）導航系統。

　　● 美國GPS系統

　　目前世界使用最多的全球衛星導航定位系統是美國的GPS系統。它是世界上第一個成熟、可供全民使用的全球衛星定位導航系統。該系統由28顆中高軌道衛星組成，其中4顆為備用星，均勻分布在距離地面約20000千米的6個傾斜軌道上。

　　● 歐洲GALILEO系統

　　GALILEO系統是歐空局與歐盟在1999年合作啟動的，該系統民用信號精度最高可達1m。

　　計劃中的GALILEO系統由30顆衛星組成。2005年12月28日，首顆實驗衛星Glove-A發射成功，第2顆實驗衛星Glove-B在2007年4月27日由俄羅斯聯盟號運載火箭於哈薩克斯坦的拜科努爾基地發射升空。另外，還有4顆在軌驗證（IOV）衛星正在生產之中，將於近期發射入軌。

　　● 俄羅斯GLONASS系統

　　GLONASS是前蘇聯國防部與20世紀80年代初開始建設的全球衛星導航系統，從某種意義上來說是冷戰的產物。該系統耗資30多億美元，於1995年投入使用，現在由俄羅斯聯邦航天局管理。GLONASS是繼GPS之後第2個軍民兩用的全球衛星導航系統。

　　● 中國北鬥（COMPASS）系統

　　中國衛星定位產業的發展速度有目共睹，在此背景下，基於經濟利益和國家安全的考慮，中國開始建設自己的北鬥全球衛星定位導航系統。

　　該系統的空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，提供開放服務和授權服務兩種模式。根據系統建設總體規劃，2012年左右系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北鬥衛星導航系統。

　　■「中國北鬥」

全球四大衛星導航系統之一

　　主持人：我國北鬥衛星導航系統目前建設的情況怎樣？覆蓋全球的北鬥衛星導航系統預計什麼時候建成？它能提供哪些服務？

　　譚述森：自2000年以來，中國成功發射了3顆北鬥導航試驗衛星，組成北鬥衛星導航試驗系統。在建的北鬥衛星導航系統的空間段由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成；地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站；用戶段包括北鬥用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。

　　截至2010年12月18日，我國已成功發射7顆北鬥導航衛星。預計在2012年左右，形成由5顆靜止軌道（GEO）衛星、4顆中高軌道（MEO）衛星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星組成的星座，實現亞洲地區無盲點定位導航。覆蓋全球的北鬥衛星導航系統，預計在2020年左右建成。

　　北鬥衛星導航系統提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。開放服務包括在服務區內免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10米，授時精度為20納秒，測速精度為0.2米/秒。授權服務可以向授權用戶提供更安全、精度更高的定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。

　　■應用領域

「僅受人類想像力的制約」

　　主持人：北鬥衛星導航的區域系統和全球系統建成後，能否具備和GPS完全一樣的功能？為什麼說將來全球衛星導航定位技術的應用領域「僅受人類想像力的制約」？

　　劉經南：北鬥導航的試驗系統目前已經普遍應用。例如，北鬥的授時功能已經在科學、金融和電力及通信中得到應用；北鬥的定位和通信功能在漁業、森林防火、水域及海洋信息監測、大氣環境監測等方面取得了廣泛的應用，在汶川、舟曲的救災過程中也發揮了很大作用。

　　當區域系統和全球系統建成以後，北鬥的威力將成倍增加，將具備和GPS完全一樣的功能。北鬥能作為GNSS（由GPS、GLONASS、GALILEO以及北鬥共同組成的全球衛星導航系統）一員參加全球板塊運動監測，這是發現和預測地震的一個最重要的手段；在工程技術上，比如在航天方面將為各類遙感衛星提供精密軌道位置等，也可以對一些橋梁、大壩等工程的微小變形進行監測；在民航航路管理和導航、飛機著陸等方面起到關鍵作用，特別在陸地交通，如智能交通、路況信息管理、道路堵塞治理、車輛監控和車輛自主導航方面有著廣泛的應用前景；在城市管理、搜救、安全管理方面，也有很廣泛的應用；另外，在日常生活中，個人位置服務、兒童監護等方面也有很多應用。

　　全球衛星導航定位技術的應用領域，上至航空航天，下至工業、漁業、農業生產和日常生活，已經無所不在了，可以說是「僅受人類想像力的制約」，衛星導航定位的發展集成了現代最前沿的科學技術發展成果，反過來也極大地推動了其他科學技術和各行各業的發展，現在已產生了「導航學」這一新興的交叉學科，並成為世界上最熱門的學科之一。

　　■未來發展

面臨三大挑戰

　　主持人：目前全球其他導航系統進展到什麼程度？「中國北鬥」面臨著哪些挑戰？

　　李祖洪：美國GPS正經歷現代化，即GPS-III，預計2025年完成；俄羅斯GLONASS正經歷復興計劃，預計2020年完成；歐洲GALILEO正在部署驗證系統，預計2018年完成。中國的北鬥，2012年要覆蓋我國及周邊地區區域的導航服務，2020年要完成全球的部署。

　　我國北鬥衛星導航系統走向世界將面臨著國外GPS、GLONASS和GALILEO的激烈競爭，面臨諸多挑戰。

　　第一個挑戰是部署進度的比拼。四大全球系統部署的時間進度是個重大考驗，捷足先登是成功的第一步。GPS在這方面遙遙領先，GLONASS正在恢復建設中，GALILEO遭遇資金困境，北鬥系統若要搶佔市場，在系統部署方面面臨挑戰。

　　第二個挑戰是衛星性能的競爭。導航衛星設計和研製水平決定著系統的性能，目前北鬥衛星設計已經達到國外導航衛星水平，在未來發展中要不斷自主創新，爭取在國際導航衛星研製領域處於領先地位。

　　第三個挑戰是系統發展的博弈。面向未來，衛星導航系統需要持續的發展建設，以滿足用戶更高的使用要求；需要國家持續的經費投入、人才培養、產業推廣，以確保我國北鬥衛星導航系統在未來發展與國際競爭中佔據優勢地位。

　　未來，中國北鬥衛星導航系統將以具備世界先進水平的性能，進入國際全球衛星導航系統的大家庭。