北斗卫星导航定位系统浅谈

 

 

十几天前北斗卫星导航定位系统的第十六颗星在西昌发射成功，这意味着北斗卫星导航定位系统在亚太地区进入了实用阶段。

 

众所周知的是目前在轨运行的已经有了三套卫星导航定位系统了。其中最为完善和成熟的是美国的GPS系统，这一系统已经深深地渗入了我们的日常生活当中，可以说几乎到了如果没有了GPS系统，这个世界有可能是一片混乱。

 

GPS系统做为全球卫星导航定位系统的第一家，其最初的建设出发点应该是用来服务于美国的星球大战计划的，目前其管理者还是美国空军。可能有些朋友还不知道，GPS所发出的导航定位信号分为两种，一种通称为C码，也就是民用码；另一种通称为P码，也就是所谓的军用码。民用的信号，全世界任何国家都可以应用，包括伊朗这样的所谓美国的敌对国。军用信号则不然了，只有美国和他们的所谓最牢靠的盟国的特殊单位才能使用。这两种导航码的最大区别就是定位精度和初次定位时间，P码的单次定位精度大约是在米一级，初次定位时间心秒计算；C码的单次定位精度应该是在10米的量级，初次定位时间以10秒甚至分钟来计算。

 

据说美军的远程精确打击武器对GPS的依赖度已经达到了67%以上，其不停的飞行于世界各地进行空中侦察的无人驾驶飞机，基本上完全依赖于GPS的导航。

 

正是因为卫星导航定位系统的军用目的为先的原因，所以有了一定的科技条件和国家力量时，像俄罗斯、中国也会发展自己的卫星导航定位系统，这一点也不奇怪。甚至欧盟，为了不受制于美国，也在上个世纪的90年代开始发展自己的伽利略系统。就是日本也发了一颗同步卫星在自己国土的上空，用以补充GPS系统的某些不足。

 

我们的北斗系统是在原来的双星定位系统上发展而来的。早在1980年代初期，中科院的陈芳允院士就提出了双星定位系统这一设想。大家都知道，在三维空间里，要想确定自己的三维坐标最少应该有三个已知点（也就是有三颗卫星）。双星定位的设想当时非常巧妙，也就是假设需要定位的单元处于地面，我们可以利用两颗卫星定出经度和纬度就行了，高程可以从地图上查出来。而移动中的战车和部队，不可能不停的查地图。为了解决这个问题，当时在系统设计时，就增加了一个短报文功能。需要定位的单元向北斗卫星总站发出一个短报文请求定位，总站的计算机系统根据它发来的信息经插值计算得出一个高程和优化了的经纬度反馈给它。正是这一短报文功能，使得北斗系统形成了与GPS等其他卫星导航定位系统完全不同的一大特点。

 

在北斗系统发展的过程中有个小故事讲给大家。大约在上世纪未，我们的双星定位系统就已经进入了试验和实用阶段。其定位精度虽然不高，但是，做为地面武器和部队来应用也已经足够。在2000年，美国为了打击欧盟的伽利略系统，取消了对GPS民用信号的SA干扰政策，这意味着对普通用户来讲其定位精度不用差分技术也很容易能达到10米以内。正是这时候，欧盟可能是出于拉拢中国这个大客户的原因，就拉中国参加到他们的伽利略计划中去。双方还签了相关协议，中国的总投资为2亿欧元，占有20%的所有权和100%的使用权，中国也已经投进去了大约4000万欧元。大约是到了2004年前后，欧盟内部始终无法统一意见，投资的进度也没有达到计划，系统的研发和星的发射也没达到计划的要求。在欧盟的内部还出现了一股排斥中国的力量。面对这种情况下，再加上中国的综合国力已经有了巨大的进步，中国就决定发展自己的全球卫星导航定位系统，也就是北斗系统。并且以最快速度向国际无线电频率管理委员会报备了所要用到的信号频率，并且迅速地发射了试验卫星。这个频率极其接近伽利略系统所要采用的频率，迫使伽利略系统只能改动原来准备用的频率。为此双方还在国际无委打过一段时间的官司。可这无线电频率委员会有个惯例，也就是是谁先占用谁就先拥有。这一点连美国人都在笑话欧盟，前些日子有个美国专家就专门撰文写这件事，他的文章里大意就是说欧盟是搬起石头砸了自己的脚。

 

北斗系统的大致情况是这样的：在空中有33到35颗在轨卫星，其中五颗位于赤道36000公里上空的同步静止轨道上，还有几颗是位于55°同步轨道上，还有十几颗位于22000公里上空的中高轨道上空。这种轨道布局应该是主要是从我国不能在境外设置观察站的角度考虑的。同时也可以使得使用者能获得更好的定位精度。

 

北斗系统中最值得一说的就是它的短报文功能，正是这一功能不但解决了我要知道自己在那的问题，还解决了让关心和需要知道我在那的人知道了我的位置。这一功能无论是军事上还是民用上都有极大的革命性意义。

 

大家不妨回忆一下，2008年纹川大地震重灾区北川县的第一个消息就是由装备了北斗用户机的某部发出来的。在最初几天的灾区卫星通信中断、有线通信中断、移动通信也中断的情况下，抗震救灾部队就是通过北斗系统指挥调度部队的。

 

讲到这里，我再给大家讲一个北斗军事应用案例，一个民用案例。

 

在军事应用上，除了能用来给精确打击武器导航和定位外，北斗系统还能用短报文功能为巡航导弹和可变轨弹道导弹发布机动变轨信息，从而实现真正的机动变轨。由于短报文收发的极其短促性，大大的增加了敌对方的干扰难度。

 

在民用上现在国内用得最为普及的是渔船海上作业时的管理和监控。在各省区注册过的渔船绝大多数都装备有北斗系统，渔船上安装的设备按要求会及时地把自己作业的所处位置发回到渔政部门的系统内，渔政部门因此可以监测到所监管的船越没越界。当渔船遇到危险和意外情况时，可以通过北斗系统及时的通报给渔政部门和相关部门。我曾经到一个具有这种功能的部门的指挥大厅参观过一次，在他们的大屏幕上，可以清楚地看得出来，在我国与某国海上分界线我方一侧布满了一个一个闪烁的点，一旦有渔船越界指挥大厅内可以马上向该条船发出警告信息，渔船上的渔民也能在自己所装备的北斗仪上看到自己已经越界的警示，同时他们也能通过北斗短报文功能收到指挥中心发过来的警告信息。说到这里有心的朋友可能也会明白了，为什么每当我们的渔民和韩国的警察发生冲突时，我们的要求总不是那么高了。

 

最后，要说说为什么现在网上和媒体上对北斗的介绍可以说汗牛充栋了，我还要费力写这样一篇文章呢？我写下这段文字的目的有两个，一是想和各位朋友说说，这世界上不只是中国这样的国家不遵守什么市场规则，看看欧盟在伽利略系统上的作为也就会明白。像华为和中兴的投资会威胁到那个国家的安全就更无异于胡说八道。像卫星导航定位系统具有明确军事应用的系统欧盟都会拉中国投资，其他的不都和胡说差不多？二是想通过说明白北斗的短报文功能，让感兴趣的朋友进一步的了解北斗系统。除了渔船的应用外。像远洋运输船队可以用来代替卫星电话，大型物流公司可以用来指挥调度运输车队、变更货物到达地点，明确了解所运货物所处的位置等，城市交通管理可以用做指挥调度等等应用。看有没有朋友可以找出里面的商机来。虽然这一系统在国内已经有了一些应用，但是其市场也还只是处于刚刚起步阶段。国外的市场基本处于空白期，在东南亚会有较大的市场机会。