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

、/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(jī)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(hù)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(jī)）被蘇聯(lián)戰(zhàn)斗機(jī)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(jì)角度看GLONASS 都不怎么樂觀。俄羅斯政府第一副總理SergeyIvanov 日前承認(rèn)， GLONASS 系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可能還不能收回成本。 原因很多， 最主要的包括消費(fèi)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(jìn)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(jìn)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 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(fèi)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(fèi)市場上投入。缺失了民營企業(yè)這塊的努力， GLONASS 接收機(jī)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(jī)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(jìn)口，每個接收機(jī)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(fèi) 市場蓬勃發(fā)展，高明( Garmin )和麥哲倫( Magellan )是接收機(jī)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(jī)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)上的成功是與一個國家的工業(yè)能力、 綜合國力和經(jīng)濟(jì)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(jìn)， 但是政府機(jī)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?？v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(xiàng)目開始于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(xiàng)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(yùn)行在在 23222 公里高度的三個軌道平面， 全項(xiàng)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(xiàng)目已經(jīng)落后于計劃五年， 費(fèi)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(xiàng)目開始， 歐洲已經(jīng)有無數(shù)商家開始利用美國GPS 的免費(fèi)信號來提供導(dǎo)航和定位服務(wù)這些人可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(qiáng)調(diào)，他要把改進(jìn)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(fèi)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)進(jìn)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?yàn)楦采w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(jìn)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(jìn)。 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(yùn)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(jī)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(yùn)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(jī)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(jì)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(dú)特優(yōu)勢和不可替代的作用，在全社會引起了強(qiáng)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。中國空軍目前屬于攻防兼?zhèn)湫涂哲姡@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(shí)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(jìn)行有限反擊。 中國空軍的目前模式主要體現(xiàn)以下三點(diǎn)：（一）、攻防兼?zhèn)洹？哲姳捌浣Y(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(jìn)行大規(guī)模、高強(qiáng)度空襲的空中進(jìn)攻力量。攻防兵力已經(jīng)全面兼顧，突出進(jìn)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(jìn)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(jìn)行大規(guī)?？找u和對距離遠(yuǎn)的敵基地進(jìn)行小規(guī)模精確打擊。（三）、信火一體?？哲姳σ约敖Y(jié)構(gòu)體現(xiàn)在作戰(zhàn)能力上，既能進(jìn)行強(qiáng)大的火力打擊， 又能進(jìn)行以電子戰(zhàn)、 計算機(jī)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(diǎn)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(shí)。 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(dú)立發(fā)展起來全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)， 功能將強(qiáng)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(yùn)行良好后，再漸進(jìn)發(fā)展成全球系統(tǒng)。 這就為我們發(fā)展戰(zhàn)略空軍提供的充足的條件。 這是因?yàn)椋?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(jìn)行精確制導(dǎo)； 就可以為我們的戰(zhàn)機(jī)提供精確導(dǎo)航； 更進(jìn)一步的說就可以對潛在敵人實(shí)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(dú)立開發(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(yàn)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(jìn)。 北斗二代將提供兩層服務(wù)： 對中國民用的免費(fèi)服務(wù)， 和軍事用途的特許服務(wù)。民用免費(fèi)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(yùn)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(jì)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(xiàng) 論證工作，并列為國家科技發(fā)展重大專項(xiàng)。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)。