北斗全球组网进度领先“伽利略” 原子钟落后美国

当下,一提到卫星导航系统,人们就会不由地联想到美国的GPS,它几乎成为导航的代名词。GPS以其高精度的定位服务、精准的授时服务和发达的应用开发,大大拉近了太空与普通人的距离。 中国卫星导航系统管理办公

当下,一提到卫星导航系统,人们就会不由地联想到美国的GPS,它几乎成为导航的代名词。GPS以其高精度的定位服务、精准的授时服务和发达的应用开发,大大拉近了太空与普通人的距离。

中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其3日向媒体透露,目前中国正全面推进北斗卫星全球系统建设的技术攻关,明年将发射多颗试验卫星,对一些技术进行必要的在轨验证。明年年底之后,我国将推动全球系统的组网建设。未来的北斗系统性能将在现有基础上提高1到2倍。针对北斗系统的全球组网计划,一名中国专家4日向《环球时报》记者表示,目前北斗的区域组网只要14颗卫星,而全球组网需要35颗星,完成组网还需要过四道关。

在如今的全球卫星导航市场上,虽然仍是GPS一家独大,但考虑到国家安全和利益,俄罗斯在加速恢复、欧洲在积极部署自己的全球卫星导航系统——“格洛纳斯”和“伽利略”,我国的北斗卫星导航系统也是基于这一背景开始组网建设。

三步走的最后一步

从2000年开始组建的北斗卫星导航试验系统,到日前第八颗北斗导航卫星的成功入轨,我国北斗卫星导航系统的建设和组网情况进展如何?在导航应用过程中可以发挥怎样的作用?“北斗”距离GPS还有多远?如何推动北斗导航事业的发展?记者就此专访了北斗卫星导航系统总设计师孙家栋、中国卫星导航系统专项管理办公室主任冉承其和技术部副主任郭树人。

作为中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,北斗卫星导航系统按照三步走的战略发展。第一步从2000年到2003年,中国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统,成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步,建设北斗卫星导航系统,于2012年前形成中国及周边地区的覆盖能力。第三步,于2020年左右,北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。目前,北斗系统已经完成第二步,开始向第三个目标迈进。

星座格局——最终完成区域导航系统建设

今年第五届中国卫星导航学术年会期间,北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其曾透露,中国将于2015年前发射新一代北斗导航卫星,开展新技术和新体制试验验证,适时加入卫星网络,以加快推进北斗系统全球组网建设。冉承其说,围绕建设世界一流全球卫星导航系统的目标,北斗系统开展关键技术攻关,在设计具有自主知识产权的导航信号体制、研发高性能星载原子钟等方面取得新的进展,北斗卫星导航系统覆盖全球的第三步建设全面启动。

第八颗北斗导航卫星是今年北斗卫星导航系统组网的第一次发射,也是第六颗组网卫星,它的成功入轨,标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成,在我国自主卫星导航系统的发展历史上具有重要意义。至此,北斗卫星导航系统的建设和应用进入了新的发展阶段,对我国卫星导航事业发展影响深远。

一名不愿透露姓名的中国航天专家4日向《环球时报》记者介绍,目前北斗的区域组网只要14颗卫星就可以了,而全球组网需要35颗星,其中5颗是地球静止轨道卫星,30颗是中地球轨道和倾斜地球同步轨道卫星。3种轨道并存可以进一步提高卫星覆盖面,35颗卫星组成的星座可提升定位精度,而5颗处于地球静止轨道的卫星未来不仅可以导航、定位、授时,还能发送短报文。

北斗区域卫星导航系统建设在全球卫星导航史上具有特殊的意义。无论是美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”还是欧洲的“伽利略”,都是一步建成全球卫星导航系统。而“北斗”的特色就在于,它先解决了有无的问题,即建立了北斗卫星导航试验系统;第二步再建设一个与GPS、“格洛纳斯”和“伽利略”一样的导航体系,只不过这个体系的覆盖区域是中国及周边地区而不是全球;第三步再通过将近10年的时间,建设一个可以与当时世界上最先进的卫星导航系统功能相媲美的、全球覆盖的卫星导航系统。

全球布网难在哪?

冉承其介绍说,实际上前面几颗北斗导航卫星发射组网后,就已经可以使用了,只不过不能够提供连续、可靠、稳定的导航服务,而对于导航来讲,连续的服务是一个至关重要的考量因素。

这名专家认为,建设北斗全球系统主要需要突破四大方面的问题。首先,要进一步提升星载原子钟的授时精度,这是导航定位卫星最核心的器件,决定着卫星的定位精度。他表示,美国的原子钟现在是300万年误差一秒,在这方面中国还有不小的差距,想要构建全球定位系统还需加速提升这方面的能力。提高原子钟的精度不仅可以提高定位精度,还能应用在电力、银行、通讯等国民经济重要领域,所以有人说20世纪是原子核的时代,21世纪是原子钟的时代,在信息时代,80%的信息都和导航定位有关,而定位能力的高下又和原子钟精度直接挂钩。

此次北斗导航卫星的成功组网,使北斗区域卫星导航系统形成了“3+3”的基本系统,也就可以保证整个系统能够提供连续的导航服务;同时,用户系统和地面的应用终端也具备了基本的应用条件。综合以上两点,这一区域导航系统的基本系统将具备向我国大部分地区提供初始服务的条件。

第二要继续提升导航卫星的使用寿命,目前东方红3号卫星的设计寿命是8年,如果能延长到10年甚至15年,就不用总是发射补网卫星,经济效益也将大大提高。

从初步的测试数据来看,在第八颗北斗卫星导航系统组网之前,“北斗”的定位精度就已经可以达到20米以内,在我国境内的主要地区可以达到10米。而随着北斗区域卫星导航系统基本系统的建成,其定位精度还将进一步提高。所以,对于我国境内的人群而言,这一基本系统提供的导航服务已经可以满足日常基本生活的导航需要,使用性能与GPS相差不大。目前,包括我国大陆及临海,朝鲜、韩国、日本,以及东南亚、澳大利亚的一部分,都已经实现了北斗系统的基本覆盖。

第三要不断强化一箭多星的发射技术,这样既比较经济,还能提高布网效率。

“这就如同一辆车,现在车辆的最简配置已经有了,完全可以上路行驶,但要进一步追求车内的豪华配置或是满足更高要求的安全性和可靠性,就需要进一步发展。”冉承其用生动的比喻来形容这一基本系统所处的发展阶段和状态。

第四,要将北斗打造成国际化的定位系统,就要求具有很强的兼容性,比如可在同一终端上接收北斗、GPS和格洛纳斯的信号。这样既能提高定位精度、还增加了备份,不过这种模式对于技术兼容性提出了很高要求,这其中必然会涉及大量国际合作的问题。目前,中国与泰国、俄罗斯进行了不同程度的合作,未来要建全球系统,还将涉及在更多地区建地面站等问题。

今明两年,我国还将陆续发射8颗北斗导航卫星,在“3+3”的基础上形成“5+5+4”的星座格局,通过星座结构的加强和备份,提高整个系统的稳定性,并最终完成北斗区域卫星导航系统的建设。

这名专家强调,导航技术作为信息时代最关键的三大技术之一,和国家安全息息相关,而且还将带来巨大的经济效益。美国GPS系统的总投入大约是300亿美元,但粗略估算,每年和它相关的效益达600亿美元。有多名中国工程院院士称,北斗的建设、使用成本都比GPS便宜,到2020年或达4000亿元产值。

集纳优势——彰显世界导航系统首创实力

中国与欧盟争全球第三

目前,全球卫星导航系统的最高水平无疑就是GPS了。

正是因为看到导航系统的巨大潜力。近些年,很多国家都在研制发展本国的卫星导航系统。其中主要包括六大系统,印度、日本是在建区域系统。印度10月刚刚成功发射第三颗导航卫星,日本也在发展本国的天顶卫星导航系统。到目前为止,正在或者已经完成全球组网的只有四家。美国的GPS卫星导航系统是世界上第一种完成组网的全球卫星导航定位系统,俄罗斯的格洛纳斯系统紧随其后,虽然中间过程磕磕绊绊,去年一箭三星发射过程中还曾发生爆炸,损失惨重,但目前也基本具备全球导航能力。欧洲伽利略系统提出很早,但由于欧洲各国内部争论很大,目前组网进度反而不如中国北斗。

早在1994年,GPS的定位精度已经达到30米左右。在应用过程中,随着空间星座与地面系统的不断磨合,软件处理的能力和水平不断提高,其定位精度也在不断优化。目前,GPS靠空间系统本身提供的导航精度已经可以达到6米左右,如果在地面配以其他基础设施对其加强,则可以达到几十厘米甚至几厘米的定位精度。

当然,从进度上争取全球第三的同时,中国也在努力发挥技术水平上的后发优势。目前,北斗系统在部分地区的定位精度已小于10米,这一点优于俄罗斯的格洛纳斯系统。根据计划,实现第三步目标后,北斗导航系统的服务将由区域拓展到全球,设计性能优于格洛纳斯,与第三代GPS系统性能相当。

糖果派对官网,至少几十厘米的定位精度在GPS提供的商业服务中已经存在,只不过是收费服务。这种精度适用于测绘等专业用户的需求,而我们日常生活所需的导航服务只需达到5米、6米的精度就可以了。

北斗区域卫星导航系统建成以后,在亚太地区的导航精度将与GPS相当或略有差距,除非特别专业的导航要求和应用,一般用户在使用方面不会有明显的感觉。等到2020年左右北斗全球卫星导航系统建成之后,“北斗”所提供的定位精度在全球范围内将与GPS相抗衡,而在增强区域也就是亚太地区,“北斗”的精度甚至会超过GPS。

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