全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展

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1、、/4 — 前言 一、全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡介： 1 ．美國的 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 的全稱是 GlobalPositioningSystem 。美國的 GPS 系統(tǒng)利用至少 24 顆中 地球軌道衛(wèi)星來傳輸微波信號。一個 GPS接收機能根據(jù)這些微波信號來計算其 所處的位置、速度、方向、以及時間。 GPS系統(tǒng)由美國國防部開發(fā)，其官方名 字是 NAVSTARGPS 。 目前 GPS 的衛(wèi)星體系由美國空軍 50thSpaceWing 管理， 維護該系統(tǒng)的年度預(yù)算是七億五千萬美元，包括舊星替換和研發(fā)工作。 1983 年 高麗航空公司的 007 航班（波音 747 客機）被蘇聯(lián)

2、戰(zhàn)斗機擊落后，當(dāng)時的美國 總統(tǒng)里根簽署法令要求 GPS 系統(tǒng)開放民用。自那以后， GPS 已經(jīng)在世界范圍內(nèi) 廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、地圖、搜索、商務(wù)以及科學(xué)研究。 GPS 也在許多應(yīng)用中提供 精確時間，比如地震研究和電信網(wǎng)絡(luò)的同步。 2 ．俄羅斯的 GLONASS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 2008 年 2 月 14 日，俄羅斯激活了其 GLONASS 衛(wèi)星系統(tǒng)的最后幾顆。政 府宣布，目前新衛(wèi)星激活后， GLONASS 已經(jīng)能覆蓋全國 95% 面積和全球 83% 的面積。 本年底， 俄羅斯還要為此系統(tǒng)發(fā)射六顆衛(wèi)星。 不過無論從技術(shù)層面還是 經(jīng)濟角度看 GLONASS 都不怎么樂觀。 俄羅斯政府第

3、一副總理 SergeyIvanov 日前承認(rèn)， GLONASS 系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng) 濟效益可能還不能收回成本。 原因很多， 最主要的包括消費者手持設(shè)備太少， 信 號精確度遠(yuǎn)不如美國的GPS,匹配GLONASS精確度和細(xì)節(jié)的數(shù)字地圖還沒有 產(chǎn)品，在軌衛(wèi)星的壽命太短——衛(wèi)星更新頻率甚至令俄羅斯的火箭發(fā)射能力捉 襟見肘。 這幾條原因可謂是招招致命。 到 2008 年 2 月， 俄羅斯 GLONASS 系統(tǒng)的均 方差是水平 17.1 米和垂直 22.18 米的， 而同樣的參數(shù)在 GPS 民用系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到 了 2.76 米和 7.51 米。定位系統(tǒng)的精度取決于地面站對衛(wèi)星的定位——這方面 俄羅

4、斯就落后于美國和歐洲，而且可能需要十年之功才能追上。俄羅斯 GLONASS 系統(tǒng)衛(wèi)星的很多零部件受制于制造業(yè)能力， 本國無法生產(chǎn)， 只能依賴 進口。 美國在這方面的產(chǎn)品最好， 但是卻對這種產(chǎn)品有嚴(yán)格的出口限制； 而俄羅 斯內(nèi)部對美國產(chǎn)品也有很深的疑慮——天知道美國人會不會在產(chǎn)品中留下后門， 這種事美國人沒少干。 俄羅斯從第三國進口的零部件質(zhì)量卻往往達(dá)不到航天的要 求。 目前 GLONASS 衛(wèi)星的設(shè)計壽命只有三年。 雖然俄羅斯的東西都粗糙耐用， 目前衛(wèi)星也可以在三年基礎(chǔ)上使用到四年半，美國 GPS 衛(wèi)星的設(shè)計壽命卻是十 年，使用壽命達(dá)到了二十年！ GLONASS 需要同時 18

5、顆衛(wèi)星在軌，而俄羅斯目 前的衛(wèi)星生產(chǎn)能力是每年六顆——全力開工也很難保天上的東西齊全。 此外，俄羅斯政府也沒有為 GLONASS 走向消費市場創(chuàng)造有利的商業(yè)體系。 政府不公開 GLONASS 的數(shù)據(jù)格式， 因此民營企業(yè)都不愿， 也不能， 在 GLONASS 消費市場上投入。缺失了民營企業(yè)這塊的努力， GLONASS 接收機的電路設(shè)計、 小型化、 降低成本， GLONASS 數(shù)字地圖的開發(fā)等等都是空談， 不能指望那些笨 重而官僚的國有企業(yè)完成這個任務(wù)。直到今天，俄羅斯 GLONASS 接收機的產(chǎn) 量還停留在每月 1500 到 2000 的水平，顯示屏還要從韓國三星進口，每個接收

6、機的售價目前還在 600 到 700 美元的高位。反觀美國， GPS 的開放讓這個消費 市場蓬勃發(fā)展，高明( Garmin )和麥哲倫( Magellan )是接收機和地圖的領(lǐng)頭 羊，其他的中小廠商 Mio 、 TomTom 等等也不甘落后，接收機的售價也在 100 到 400 美元的價位，基于 GPS 的地圖服務(wù)和增值服務(wù)就數(shù)不勝數(shù)了。 到 2006 年底，俄羅斯的法律還規(guī)定公民精確知道自己的經(jīng)緯度(以及國家 其他地方的經(jīng)緯度) 是非法的。 前蘇聯(lián)時代的民用地圖都故意制造幾公里的坐標(biāo) 誤差以免戰(zhàn)時被敵人使用。這種后遺癥在俄羅斯年代也需要一些時間才能消除。 一個全球定位系統(tǒng)在商業(yè)上

7、的成功是與一個國家的工業(yè)能力、 綜合國力和經(jīng) 濟環(huán)境甚至社會制度息息相關(guān)的。 歐洲的伽利略在技術(shù)上可謂先進， 但是政府機 構(gòu)的官僚主義和官辦研究的拖沓作風(fēng)影響了發(fā)展； 俄羅斯則是積弊太多， 制造業(yè) 和技術(shù)又跟不上。縱觀全球，中國的北斗雖然歷史短，但是發(fā)展迅速，定位明確 (目前是中國和周邊國家的區(qū)域定位系統(tǒng)) 。 中國的制造業(yè)能力和系統(tǒng)設(shè)計能力 也在世界居于領(lǐng)先地位。只要政府對定位系統(tǒng)的政策得當(dāng)，未來對美國 GPS 構(gòu) 成挑戰(zhàn)的也許真的只有中國北斗，就像對美國能構(gòu)成挑戰(zhàn)的也只有中國一樣。 3 ．歐洲的伽利略( Galileo )衛(wèi)星定位系統(tǒng) 歐洲的伽利略( Galileo )項目

8、開始于 2002 年 3 月，由歐盟和歐洲航天局正式 批準(zhǔn)。最初的設(shè)想是一個類似美國 GPS( GlobalPositioningSystem )和俄羅 斯 GLONASS ( GlobalNavigationSatelliteSystem )的全球定位系統(tǒng)，但是比 以上兩個系統(tǒng)擁有更高的精度， 并且不受別國軍事用途的控制。 這個項目準(zhǔn)備在 2008 年前發(fā)射四顆測試衛(wèi)星，從 2006 年到 2010 年發(fā)射 26 顆 700 公斤的太 運行在在 23222 公里高度的三個軌道平面， 全項目耗資大概 40 億歐 元。 到今天這個計劃如何了呢？簡單的說， 該項目已經(jīng)落后于計劃五年，

9、費用已 經(jīng)超支了數(shù)十億歐元。 伽利略的支持者們聲稱其優(yōu)質(zhì)的信號能夠提供更高的定位精度，達(dá)到一米以內(nèi)， 比 GPS 高很多——本世紀(jì)初， GPS 的平均精度在五米以上。 但是早在 2004 年， GPS 的平均精度就達(dá)到了三到五米， 到 2012 年， 更有可能達(dá)到三米以內(nèi)。 另外 一個問題是信號控制。 美國給軍方使用 GPS 的最高精度， 但是一直控制民用 GPS 信號的精度。 但是 2000 年 5 月， 當(dāng)時的總統(tǒng)克林頓正式承諾美國不會選擇性的 降低信號精度。 到 2002 年伽利略項目開始， 歐洲已經(jīng)有無數(shù)商家開始利用美國 GPS 的免費信號來提供導(dǎo)航和定位服務(wù)——這些人可

10、對美國是否某天會限制信 號沒那么關(guān)心。 更壞的是，目前看來伽利略的商業(yè)前景也不樂觀。美國一直在穩(wěn)步提高 GPS 系 統(tǒng)，而俄羅斯總統(tǒng)普京一直在強調(diào)，他要把改進 GLONASS 作為國家戰(zhàn)略來考 慮。俄羅斯計劃為該系統(tǒng)再發(fā)射七顆衛(wèi)星，開始覆蓋鄰國，并在 2009 年覆蓋全 球。 中國也曾參與了伽利略計劃， 盡管美國一再作梗， 歐洲還是和中國開展了合 作。 咱們的目的一則是投資， 萬一有回報就賺了； 更重要的是交學(xué)費來發(fā)展自己 的全球定位系統(tǒng)。 中國也許對歐洲的官僚主義和慢節(jié)奏深有了解， 可能就沒指望 歐洲人能按計劃開發(fā)。 中國自己的北斗系統(tǒng)幾乎同時與伽利略開始起步， 如今已 經(jīng)

11、進入二期工程。 4 ．中國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng) 新華社報道中國的北斗系統(tǒng)用的是翻譯名稱 Compass ， 西方國家也就沿用。 當(dāng)然，就算叫漢語拼音 Beidou ，也是按字母排序排在第一位。北斗系統(tǒng)一期工 程只能叫做區(qū)域定位系統(tǒng)， 因為覆蓋范圍和低軌道衛(wèi)星都決定了北斗 -I 只能用于 中國及其周邊地區(qū)。不過中國正在進行的北斗 -II 是真正的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) —— 30 顆中地軌道衛(wèi)星和 5 顆地球同步衛(wèi)星足可以覆蓋全球。 北斗二代總共有35顆衛(wèi)星，其中5顆地球同步，30顆中地軌道，而GPS,僅 有 24 顆中地軌道衛(wèi)星（沒有地球同步衛(wèi)星），可以看出北斗二代有相當(dāng)程度的 改進

12、。 2009 年北斗星上天， 2010 年開始為中國和周邊中華文化圈提供基本服 務(wù)， 再過一年開放信號給全球， 那就真正標(biāo)志著我國 （ Beidou ） 成為繼美國 （ GPS） 、 俄羅斯（ GLONASS ）和歐洲（ Galileo ）之后自主研制建立完整衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的 國家。 二、發(fā)展北斗系統(tǒng)的戰(zhàn)略意義 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是國家重要信息基礎(chǔ)和戰(zhàn)略設(shè)施， 是體現(xiàn)國家綜合國力的 重要標(biāo)志。 經(jīng)過 8 年艱苦奮戰(zhàn)， 2003 年 12 月 15 日， 我國第一代北斗導(dǎo)航定位 系統(tǒng)——北斗一號建成并正式開通運行，中國成為繼美、俄之后，第三個擁有 自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家， 打破了國外

13、的封鎖與壟斷， 結(jié)束了長期單一依賴國外 系統(tǒng)的歷史。 2007 年，聯(lián)合國有關(guān)機構(gòu)正式確認(rèn)北斗為全球衛(wèi)星導(dǎo)航四大核心 系統(tǒng)之一。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)開通五年來，已成功應(yīng)用于水利水電、海洋漁業(yè)、交 通運輸、氣象測報、國土測繪、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等領(lǐng)域，牽引推動了電子、 通信、 機械制造、 地理信息等相關(guān)產(chǎn)業(yè)和信息服務(wù)業(yè)的發(fā)展， 產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟 效益和社會效益。 特別是在四川汶川抗震救災(zāi)中， 北斗導(dǎo)航全面亮相， 全力保障， 發(fā)揮了獨特優(yōu)勢和不可替代的作用，在全社會引起了強烈反響。 此外，北斗二代正式服役對我國防有非統(tǒng)尋常的意義，使我軍超遠(yuǎn)距離打擊 不再是夢想。 中國空軍目前屬

14、于攻防兼?zhèn)湫涂哲?，這種模式的空軍，在戰(zhàn)略上能在與國家 陸海疆域相對應(yīng)的全空疆實行信息化條件下的攻勢防御， 并能對敵起飛基地、 發(fā) 射平臺及其附近海域目標(biāo)進行有限反擊。 中國空軍的目前模式主要體現(xiàn)以下三點： （一）、攻防兼?zhèn)?。空軍兵力及其結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在攻防兵力比例上，既有能夠 穩(wěn)定全國空防的國土防空力量，又有進行大規(guī)模、高強度空襲的空中進攻力量。 攻防兵力已經(jīng)全面兼顧，突出進攻。 （二）、空天一體?？哲姳捌浣Y(jié)構(gòu)體現(xiàn)在作戰(zhàn)模式上，即能在天基平 臺支援下進行防空和戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)作戰(zhàn)， 又能在天基平臺支援下進行大規(guī)?？找u 和對距離遠(yuǎn)的敵基地進行小規(guī)模精確打擊。 （三）、信火一體。空軍兵

15、力以及結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在作戰(zhàn)能力上，既能進行強大 的火力打擊， 又能進行以電子戰(zhàn)、 計算機網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)為主要內(nèi)容的信息戰(zhàn)。 真正把信 息戰(zhàn)與火力戰(zhàn)融合起來。 中國空軍的特點目前看應(yīng)是天基平臺支援下的攻防兼?zhèn)湫涂哲姟?我們還應(yīng)該 把這一基礎(chǔ)繼續(xù)夯實。 接下來的問題就是發(fā)展與中國大國地位相襯的戰(zhàn)略空軍了。 如何發(fā)展呢？依托北斗二代就是我們的一個發(fā)展思路。 北斗二代是我國依靠自己力量獨立發(fā)展起來全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)， 功能將強過 美國的GPS。前一段時間，已經(jīng)有媒體宣傳今明兩年我國將發(fā)射 15顆北斗二代 衛(wèi)星，覆蓋中國的周邊，形成區(qū)域服務(wù)能力，待系統(tǒng)運行良好后，再漸進發(fā)展成 全球系統(tǒng)。 這就為我們發(fā)

16、展戰(zhàn)略空軍提供的充足的條件。 這是因為， 有了北斗二 代， 我們的戰(zhàn)略型的彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈就可以依托其進行精確制導(dǎo)； 就可以為 我們的戰(zhàn)機提供精確導(dǎo)航； 更進一步的說就可以對潛在敵人實施防區(qū)外的超遠(yuǎn)距 離的空中打擊。這些都是一個戰(zhàn)略空軍所必須具有的基本因素。 三、北斗發(fā)展過程： 北斗的全稱是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)( BeidouNavigationSystem )，或者北斗衛(wèi)星 導(dǎo)航定位系統(tǒng) ( BeidouSatelliteNavigationandPositioningSystem ) ， 新華社 的英文通告中也介紹稱 CompassNavigationSystem 。北斗是中國獨立

17、開發(fā)的 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 目前的北斗一代系統(tǒng)包括四顆衛(wèi)星屬于試驗系統(tǒng)， 只覆蓋中 國部分地區(qū)。正在開發(fā)中的北斗二代系統(tǒng)包括 35 顆衛(wèi)星，將是一個真正的全球 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 北斗的第一顆衛(wèi)星發(fā)射于 2000 年 10 月。 2003 年 9 月， 中國加入歐洲伽利 略計劃，預(yù)計投資 2.3 億歐元。但是中國并沒有停止北斗的開發(fā)，后續(xù)衛(wèi)星一直 在發(fā)射。 2006 年 11 月 2 日， 中國宣布 2008 年內(nèi)北斗將提供精度在 10 米以內(nèi) 的服務(wù)。到目前為止，北斗衛(wèi)星的發(fā)射情況如下: 發(fā)射日期 發(fā)射火箭 衛(wèi)星 軌道 備注 2000 年 10 月 31 日 長

18、征三號甲 北斗一 號A 地球同步軌道東經(jīng)140 度 已不再使用 2000 年 11 月 21 日 長征三號甲 北斗一 號B 地球同步軌道東經(jīng)80度 使用中 2003 年 5 月 25 日 長征三號甲 北斗一 號C 地球同步軌道東經(jīng) 110.5 度 使用中 2007年2月3 日 長征三號甲 北斗一 號D 地球同步軌道東經(jīng)86度 使用中 2007 年 4 月 14 日 長征三號甲 北斗二 號A 中地軌道21500公里 使用中 2009 年 4 月 15 日 長征三號丙 北斗二 號A 中地軌道21500公里 使用中

19、 北斗一代使用地球同步軌道衛(wèi)星（GPS, GLONASS和伽利略都使用中地軌 道衛(wèi)星）。這就意味著，北斗一代不需要那么多衛(wèi)星，但是同時也降低了覆蓋范 圍一一其服務(wù)范圍是東經(jīng) 70度到140度，北緯5度到55度的地區(qū)。北斗一代 工作流程大致如下： 1 .北斗一代終端發(fā)送信號。 2 .每顆地球同步衛(wèi)星都接受到信號。 3 .每顆衛(wèi)星把其接收到信號的準(zhǔn)確時間回傳給地面站。 4 .地面站計算北斗終端的經(jīng)度和維度， 并根據(jù)搜救地圖 ( reliefmap ) 確定高 度。 5 .地面站把北斗終端的三維位置發(fā)送給衛(wèi)星。 6 .衛(wèi)星把計算好的位置傳輸給終端。 此外，北斗一代終端也可以和地

20、面站直接聯(lián)系。 正在開發(fā)中的北斗二代系統(tǒng)是一個真正的全球系統(tǒng)。北斗二代包括 35 顆衛(wèi) 星，其中五顆是地球同步軌道，其余 30 顆是中地軌道衛(wèi)星，能真正覆蓋全球。 對比 GPS 僅有 24 顆中地軌道衛(wèi)星 (沒有地球同步衛(wèi)星) ， 可以看出北斗二代有 相當(dāng)程度的改進。 北斗二代將提供兩層服務(wù)： 對中國民用的免費服務(wù)， 和軍事用 途的特許服務(wù)。民用免費服務(wù)定位精度將達(dá)到 10 米，時鐘同步精度達(dá)到 50 納 秒，測速精度達(dá)到 0.2 米/ 秒。軍用特許服務(wù)將提供更高的精度，可用于通信， 并可以向用戶反饋全系統(tǒng)狀況。 2009 年將會有多顆衛(wèi)星發(fā)射升空， 2011 年完成系統(tǒng)組網(wǎng)， 基本具備運行能 力。北斗二代不僅完全兼容北斗一代功能，而且在用戶容量、定位精度、服務(wù)區(qū) 域、 動態(tài)性能和抗干擾能力等方面有較大提高， 能夠滿足未來信息化條件下國防 和經(jīng)濟社會建設(shè)對衛(wèi)星導(dǎo)航定位的需求。 同時， 北斗全球系統(tǒng)建設(shè)也已展開立項 論證工作，并列為國家科技發(fā)展重大專項。 人民網(wǎng) 2008 年底披露， 2009 年前后我國將再發(fā)射 12 顆北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星 上天， 2010 年北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)即可為我國及周邊地區(qū)提供基本服務(wù)，在此基 礎(chǔ)上預(yù)計到 2015 年逐步發(fā)展到為全球服務(wù)。