2012-03期●神州风采●

北斗织网 定位全球

——我国自主建设北斗卫星导航系统历程回顾

作者:忻 桦

北斗卫星导航系统示意图

 2011年12月2日清晨,在西昌卫星发射中心,成功发射了中国第十颗北斗导航卫星

 


中国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统,已从20111227日起,向我国及周边地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务,并兼有短报文通信能力。目前国内北斗用户数量已经达到10万以上。

北斗,不仅意味着中国人在全球上空可以部署无处不在的向导,更意味着标准、影响力以及制定游戏规则的权利。在控制太空的群雄逐鹿之中,北斗与国际对手的巅峰对决已经展开。中国的“北斗”起步虽然比美国GPS晚了20年,但如今在技术上并没有落后很多。

目前,北斗卫星导航系统已经发射了10颗卫星,建成了基本系统。经前期系统测试,北斗系统试运行服务期间服务区为东经84度到160度,南纬55度到北纬55度之间的大部分区域;位置精度为平面25米和高度30米;测速精度为每秒0.4米;授时精度为50纳米。北斗系统现已具备25米左右的定位服务精度。预计今年底,系统进一步完善后将提供正式运行服务,那时定位服务精度会达到10米左右。

中国的北斗也是世界的北斗。北斗卫星导航系统可与世界其他卫星导航系统兼容共用。与其他全球卫星导航系统相比,把短信和导航结合是中国北斗卫星导航系统的独特发明。一般来讲,世界上其他的全球卫星导航系统只是告诉用户自身的位置信息,而北斗系统除此之外还可以将用户的位置信息发送出去,使用户想告知的其他人获知用户的情况。据悉,其他全球卫星导航系统在后续系统的改进、设计过程中,也要借鉴北斗的短报文通信特色服务。

北斗卫星导航系统新闻发言人、中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍说,北斗卫星导航系统正按照“三步走”的发展战略稳步推进。第一步,2000年建成北斗卫星导航试验系统,使中国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,到201210月前后形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步,到2020年左右,北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。他还非常正式地承诺,北斗卫星导航系统向全世界提供的服务都是免费的。

作为中国自己的导航卫星品牌,它的背后有着怎样的研制历程呢?

一直以来,美国的GPS大出风头,基本形成独霸“天下”的格局。世界各航天大国都逐渐意识到,发展自主的卫星导航系统,不仅是航天实力的重要组成部分,更是国家战略的重要一环。

早在上世纪70年代,中国就开始研究利用卫星进行地面定位服务,但受制于当时的国力不足等多方面原因,这项名为“灯塔”的研究计划被搁浅了。

1983年,我国科学家陈芳允和一位美国科学家同时提出利用地球同步卫星进行导航定位的设想。此后,美国和俄罗斯分别开发了GPS和格洛纳斯卫星导航系统。其中,美国GPS系统应用很成功,俄罗斯格洛纳斯系统则因为后期投入不足,其建设断断续续,时隔多年才取得一定规模的效益。

我国在开展多年预研后,于1994年全面启动导航系统的研制。20001031日,我国自行研制的第一颗北斗导航试验卫星被成功送入太空。作为北斗导航系统的首发星,它为整个北斗导航系统建设之战打响了头炮。不到两个月的时间,中国航天科技集团公司成功将第二颗北斗导航试验卫星送入空间轨道。

2003525,又一颗备份卫星升空,这标志着中国已经自主建立了完善的卫星导航系统,以及北斗导航试验系统工作的完成。至此,我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。多年来,它在国民经济领域的广泛应用打出了“北斗”响当当的品牌。

然而,北斗导航试验卫星的系统覆盖范围还比较有限,例如在印度洋等较远区域,导航精度不高。尽快建立能够提供覆盖亚太地区的定位、导航、授时和短报文通信服务的北斗导航定位系统迫在眉睫。

早在研制北斗一号试验卫星的上世纪末,我国就同时启动了新一代北斗导航定位系统的研究。2007414日,我国成功发射了北斗导航卫星系统的第一颗卫星,有效验证了导航系统的技术、原理和体制。2009415日,我国成功发射了北斗导航卫星系统的第二颗卫星,这两颗卫星以导航卫星的正式身份加入到了北斗导航系统建设计划之中。

2010年,中国新一代北斗卫星导航系统以第三颗北斗导航卫星一飞冲天拉开了序幕,此后又连续发射四颗“新成员”参与组网,至第七颗北斗导航卫星完美发射运行,中国的新一代卫星导航系统在太空中初现雏形。与北斗卫星导航试验系统相比,北斗卫星导航系统的真正目标是走向世界。

2011410,当第八颗北斗导航卫星在倾斜轨道上“安家”之后,北斗卫星导航系统的6颗组网卫星构成了“33”的星座构型(包括3颗地球同步静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星),这标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建设完成,我国自主卫星导航系统建设进入新的发展阶段,并具备了向我国大部分地区提供初始服务的能力,也达到了进入试运行阶段的条件和水平。

随着2011727日和122日陆续发射成功的第九颗和第十颗北斗导航卫星在倾斜轨道上“落户”,有效地提高了系统可靠性,提升了在轨备份和应用服务能力,进一步改善了系统对覆盖区的导航性能。为实现向我国及周边大部分地区初步提供相关服务,满足交通运输、渔业、林业、气象、电信、水利、测绘等行业以及大众用户的应用需求,打下了坚实的基础。

目前,国内相关企业已经开始着手北斗应用终端的研发以及北斗系统和GPS系统兼容终端的研发,这意味着持有GPS终端的用户也可以使用北斗系统,用户也可以使用兼容北斗系统和GPS系统的终端。

今年,北斗卫星导航系统将在目前拥有10颗卫星的基础上,再发射6颗组网卫星,形成覆盖亚太大部分地区的服务能力;到2020年,我国将建成由30余颗卫星组成的北斗全球卫星导航系统。那时,普天之下,北斗照耀。