北斗卫星导航系统探秘

     “认星先从北斗来，由北往西再展开。”小时候，尊长们总是教孩子们辨认北斗星，只要找到了北斗星，就找到回家的路。    如今，城市的灯光湮没了星光，许多人开始习惯于借助GPS系统来肯定方向。由美国国防部开发的GPS卫星导航系统在全球独领风骚，已渗透到了我们生活的各个方面。    虽然儿时的北斗星光已在记忆里越行越远，但1颗新的“北斗星”却在天空中成长。2011年12月27日起，我国自主研发的北斗卫星导航系统开始在我国及周边部份地区试运行。    这颗“北斗星”不但能够帮助我们肯定方向，还能准确告知我们自己处在地球的哪一个位置，帮助我们快捷到达目的地，告知我们精准的时间，乃至还能在没有信号的荒僻之地借助卫星发送短信。    这些还只是这颗“北斗星”基本功能，可以期待，随着下游的利用产品不断研发，借助这颗“北斗星”，我们的生活将更加方便快捷、多姿多彩。    1、出身世家 定位精度可媲美GPS    也许你已习惯于通过街旁网、人人网、大众点评网等社交生活网站进行签到，搜索附近的餐厅、银行、酒店，评价品味到的美食……    这些已渗透到我们平常生活的LBS（Location Based Service）服务离不开卫星导航系统的定位、通讯功能。   说起导航系统，人们熟习的是美国GPS全球定位导航系统，GPS目前在中国具有庞大的用户群，而北斗是直接冲着GPS来的。    2011年底，北斗导航系统开始试运行，我国民用市场具有了自己的导航系统，这也意味着我国正式成为继美国和俄罗斯以后第3个具有成熟的卫星导航系统的国家。    这颗“北斗星”实际上是由10颗北斗导航卫星组成，在2007年到2011年底陆续发射终了。    目前，北斗系统试运行服务大体范围在东至日本、西至印度东部、南到澳大利亚、北至蒙古国的区域内。按计划，到2020年，将建成由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，届时北斗定位导航将覆盖全球。    据北斗卫星导航系统总工程师孙家栋流露，随着北斗系统的发展，其用户范围将拓展到国家的电力、金融、通讯等各个领域，与普通百姓的生活密切相干。    “北斗志在将中国用户从GPS手中抢回来”，北斗卫星导航系统工程副总设计师李祖洪认为，到了2020年肯定每一个人的生活离不开北斗。    中国社科院国际问题专家叶海林对此表示，中国这么庞大的经济圈，具有了自己的全球定位系统后，就有可能将这1市场夺回来。“但这有1个条件，就是我们要提供一样水平的服务。”    其实这1点在技术上其实不困难。作为我国自主研发的卫星导航系统，北斗的全球导航精度比起导航界的巨头GPS已不相上下。而在增强区域也就是亚太地区，北斗的精度乃至会超过GPS。    在试运行阶段，北斗导航的位置精度为平面25米，高程30米，测速精度为每秒0.4米，授时精度为50纳秒。到今年年底，导航精度能到达10米左右，到完全建成时，定位精度能到达厘米。    虽然建设北斗导航系统要发射多颗卫星，需要投入大量的财力、人力、物力，在北斗试运行的新闻发布会上，中国仍宣布，北斗将面向全球提供免费服务，而且用户数量上和GPS1样没有限制。    既然GPS目前已满足了大多数民间用户的需求，而且1直以来都是免费提供，为何还要投入那末多经费开发“北斗”系统？    北京环球信息利用开发中心韩春好教授用了“天下并没有免费的午饭”这1句谚语来回答这个问题。“虽然我们使用的GPS可以避免费接收它的信号，但并没有人能保证你的使用将永久不收费。”    2、独门绝技 信号盲区能发送短信    虽然在导航市场地位上1时还没法超出GPS，但北斗也有自己取胜的独门绝技——“短报文”功能正是1大亮点。    “短佩服务是北斗卫星导航系统的特点，也是我们的优势。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示。    “短报文”与目前的手机短信功能相类似，用户可以通过终端发送1条长度为120个字的信息，向外界告知位置。    这在手机信号稳定的城市乡镇可能意义不大，但对常常出没于沙漠深山荒僻之地的“驴友”们来讲，可谓大福音。    2011年9月30日，1个14人户外登山团队背规进入4川4姑娘山景区海子沟，连续12天都没法和外界获得联系，当地组织数批搜救队进山搜索，但始终无功而返。直到“失踪”14天以后，这批驴友才走出信号盲区。    有了北斗的用户终端后，这样的麻烦就可以轻易化解了。据了解，目前，有10万台利用“北斗1号”研发的类似“大哥大”的用户端投入市场。这类用户端虽然看起来很像砖头，但功能不容小觑。    “驴友”们在没有信号的偏僻山区迷路、大海航行迷失，都可以利用这个“大哥大”将自己的位置发送给北斗卫星，这样，搜救队便可轻而易举将用户定位。    固然，北斗其实不只为“驴友”们量身定做。    若在大海中航行捕鱼的渔民迷失了方向，在没有手机信号的情况下，可以通过北斗系统发送消息，总部就可以很容易找到失踪船只。    若消防队员深入森林救火，进入信息盲区，没有手机信号，与外界失去了联系，怎样办？通过终端给“北斗”发送信息，搜救部队就可以轻易得知被困者所在位置。    在汶川地震搜救时，北斗就曾大展身手。    在川西北通讯信号遮蔽干扰严重的复杂环境中，美国的GPS只能显示终端位置信息而无通讯功能，而卫星移动电话虽可实现语音通讯，但不具有定位导航功能。    北斗卫星导航系统同时具有空间定位、时间基准授时和短报文通讯功能，解决了抢险救灾应急指挥中的定位与通讯困难。    据统计，在救济期间，搜救部队用北斗发了74万条短信，为地震救济搭建了1个既能显示位置信息又能保持调度信息传递顺畅的指挥平台。    冉承其介绍，在2008年南方冰冻灾害、2010年玉树抗震救灾、舟曲泥石流救灾中，北斗卫星导航系统一样大显身手。    3、功底深厚 “108般武艺”样样精通    除独特的短信功能能够在救济方面大显身手外，北斗还有诸多功能，给科学研究、社会管理和平常生活提供了便利。    北斗系统用户端之1是高精度丈量接收机，这个接收机非常敏感，它能感遭到厘米级以下的变形，1辆重型卡车从大桥上驶过，桥梁变形多少？这微小的变形，通过肉眼肯定没法判断。而高精度丈量接收机则可以精确地告知你。    通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就可以在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理，有益于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。    在交通运输部正展开的重点运输车辆监控管理、服务示范工程中，北斗系统可以重点解决“两客1危”，即客运班车、旅游包车和长途危险品运输车在运输进程中的监管和服务问题，大大提高出行安全水平。    气象领域是最早利用我国北斗系统的重要利用领域之1。中国气象局也正在组织展开基于北斗系统的大气、海洋和空间监测运行利用，还参与了奥运气象保障，获得了很好的效果。    北斗还能管“公车私用”。2011年9月，广州市1万辆公车安装上了“北斗车载电子监控系统”。广州市公车使用管理信息系统采取我国自行研发的北斗卫星定位系统，这是我国北斗卫星民用化的第1个大型项目。    凡是装了“北斗”系统的公车，在节假日的时候都是放在单位里面的。比如在周6、周日，有人要开公务车，车内系统会提示“今天是休息日，如果要使用的话要办理手续”。而且车启动以后，监督系统就会自动生成信息发给监督系统的管理员。    授时，即向地球报告最精确的时间，是卫星导航系统所能提供的主要功能之1。1旦GPS授时出现问题，我国的手机网络、广播电视网、电网都将遭到极大的影响。打破了GPS垄断，通过自主装备授时具有国家安全层面的重大意义。    目前，1些企业研发的授时机可以到达几10纳秒的精度，这样在手表里安装相干的芯片便可实现通过北斗来授时。“北斗手表”的时间精度在千万分之1秒，且永久不需要校时。    4、开放接口 北斗终端将与GPS兼容    在宣布北斗系统开始试运行时，我国也同时发布了北斗卫星导航系统的空间信号接口控制文件（ICD文件）。    冉承其解释，这个文件主要是用来束缚、规范和定义北斗卫星与地面接收终端之间的信号接口或特点，其中还包括北斗导航卫星发射信号的方式、频率等相干参数，有了这些数据，开发北斗终端时才有据可依。    这就相当于政府提供了1个操作系统，而下游的企业就能够根据这个操作系统，来开发出各种各样不同功能的利用软件，投放到市场上使用。    随着试运行和ICD文件的开放，原有GPS产业链上各环节企业的参与，1场剧烈的竞争将在下游研发和利用领域展开，未来大范围的利用也行将到来。    北斗星通公司市场营销部的相干负责人对记者流露，目前主要客户来自海洋渔业、水文水利、陆海运输、安全生产、地质灾害监测等行业，公司提供产品，给用户建立系统利用的平台，实现长时间的运营服务。    在市民中使用最广泛的终端当属导航装备。业内人士估计，与GPS兼容的导航装备将会在2012年研发成功，2013年逐渐上市，会先在特殊行业进行设备，随后会在汽车导航等主要民用领域铺开。周边国家的推行利用也会在2013年以后逐渐展开。    对已使用GPS终端作为导航系统的用户，如果改用北斗系统，是否是还要另外购买北斗导航终端呢？专家称，不用担心，北斗导航系统的兼容开发模式，已替你免去了这部份支出。    冉承其表示，“我们在提供试运行服务时，国内相干企业已开始着手从事北斗利用终真个研发和北斗和GPS兼容终真个研发，也就意味着使用GPS终真个用户可以单独使用北斗，也能够使用北斗和GPS兼容使用的终端。”    中国全球定位系统技术利用协会咨询中心主任曹冲则告知记者，北斗导航不会取代GPS，而是与之互补。兼容北斗和GPS的终端，类似于“1机双卡”的手机，可在1台导航仪上自动切换，从而提高定位精度。    正在初步构建的物联网，也离不开北斗的帮忙。北斗星通股分有限公司相干负责人崔红涛表示，北斗具有的定位和通讯功能是物联网的关键环节。    虽然北斗有欲迎头遇上的趋势，但北斗卫星导航系统工程副总设计师谭述森仍冷静地表示，与美国GPS卫星导航系统相比，北斗在未来的设计利用上还存在很多难点。    GPS在问世的近30年里积累了大量的空间实验数据，而其中最重要的太阳光压变化对卫星所产生影响的数据，已建立起数据模型。“而中国的北斗系统还处于起步阶段，还需要在摸索中前进。”谭述森表示。