北斗衛星導航系統發展之路

□ 北斗衛星導航系統工程總設計師 孫家棟

北斗衛星導航系統工程總師孫家棟作報告

世界衛星導航發展中的北斗

衛星導航系統能夠提供全天時、全天候、高精度的定位、導航和授時服務，是重要的空間信息基礎設施。世界各主要航天國家都十分重視衛星導航系統的建設、應用和發展。

一、競相發展的全球衛星導航系統

近40多年來，全球衛星導航系統競相發展，呈現出GPS一路領先，GLONASS曲折前進，北斗分步邁進、伽利略躑躅前行的態勢。導航衛星在軌數量逐步增加，服務性能穩步提升，應用領域日益擴展，成為人類社會不可或缺的空間信息基礎設施。

系統狀態：4大系統衛星在軌數量情況

GPS系統建成后，衛星數量相對穩定；GLONASS建成后由于各種原因，數量急劇下降，近年來，衛星數逐步增加；北斗系統2000年開始，發星、試驗、組網；伽利略系統2005年開始，發星試驗。根據計劃，2020年左右，4大全球系統的衛星數量都將達到30顆以上。

服務性能：導航信號發展情況、空間信號精度提升情況

為提升服務性能和導航戰能力，2005年后，GPS增加了新的導航信號。為促進應用，GLONASS新增了民用導航信號。為加強兼容互操作，北斗和伽利略系統對信號進行了適應性調整。在空間信號精度方面，GPS自2001年、GLONASS自2007年底得到大幅提升。

應用：衛星導航應用增長情況

近30年來，衛星導航從最初服務于軍事需求，逐步擴展到各個專業應用領域和大眾消費市場。近年來，衛星導航服務性能，特別是精度的提高，使導航應用得到了爆發式增長，導航終端銷量激增，全球產值大幅提高。

二、北斗對中國的貢獻

建成試驗系統，實現從無到有。2000年，我國發射了兩顆北斗導航試驗衛星，建成了北斗衛星導航試驗系統，解決了衛星導航系統的有無問題。

星箭組批生產，啟動組網發射。2004年，啟動了北斗衛星導航系統建設，首次開始批量研制生產衛星和運載火箭，密集組網發射，探索航天工業新的發展模式。

關鍵技術攻關，致力持續發展。通過技術攻關和工程實踐，攻克了星載原子鐘、高精度星地時間比對、監測接收機和用戶終端等多項關鍵技術，為北斗建設和可持續發展奠定了基礎。

發揮系統特色，應用初見成效。由于具有導航通信相結合的服務特色，試驗系統經過幾年發展，逐步被國內用戶認可，在漁業、交通、電力和國家安全等諸多領域得到了應用，特別是在汶川、玉樹抗震救災中發揮了重要作用。

培育人才隊伍，奠定發展基礎。經過十幾年來的工程實踐，大量的工程管理和技術人員得到了鍛煉，同時，還培養了一批系統應用方面的人才，為系統的未來發展提供了保障。

三、北斗對世界的貢獻

新增導航頻率資源，開辟新的發展空間。2000年，與有關國家和組織密切合作，爭取到了新的衛星導航頻率資源。世界各主要衛星導航系統都使用或將使用該頻段提供服務，為系統發展和應用開辟了新的空間。

促進全球競爭合作，推動系統共同發展。2007年，北斗衛星導航系統成為ICG(全球導航衛星系統國際委員會)確定的全球系統核心供應商之一。北斗系統的建設，促進了全球衛星導航領域的競爭合作，推動了全球衛星導航系統的發展。

世界衛星導航競爭中的北斗

世界衛星導航系統的競爭是不爭的事實，競爭的焦點是競相發展自主的更高性能、更加可靠、更高效益的衛星導航系統。我國決心建設北斗衛星導航系統，既有歷史機遇，也有現實挑戰。

挑戰一：建設高性能的北斗衛星導航系統

系統間的競爭實質上是技術上的角力，而系統性能是競爭的核心。最近有文章提到，4大系統的競爭，將是一場世界大賽，領先者將占據主導，落后者將被邊緣化。這并非危言聳聽，而是衛星導航系統全球化競爭下的殘酷現實。

建設高性能的北斗衛星導航系統，核心是擁有一套富有特色、擁有自主知識產權的新體制、新方案，包含多項關鍵技術。

挑戰二：建設高可靠的北斗衛星導航系統

用戶享受定位導航授時服務，就像我們使用水和電一樣，不能中斷。航空使用關乎生命安全，電力、通信、金融使用關乎經濟社會安全，大眾使用關乎公共安全。一個承諾提供可靠服務的衛星導航系統，要采取各種可靠性措施來保障。如果衛星可靠性不高，則系統頻繁補星帶來高額的運行維護費用，即使一個經濟大國也難以承受。必須在研制建設階段，就將系統可靠性擺在重要位置，將建設和運行統籌，以求系統可靠高效。

建設高可靠的北斗衛星導航系統，核心是實現與世界其他全球衛星導航系統同等甚至更優的可用性、連續性和完好性的系統指標，這將是我國航天史上一項系統極為復雜、規模龐大的可靠性工程。例如：

系統可靠性設計——提高系統可靠性的關鍵在于設計。我們的航天工程，從試驗衛星到應用衛星，從單星系統到多星組網系統，不僅是系統復雜度的提高，更主要的是可靠性要求的大幅提升。從經驗教訓中，我們越來越認識到，可靠性設計水平是系統可靠性的決定性因素。而提升可靠性設計水平，需要我們在觀念上、體制上和方法上有質的突破。實現北斗系統的可靠性目標，需要在基礎研究、方法培訓和工程實踐中加大投入力度，需要更多的專業人才付出巨大的努力。

星箭批產和高密度發射——建成全球衛星導航系統，我們要用10年左右的時間研制、生產、發射50多顆導航衛星，這是一項非常艱巨的任務。因此，我們必須解決星箭批量生產的問題，必須解決高密度發射的問題。

大型復雜星座控制與管理——北斗系統的空間段將由30多顆不同軌道類型的衛星組成，地面段由測控網、主控站、注入站和數量眾多的監測站組成。我們對這樣一個星地一體的衛星網絡的管控，沒有多少經驗。我們需要在技術、管理上深入研究探索，盡早形成能力。

挑戰三：發展高效益的北斗衛星導航系統

我國衛星導航市場的競爭力受限于我們的發展階段，相比國外產業進入成熟期，我們還處在成長期。這一差別本身不是挑戰，真正的挑戰是彌補這一差距的機制。

發展高效益的北斗衛星導航系統，核心是在國外系統競爭的情況下，在較短時間內完成北斗在國家經濟安全領域的推廣應用和在大眾市場的迅速擴展。主要挑戰有：

核心自主知識產權的接收機芯片——自主知識產權的挑戰是不言而喻的。目前，在衛星導航芯片這一核心技術領域，我們的專利還寥寥無幾，而國外廠商僅基帶芯片已擁有2000多項專利。我們完全有理由擔憂，在不遠的將來，會不會出現又一個“有機無芯”的產業。解決這一問題，十分緊迫，需要創造更好的機制，鼓勵在基礎研究、產品開發等方面自主創新，掌握核心技術，保護自主知識產權，提高核心競爭力。

有競爭力的應用解決方案和規模推廣策略——目前，GPS已占據我國衛星導航應用絕大部分市場，在這種情況下，北斗系統產業化面臨巨大挑戰。我國擁有全球衛星導航應用的最大市場，緊緊抓住應用的基礎市場，充分發揮北斗服務特色，創造性地提出應用解決方案和規模化推廣策略，是北斗系統應用推廣和產業化的關鍵。

面臨的歷史機遇：

國家戰略需求迫切:衛星導航系統是國家重要的空間信息基礎設施。保障國家安全、轉變經濟發展方式、促進國家信息化建設、培育戰略性新興產業，是全球衛星導航系統最有力的需求牽引。

國家經濟實力保障:衛星導航系統的建設和發展需要國家巨額投入。目前，隨著經濟實力不斷增強，國家為建設自主系統提供了經費保障。

實施導航重大專項:國家已批準實施北斗衛星導航系統重大科技專項，在政策扶持、資金投入、組織管理等方面予以有力支撐，更加凸顯了其國家行為。

把握機遇，迎接挑戰，實現“質量、安全、應用、效益”的目標，需要創新組織管理模式，建立科學的競爭、激勵、監督、評價機制，關注政策、標準、人才、合作、文化、知識產權等。

有競爭力的北斗衛星導航系統應用服務解決方案和規模化推廣策略模擬圖

北斗導航衛星發射升空

世界衛星導航愿景中的北斗

未來10年，全球將出現4大衛星導航系統共存互補的局面，天上將會有100多顆導航衛星。用戶將享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多樣的定位導航授時服務，衛星導航將以更大的規模，應用在更廣泛的領域。作為其中的一員，獨具中國特色的北斗系統將發揮重要作用。

一、中國特色的北斗

2020年前，建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的全球衛星導航系統，達到國際一流水準，并具有中國特色。

發展策略：突出區域、面向全球

首先實現我國及周邊地區覆蓋，然后逐步擴展覆蓋全球。面向全球提供服務，我國及周邊地區可獲得更高精度服務。

系統服務：授權服務和免費開放

在全球范圍內，提供授權服務和免費的開放服務。在我國及周邊地區，還提供短報文和差分完好性服務。

組織實施：充分發揮新形勢下舉國體制作用

發揮中國特色社會主義的制度優勢，發揮市場在資源配置中的基礎性作用。

二、服務國家的北斗

未來，北斗將為我國提供統一的時空基準服務，在我國國家安全和國民經濟社會各領域得到廣泛應用，保障國家經濟社會安全，轉變國民經濟發展方式，成為戰略性新興產業，促進信息化建設的跨越式發展。

推動應用領域創新，提升應用規模

充分發揮衛星導航產業關聯度高、滲透性強的特點，不斷衍生出新應用、新產品、新市場，進一步拓展衛星導航服務領域和應用規模，實現衛星導航無處不在。

推動應用方式創新，提升應用質量

“創新應用，方法先行”。發揮衛星導航應用只受想象力限制的特點，持續創新應用方法，深度挖掘應用潛力，大幅提升應用質量。

推動應用價值創新，提升應用效用

充分發揮衛星導航與其他信息產業間互補、融合、增值的特點，創新應用價值，提升應用效果，成為我國經濟社會增收增效的“新引擎”。

三、面向世界的北斗

作為全球衛星導航系統核心供應商之一，北斗衛星導航系統將致力于推動全球衛星導航系統建設和產業發展。

通過國際交流合作，將致力于實現與世界其他衛星導航系統的兼容互操作，為用戶提供更好的服務。

融入國際民航、海事等標準體系，使北斗擁有其他全球衛星導航系統全球應用的同等質量和同等地位。