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北斗总设计师:已追上与GPS的20年差距

2016年6月12日,第二十三颗北斗导航卫星发射成功。如今,北斗导航系统的服务覆盖了全球1/3的陆地,使亚太地区40亿人口受益,其精度也与GPS相当。北斗导航卫星系统总设计师谢军在接受记者采访时表示,北斗卫星导航系统有无尽的潜力,随着北斗系统2020年具有全球服务能力,其在开发与应用中将发挥更大的效益。

“北斗是中国的北斗,更是世界的北斗。”在某种程度上,可以说北斗系统是中国在世界科技竞争中最具竞争力的代表。它同时也是“中国造”的品牌代言人。

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2020年服务全球

记者:北斗导航的原理是什么?

谢军:熟悉GPS的人都知道,卫星导航实际上是通过测量卫星和地面站之间的距离以及确定它们之间的时钟关系,来明确卫星的位置信息。在已知卫星的位置和时间信息之后,地面用户同时接收到四颗卫星的导航信号之后就可以解算出自己的位置,这就是卫星导航定位的原理。

记者:之前第八颗卫星发射成功后就可以导航定位,后来为何还要发射那么多卫星?

谢军:从导航卫星星座设计来讲,主要考虑四个因素:覆盖范围、可用性、完好性、连续性。第八颗北斗导航卫星入轨后,从原理上来讲,可实现全天24小时对区域范围提供连续、稳定的服务能力。但为了提高整个星座的稳定性,需要增加一些卫星,这样可使用户在同一时间内接收到更多的卫星信号,能够更方便地计算出来自己的位置。另外,增加卫星数量还能提高终端用户导航定位的精度。

记者:导航系统的定位精度取决于哪些因素?

谢军:定位精度是导航系统里最重要的一项指标。定位精度与导航卫星、地面运控、用户终端都有密切关系。从技术上来讲,这几部分都存在着测量误差和时钟误差,而且还有星历误差,大气层、电离层影响,这些都是影响定位精度的重要因素。如果这些误差修正得好,用户机的定位精度就高。当然,用户机的工作环境可能存在干扰,这也会影响定位精度。还有就是卫星星座的几何构型,构型好对提高定位精度也是很重要的。

记者:我们的北斗导航系统“三步走”战略如今进展如何?

谢军:北斗导航系统设计的整体思路是先区域、后全球。采取“三步走”的发展战略。第一步,建立北斗卫星双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;第二步,完成三种轨道十余颗卫星的发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以及短报文通信服务;第三步,建成由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的覆盖全球的北斗全球卫星导航系统,形成全球无源定位服务能力。

2012年,北斗卫星区域导航系统迎来从第十一颗到第十五颗5星密集发射期,其中,第十二、第十三颗卫星以及第十四、第十五颗卫星均为一箭双星发射。2012年10月25日,第十六颗北斗导航卫星成功发射,北斗卫星区域导航系统完成了所有卫星发射任务。至此,北斗卫星区域导航系统空间段由分布在不同轨道的14颗卫星组成星座,即5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中轨道卫星。中国全面完成区域导航系统建设,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

目前,前两步已实现,中国成为世界上第四个拥有自主卫星导航定位系统的国家。中国最新发射的两颗北斗导航卫星与此前的北斗卫星相比有了重大突破,部件国产化率提高到98%,其“心脏”“慧脑”“铁骨”等关键器部件全部为国产。到2020年,将完成35颗卫星发射组网,为全球用户提供服务。北斗导航精度与GPS相当记者:你之前也谈到,我们的北斗导航系统提供的既有有源定位,也有无源定位,这是我们的一个特色?

谢军:GPS现在所提供的服务叫无源定位。意思是,用户可以不用发射任何信号,就可以免费接收卫星的信号,实现对自己位置的定位。北斗系统提供的是两种服务,一种就是跟GPS相同的,在区域范围内可以让用户免费的直接接收卫星信号,实现定位。另一种是有源定位,用户可以把自己的位置报告给其他的网络或指挥控制中心,最终实现定位。有源定位在调度系统以及指挥系统上应用是非常广泛的,它能实现地面快速定位,相关应用产业的指挥调度将变得更加容易,打个比方,就跟公共汽车的调度室一样,你的位置我们能马上知道,过去你那里多长时间也算得到。这种有源定位是北斗的特色,从卫星导航发展的趋势上来讲,也是我们应该坚持的。

北斗导航系统的目标之一就是在2020年建成有源导航定位、短报文功能。这是目前GPS等没有的功能。短报文功能,是卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递,GPS只能单向传递。与第一代双星系统相比,北斗卫星导航系统开始呈现出更多特点和优势。

记者:我们的北斗导航系统卫星为何比GPS还多?

谢军:相比美国GPS系统拥有的24颗卫星,北斗卫星导航系统要多出11颗卫星。因为它由空间段、地面段和用户段三部分组成,空间段包括5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星。地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站,用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。我们的卫星比GPS多,是因为两个系统的星座设计不同。

北斗是中国的也是世界的

记者:北斗导航和美国的GPS相比还有多大距离?

谢军:卫星导航这个领域,美国确实是领先一步,它的GPS应该是在1994年就提供服务了,我国在1994年正式启动北斗导航系统建设时,差不多比GPS导航系统晚了20年。这对我们来说是一个巨大的压力,也是动力。我们2000年才驶入一个快车道。

2004年的时候,我们只有有源定位这一个通道,所以用户数量很受限制。相对于GPS不受限制的用户数量,跟他们是没法比的,可能连他们的万分之一都不到。2012年年底,我们基本上能覆盖亚太大部分地区,实现了在中国及周边地区提供这个有源和无源服务,我们现在还处在一个快速发展时期。如今,在中国或中国周边地区,我们跟GPS水平相当。

从应用的角度来讲,应该说还不如GPS,但从精度上来讲,已经和GPS相当。加上我们配套的地面增强系统,应该说现在精度是米级的,个别行业的一些企业已经做到了优于米级这样的水平。当然,用户愿意用北斗就用北斗,愿意用GPS就用GPS,我相信由于北斗的一些特色,最后北斗的用户一定是会越来越多的。北斗是中国的北斗,也是世界的北斗。

用北斗不担心老人走丟

北斗导航系统与老百姓的生活密切相关。目前市场热炒的“车联网”、“可穿戴设备”、“物联网”等概念都与北斗密不可分。以“可穿戴设备”为例,国内已有公司推出基于北斗卫星定位系统,与物联网、无线通信技术等相关的产品。终端为老人提供一键通话、一键紧急求助、语音提醒及血压、心电等医疗数据无线采集等应用。老人带上终端产品后,将连上智能服务平台,家人可随时了解老人的位置、身体状况,并可以进行防护圈设置和语音提醒等,与医护人员联系。

此外,北斗在自驾游、探险游等旅游领域也有作为。对于登山爱好者来说,发生事故后,北斗定位服务可以保障其随时获得救援。

记者:现在美国有GPS,俄罗斯也有自己的卫星导航系统,欧洲也有自己的一套系统。有必要搞这么多导航系统吗?

谢军:其实之前美国的专家也说过这个问题,他们说,世界上真的需要四大系统还是几大系统吗?每一个系统都需要20多颗卫星构成一个自己独立的网,那么四大系统将来肯定就是上百个导航卫星,有这种需求吗?但后来我们发现,实际上各国有自己的一些特殊的要求,但最终受益的还是用户,他就可以选北斗也可以选用GPS,非常便利,精度也会非常高。由于有了兼容的基础,用户的选择更多,提供的服务也更多。

记者:用我们自己的系统更加安全?

谢军:我们知道,任何一个系统设计,就包括现在网络都有后门,你用别人的系统后门钥匙在别人手里掌握,我自己的系统我自己应该说是非常放心的。在2010年之前,我们有一些关键的元器件还是要依赖于国外的进口,比如像一些计算机的处理芯片,还有一些存储器,大规模的集成电路。但之后,北斗卫星上的一些大的部件全部都是我们自己研发出来的,原子钟也好,大功率放大器也好,还有一些精密的测量部件,全部都是我们国家的企业自己研发出来的。

记者:与GPS相比,北斗系统有哪些优势?

谢军:首先是兼容互操作。这将会给用户带来很多好处,因为用户在同一时间内可以收到更多导航卫星的信息,解算自己的位置、速度、时间就更加方便,同时精度也更高。北斗系统做到与其他系统兼容后,你可以在北斗信号强的时候使用北斗,用GPS来帮助你修正,辅助提高导航服务精度。

早在几年前,不少企业已开始尝试制造能接收北斗、GPS和格洛纳斯系统的接收机了。全球四大卫星导航系统达成兼容互操作协议之后,系统间的兼容使用是完全没有问题的。

其次,北斗导航系统的目标之一就是在2020年建成有源导航定位,短报文功能。这是目前格洛纳斯、GPS等没有的功能。

记者:北斗导航系统的应用前景如何?

谢军:自2012年12月27日正式提供区域服务以来,北斗导航区域系统一直在连续、稳定、可靠运行,其服务覆盖了全球1/3的陆地,使亚太地区40亿人口受益,体现了中国的责任和地位。

北斗工程的实施带动了我国卫星导航、测量、电子、元器件等技术的发展。在我国的交通、通信、电力、测绘、防灾救灾等领域得到了广泛应用,带动了产业转型升级。具体到普通人的生活中,它可以为我国周边地区提供连续稳定可靠的导航以及定位等服务,我们有很多系统、很多用户,在交通运输领域、大地测绘以及农业、渔业应急救灾指挥调度方面具有独特的功能。

打个比方,老百姓每个人家里车都是标配车载导航仪,就是卫星导航系统的应用范例,同时现在有一些休闲旅游的指示的手表,还有一些指示器也是利用我们卫星导航系统实现的。将来我们还将建成服务全球的导航系统,可以说,北斗卫星导航系统有着坚强的实力和无尽的潜力。

 

华子总结:

导航定位不用多说,它的重要性可以说是衡量国家富强的一个技术性标准。

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没有大风大浪的经历,却有一颗永不想随波逐流的内心。 人生像游戏,玩错了其实可以重来,只要不轻易放弃,但游戏要认真玩才有意思 曾混迹电子论坛,现重回IT界,希望能给大家带来更接地气的产品。

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