“北斗”卫星导航系统：中国版gps发展历程揭密

“北斗”卫星导航系统：中国版GPS发展历程揭密“北斗”定位系统示意图。“北斗”卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，包括“北斗”卫星导航试验系统（“北斗一号”）和“北斗”卫星导航定位系统（“北斗二号”）。继2007年4月和2009年4月第一、二颗“北斗二号”卫星成功发射后，今年年初，在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭将第三颗“北斗二号”卫星成功送入太空预定轨道，这标志着四大全球卫星导航系统之一的中国“北斗”卫星导航系统工程建设又迈出重要一步。“北斗二号”卫星发射时间间隔越来越短，预示着“北斗”卫星导航系统组网正按计划稳步推进。我国卫星导航系统的发展历程导航定位是人类社会所必需的。从古至今，人类在生产和生活实践中发明了多种导航方法。例如，天文导航是通过观测天体的位置来确定自身的位置和航向，此法设备简单，但受到气象条件的限制；无线电导航是接收海岸电台发出的无线电波来确定舰船自身的位置，它虽不受气象条件的影响，但由于无线电波的传播距离有限，故用于远航时有困难。其他导航方法也不尽如人意。从目前的技术水平和可以预见的将来看，卫星导航技术是一种比较理想的导航工具。卫星导航技术是指利用一组导航卫星，对地面、海洋和空间用全户进行精确的定位。它具有全时空、全天候、高精度、连续事实地提供导航、定位和授时的地点，已成为应用广泛的导航定位技术。卫星导航定位系统是重要的空间基础设施，可提供高精度的定位、测速和授时服务，能带来巨大的社会和经济效益。我国高度重视卫星导航系统的建设，一直努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。早在上世纪60年代末，我国就开展了卫星导航系统的研制工作，但由于诸多原因而夭折。自20世纪70年代后期以来，国内开展了探讨适合国情的卫星导航系统的体制研究，先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案，以及多星的全球系统的设想，并考虑到导航定位与通信等综合运用问题，但是由于种种原因，这些方案和设想都没能得以实现。在20世纪80年代到90年代，我国就结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。2000年，中国“北斗”导航系统建成运行，成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域，经济效益和社会效益显著，特别是在2008年中国南方冰冻灾害、汶川特大地震抗震救灾和北京奥运会中发挥出非常重要的作用。“北斗”卫星导航试验系统（“北斗一号”）“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。2003年5月25日零时34分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星，它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后，在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家，该系统的建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。2007年2月3日，“北斗一号”第四颗卫星发射成功，该卫星不仅作为早期三颗卫星的备份，同时还将进行“北斗”卫星导航定位系统的相关试验。目前，“北斗一号”已有四颗卫星在太空遨游，组成了完整的卫星导航定位系统，确保全天候、全天时提供卫星导航资讯。“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。其覆盖范围是北纬5-55，东经70-140之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35左右。定位精度为水平精度100米(1)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)，工作频率为2491.75MHz，系统能容纳的用户数为每小时540000户。“北斗一号”具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。“北斗一号”就性能来说，和美国GPS相比差距甚大。第一，覆盖范围也不过是初步具备了我国周边地区的定位能力，与GPS的全球定位相差甚远。第二，定位精度低，定位精度最高20米，而GPS可以到10米以内。第三，由于采用卫星无线电测定体制，用户终端机工作时要发送无线电信号，会被敌方无线电侦测设备发现，不适合军用。第四，无法在高速移动平台上使用，这限制了它在航空和陆地运输上的应用。但最重要的是，“北斗一号”是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位，解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。此外，该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。以“北斗”导航试验系统为基础，我国开始逐步实施“北斗”卫星导航系统的建设，首先满足中国及其周边地区的导航定位需求，并进行系统的组网和测试，逐步扩展为全球卫星导航定位系统。“北斗”卫星导航定位系统（“北斗二号”）《2006年中国航天白皮书》宣布将在未来5年启动五大航太工程，其中具有军事用途的第二代“北斗”卫星导航系统将在4年内完成部署。有专家表示，二代“北斗”卫星系统部署完成后，中国将能对小目标发动精准攻击，而美国也有媒体认为中国用北斗计划来压制美国卫星的军事优势。随着我国综合国力的提升和卫星导航定位系统全面渗透普通人的生活，还有科索沃战争和第二次海湾战争美国GPS制导高精度打击武器的诱惑，构建一个类似GPS的全球卫星导航定位系统开始提上日程，从2007年开始正式建设“北斗”卫星导航定位系统（“北斗二号”）。“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，足足要比GPS多出11颗。按照规划，“北斗”卫星导航定位系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，采用“东方红”-3号卫星平台。30颗非静止轨道卫星又细分为27颗中轨道(MEO)卫星和3颗倾斜同步(IGSO)卫星组成，27颗MEO卫星平均分布在倾角55度的三个平面上，轨道高度21500公里。“北斗“卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。开放服务在服务区免费提供定位，测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务则是军事用途的马甲，将向授权用户提供更安全与更高精度的定位，测速，授时服务，外加继承自北斗试验系统的通信服务功能。2010年1月17日凌晨，我国“北斗二号”卫星导航系统的第三颗卫星成功发射。此前，第一第、二颗“北斗二号”卫星分别于2007年4月和2009年4月发射。卫星发射时间间隔越来越短，预示着“北斗二号”正在加速组网。“北斗”卫星导航系统立原则，求合作“北斗”卫星导航系统的建设与发展遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性四项原则，中国愿意与其他国家合作，共同发展卫星导航事业。四项原则包括：开放性，“北斗”卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。自主性，中国将自主建设和运行“北斗”卫星导航系统，“北斗”卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。兼容性，在全球卫星导航系统国际委员会（ICG）和国际电信联盟（ITU）框架下，使“北斗”卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作，使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。渐进性，中国将积极稳妥地推进“北斗”卫星导航系统的建设与发展，不断完善服务质量，并实现各阶段的无缝衔接。为使“北斗”卫星导航系统更好地为全球服务，加强“北斗”卫星导航系统与其他卫星导航系统之间的兼容与互操作，促进卫星定位、导航、授时服务的全面应用，中国愿意与其他国家合作，共同发展卫星导航事业。同时，中国在频率协调、兼容与互操作、卫星导航标准等方面积极开展国际交流与合作，以推动世界卫星导航领域技术和应用的发展。目前，中国正在开展与美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲GALILEO等卫星导航系统的频率协调，并参与ITU工作组、研究组和世界无线电通信大会的各项活动。“北斗”卫星导航系统作为ICG的重要成员，参加了ICG历届大会和供应商论坛，与有关国家、区域机构和国际组织开展广泛交流，推动卫星导航系统及其应用的发展。2007年，“北斗”卫星导航系统成为ICG确定的四大全球导航卫星系统核心供应商之一。2009年第四届ICG大会期间，中国全面介绍北斗卫星导航系统的建设、应用与发展情况，并表达了主办2012年第七届ICG大会的意愿。作为拥有自主卫星导航系统的国家，中国希望通过ICG等国际多边和双边渠道，积极探讨在兼容与互操作、卫星导航标准制定、卫星导航性能增强、时间空间基准、应用开发、科学研究等方面开展国际合作的可能，以推动世界卫星导航事业蓬勃发展。