浅议我国北斗卫星导航系统的现状及前景

浅议我国北斗卫星导航系统的现状及前景摘要：我国自行研制的“北斗卫星导航系统”从正式运营、全面对民用用户开放至今，整个系统运行稳定，工作状态良好，已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域开始逐步发挥重要作用。北斗系统作为一种新的卫星导航定位系统，有明显的技术优势，但也有一定的应用缺陷和不足。该系统在推广应用过程中受到了许多因素的制约，在很多领域中的用途还未被认知。目前，北斗系统的应用水平与国外卫星导航定位系统(如GPS系统)相比，还明显处于劣势；在民用方面，还远远未达到产业化、市场化的水平，这与该系统作为世界上第三个投入实际应用服务的卫星导航定位系统的地位不相称。须采取有力措施，推进北斗系统应用，使北斗系统更好地为我国的国防和国民经济建设服务，改变国外的卫星导航定位系统独占我国卫星定位导航应用市场的局面。一、北斗导航系统简介北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS）,是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。[3]中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。二、北斗导航系统的现状与主要制约因素北斗卫星导航定位系统运营以来，在军民用领域上发挥了重要作用，迄今为止，已为用户提供定位服务超过亿次，通信服务超过千万条，在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益。所研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程，已取得了明显的经济效益。但是，北斗系统作为我国自行研制的、具有鲜明应用特点的卫星导航定位系统，总的来说，目前的实际应用并不理想。主要表现在：（1）系统应用不充分，与世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位不相称北斗系统工作容量可达百万户，而目前注册在线的终端用户却不足千分之一，卫星资源闲置严重。该系统的“快速定位、双向报文通信和精密授时”功能，特别是双向报文通信功能未得到充分应用，该导航定位系统在许多民用领域中的用途还未被认知。中国工程院戚发韧院士经过对北斗系统进行详实的调研后提出：中国研制成功的第一个拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统，目前在民用领域资源利用并不充分，几近闲置。他在调研报告中明确写到：北斗系统本应拥有上百万用户的能力，目前却只有几千个用户，国家投入几十亿元，但利用很不充分，造成了资源的严重浪费。北斗卫星导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未形成产业化的现状，与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称。（2）用户终端设备价格偏高，在市场上无法与GPS系统形成竞争北斗系统目前的有源定位技术体制决定了其用户终端设备需能收能发，在技术应用上有通信功能，应用优势明显，这是无可怀疑的。但这种体制也使用户终端制造成本增加，加上终端设备用户少，所以目前市场价格偏高，多数用户难以接受。用户终端设备价格昂贵的北斗系统在市场上是无法与GPS系统进行竞争的。（3）用户终端设备研制开发滞后，跟不上应用需求北斗系统用户终端设备研制开发严重滞后于系统建设。究其原因，一是用户终端设备研制起步较晚，没有做到与系统建设同步研发；二是用户终端研制难度大，没有集中力量对其重点进行攻关，各研制单位各自为战，技术上不交流，形不成合力；三是国内器件、部件生产基础差，而进口芯片价格昂贵。在2002年北斗系统开始试运行时，系统民用终端设备尚不成熟。至今国内仍有十几家单位在投入资金研制北斗用户终端，但提高性能价格比的成效并不大，有的单位甚至不得不退出研发。目前能生产北斗系统民用终端的厂商有五、六家，产品价格较高，各有优缺点。北斗系统民用终端设备生产厂商各自为战的研制生产方式，在当前用户量不大、生产批量上不去的情况下，成本下不来；而成本下不来，市场用户就上不去，形成一个恶性循环。用户终端设备生产方式存在的高成本是影响北斗系统推广应用的问题之一。（4）北斗民用市场的自由化和无序竞争，影响了北斗系统应用市场的健康发展由于国家没有北斗系统民用开发规划和应用市场准入机制，市场完全是无序的自由竞争，一些企业单位对北斗系统市场认识和估计过于乐观，为早日抢到市场，自发投入不少资金开发北斗民用终端。到目前为止，真正获得成功、设备产品质量较好的厂家只有几个。有一些企业单位在产品技术质量还不成熟的情况下，就急于推销自己的产品收回投资，采用低价竞争方式抢占市场，结果是实际运行故障频发用户服务又跟不上，动摇了用户选用或继续使用北斗系统的信心，增加了对北斗系统应用的怀疑情绪，影响了北斗系统健康发展和推广应用。三、北斗导航系统的前景随着北斗2号的发射成功，中国自主研制的北斗卫星导航系统从2009年起进入了组网高峰期，预计在2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。2009年将有多颗卫星发射升空，3年内完成系统组网，并具备基本的运行能力。在此基础上将逐步发展到为全球服务。在建的北斗卫星导航系统空间段将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，军事定位达到厘米级，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。随着“北斗一号”卫星导航定位系统的推广应用，中国正在着力研究开发的下一代卫星导航定位系统（CNSS）。中国将本着开放、独立、兼容、渐进的原则，发展自主的全球卫星导航系统，其“三步走”发展路线图为：第一步，从2000年到2003年，我国建成由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年前形成我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。北斗卫星导航系统将是一个由30余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的大型航天系统，技术复杂、规模庞大，其建设应用将实现我国航天从单星研制向组批生产、从保单星成功向组网成功、从以卫星为核心向以系统为核心、从面向行业用户向大众用户的历史性转型，开启我国航天事业的新征程，并将对维护我国国家安全、推动经济社会科技文化全面发展提供重要保障。然而也面临一些挑战。部署进度的比拼。四大全球系统部署的时间进度是个重大考验，捷足先登是成功的第一步。GPS在这方面遥遥领先，GLONASS正在恢复建设中，Galileo遭遇资金困境，北斗系统若要抢占市场，在系统部署方面面临挑战。卫星性能的竞争。导航卫星设计和研制水平决定着系统的性能，目前北斗卫星设计已经达到国外导航卫星水平，在未来发展中要不断自主创新，争取在国际导航卫星研制领域处于领先地位。系统发展的博弈。未来卫星导航系统需要持续的发展建设，以满足用户要求；需要国家持续的经费投入、人才培养、产业推广，以确保我国北斗卫星导航系统在未来发展与国际竞争中占据优势地位。三、对北斗导航系统发展的思考卫星导航定位系统是国家信息基础设施之一，是实现社会信息化的重要工具，也是国家科技水平和经济实力的象征。北斗卫星导航定位系统的建成并投入使用，打破了美国等发达国家垄断卫星导航定位技术的局面，提高了我国经济社会的信息化水平。北斗系统的应用涉及到国家各个领域。我们期望政府高度重视北斗系统的生存发展，采取有力措施推进系统应用，社会各界携起手来共同努力，打破目前北斗系统在应用上的困局，建设具有中国特色的北斗卫星导航定位产业化工业，使北斗系统更好地为我国的国民经济建设服务。