看不見的導航者——中國北斗

中國北斗衛星導航系統是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之後第三個成熟的衛星導航系統。它是中國為確保國家安全和社會經濟發展而自行研製的導航系統,目標是為全球使用者提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。目前北斗系統已被廣泛用於交通、氣象、農漁等各個領域。相對於GPS,北斗還多了發送信息的短報文功能。 

中國北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國自行研製的全球衛星導航系統,是繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之後第三個成熟的衛星導航系統。北斗衛星導航系統是中國着眼於國家安全和經濟社會發展需要,自主建設、獨立運行的衛星導航系統,是為全球使用者提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。 

 

發展歷程  

二十世紀後期,中國開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路,逐步形成了三步走發展戰略:2000年年底,建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年年底,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年前後,完成35顆衛星發射組網,建成北斗全球系統,向全球提供服務。 

為了對抗一家獨大的GPS,確保自身安全,歐洲和中國曾經想聯合開發全球定位系統。2003年,中國承諾投資2.7億美元參加歐洲的「伽利略」全球導航衛星項目開發。但到2007年,中國突然遭到歐洲故意冷落,被排除在所有「伽利略」項目的重大決策之外,理由是安全和知識產權等問題。 

中國開始迅速集中力量發展自己的北斗導航衛星系統,到2009年,歐洲伽利略導航衛星項目遠遠落後於原先計劃,甚至一顆衛星都未發射升空,而中國人則不斷前進,在開發自己的北斗系統上進展迅速。「真令人難以置信」,比利時Eutralex航天機構主席蜜雪兒·福布說:「中國人確定主次,做出決策。沒有爭論,沒有談判。這與歐洲不同,歐盟做甚麼事之前,必須統一27種不同意見。」(克羅地亞2013年加入歐盟,成為第28個成員國) 

衛星導航系統的通信頻道是稀缺資源,國際的通行規則就是先到先得,即先使用的國家獲得該頻道的使用權。作為最早組網的系統,GPS獲得了最好的頻道資源。北斗系統和伽利略系統的開發週期大體相同,於是就面臨頻道競爭的問題。然而歐盟內部的內耗使得伽利略系統的推進速度遠遠慢於中國北斗系統的組網速度,於是乎中國就搶在歐洲之前獲得了寶貴的頻道資源。 

2010年,中國的北斗導航系統頻段正式採用與歐洲「伽利略」衛星一樣的PRS頻段,由於PRS頻段採取「先用先得」的規則,中國領先歐洲發射大量北斗衛星,實質上已經搶佔了歐洲伽利略衛星的幾個重要頻段,如果歐洲衛星使用同樣頻段,意味着他國對中國的導航定位衛星實施特定頻段干擾,歐洲伽利略衛星也將受到牽連,也就是說,歐洲的導航定位衛星系統被迫使用和中國北斗系統一樣的頻段,而安全性也將和中國北斗系統捆綁在一起。

北斗衛星導航系統有哪些特點 ? 

一是北斗系統空間段採用三種軌道衛星組成的混合星座,與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多,抗遮擋能力強,尤其低緯度地區性能特點更為明顯。二是提供多個頻點的導航信號,能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是創新融合了導航與通信能力,具有即時導航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。 

它由哪些星座構成? 

北斗衛星導航系統空間段由35顆衛星組成,包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。5顆靜止軌道衛星定點位置為東經58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球軌道衛星運行在3個軌道面上,軌道面之間為相隔120°均勻分佈。至2012年底北斗亞太區域導航正式開通時,已為正式系統在西昌衛星發射中心發射了16顆衛星,其中14顆組網並提供服務,分別為5顆靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星(均在傾角55°的軌道面上),4顆中地球軌道衛星(均在傾角55°的軌道面上)。 

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它都發揮哪些作用?

個人位置服務:當你進入不熟悉的地方時,你可以使用裝有北斗衛星導航接收晶片的手機或車載衛星導航裝置找到你要走的路線。 

氣象應用:可以促進中國天氣分析和數值天氣預報、氣候變化監測和預測,也可以提高空間天氣預警業務水準,提升氣象防災減災的能力。 

道路交通管理:衛星導航將有利於減緩交通阻塞,提升道路交通管理水準。通過在車輛上安裝衛星導航接收機和數據發射機,車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發到中心站。這些位置信息可用於道路交通管理。 

鐵路智能交通:衛星導航將促進傳統運輸方式實現升級與轉型。例如,在鐵路運輸領域,通過安裝衛星導航終端設備,可極大縮短列車行駛間隔時間,降低運輸成本,有效提高運輸效率。 

海運和水運:在世界各大洋和江河湖泊行駛的各類船舶大多都安裝了衛星導航終端設備,使海上和水路運輸更為高效和安全。北斗衛星導航系統將在任何天氣條件下,為水上航行船舶提供導航定位和安全保障。同時,北斗衛星導航系統特有的短報文通信功能將支援各種新型服務的開發。 

航空運輸:當飛機在機場跑道着陸時,最基本的要求是確保飛機相互間的安全距離。利用衛星導航精確定位與測速的優勢,可即時確定飛機的瞬時位置,有效減小飛機之間的安全距離,甚至在大霧天氣情況下,可以實現自動盲降,極大提高飛行安全和機場運營效率。 

應急救援:衛星導航已廣泛用於沙漠、山區、海洋等人煙稀少地區的搜索救援。在發生地震、洪災等重大災害時,救援成功的關鍵在於及時了解災情並迅速到達救援地點。北斗衛星導航系統除導航定位外,還具備短報文通信功能,通過衛星導航終端設備可及時報告所處位置和受災情況,有效縮短救援搜尋時間,提高搶險救災時效,大大減少生命財產損失。 

指導放牧:2014年10月,北斗系統開始在青海省牧區試點建設北斗衛星放牧信息化指導系統,主要依靠牧區放牧智能指導系統管理平台、牧民專用北斗智能終端機和牧場數據獲取自動站,實現數據信息傳輸,並通過北斗地面站及北斗星群中轉、中繼處理,實現草場牧草、牛羊的動態監控。2015年夏季,試點牧區的牧民就能使用專用北斗智能終端機設備來指導放牧。 

服務人類:衛星導航系統是人類發展的共同財富,是提供全天候精確時空信息的空間基礎設施,推動了知識技術密集、成長潛力大、綜合效益好的新興產業集群發展,成為國家安全和經濟社會發展的重要支撐,日益改變着人類生產生活方式。 

北斗衛星導航系統的產業應用如何? 

首先北斗晶片取得了突破進展,工藝製程從0.35微米提升到28納米,最低單片價格僅6元人民幣,總體性能達到甚至優於國際同類產品。截至2017年底,國產北斗晶片累計銷量突破5000萬片,高精度OEM板和接收機天線已分別佔國內市場份額30%和90%。   

其次,行業區域應用顯現規模化效益。以往人們基本使用國外衛星導航系統。如今,北斗已在公安、交通、漁業、電力、林業、減災等行業得到廣泛使用,正服務於智慧城市建設和社會治理。480萬輛營運車輛上線,建成全球最大的北斗車聯網平台,相比2012年,2016年道路運輸重大事故率和人員傷亡率均下降近50%。公安出警時間縮短近20%,突發重大災情上報時間縮短至1小時內,應急救援回應效率提升2倍。全國4萬餘艘漁船安裝北斗,累計救助漁民超過1萬人,已成為漁民的海上保護神。基於北斗的高精度服務,已用於精細農業、危房監測、無人駕駛等領域。 

大眾應用觸手可及。北斗逐漸由「高大上」轉為「接地氣」,日益走近百姓生活。世界主流手機晶片大都支援北斗,國內銷售的智能手機北斗正成為標配。共享單車配裝北斗實現精細管理。支持北斗的手錶、手環、學生卡,更加方便和保護人們日常生活。以北京為例,3.35萬輛出租車、2.1萬輛公車安裝北斗,實現北斗定位全覆蓋;1500輛物流貨車及1.9萬名配送員,使用北斗終端和手環接入物流雲平台,實現即時調度。 

 

 

參考文獻: 

北斗衛星導航系統官方網站 

中國北斗衛星 公司總裁 360個人圖書館 20150521 

《中國北斗衛星導航系統(全文)》 新華社 20160616 

《歐洲把中國踢出伽利略導航系統,中國連施兩招讓其至今還在療傷》   每日頭條 20160315 

上載日期:
2018年09月24日