炫亮科技星空的“北斗星”

王令朝

2011年4月10日，我國(guó)用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭將第八顆“北斗星”定位導(dǎo)航衛(wèi)星成功地送上太空，這意味著我國(guó)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)又向前邁出了一大步，我國(guó)成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星定位導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家。那么。北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)究竟是怎樣的一個(gè)“東東”，它與GPS又有怎樣的不同呢?

橫空出世的國(guó)產(chǎn)“衛(wèi)星眼”

衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是一種具有廣泛商業(yè)和軍事用途的高科技產(chǎn)物，小到機(jī)動(dòng)車輛定位、電子地圖。大到高速列車控制、導(dǎo)彈追蹤……都離不開衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。為了打破目前美國(guó)GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在全球一統(tǒng)天下的壟斷格局，我國(guó)從20世紀(jì)80年代起開始研究和規(guī)劃北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，并于2000年10月31日、2000年12月21日和2003年5月25日成功發(fā)射三顆“北斗一號(hào)”定位導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，從此拉開了我國(guó)自主掌控衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的大幕。

第一代北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是由三顆“北斗一號(hào)”定位衛(wèi)星組成的，其中兩顆是工作衛(wèi)星、一顆是備用衛(wèi)星，地面部分則包括控制中心和用戶終端。該系統(tǒng)可向用戶提供全天候的即時(shí)定位服務(wù)，其定位精度約為幾十米，授時(shí)精度約為100納秒。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，它和已有的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)一起，對(duì)城市道路交通、比賽場(chǎng)館安全等定位監(jiān)控發(fā)揮了卓有成效的“安保”作用。

據(jù)悉，規(guī)劃中的第二代北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是由空間段、地面段和用戶段三個(gè)部分所組成。其中空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。它提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)，開放服務(wù)是指在服務(wù)區(qū)域內(nèi)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，其定位精度為10米、授時(shí)精度為50納秒、測(cè)速精度為0.2米／秒：而授權(quán)服務(wù)則是指向?yàn)橛懈呔取⒏呖煽慷ㄎ粚?dǎo)航需求的授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)信息。

設(shè)計(jì)獨(dú)特的“北斗星”

專家指出，我國(guó)北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有著巨大的差別。

眾所周知，GPS和GLONASS系統(tǒng)都是使用24顆高度約為20000千米的衛(wèi)星，GPS系統(tǒng)分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面4顆；而GLONASS系統(tǒng)則分布在3個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面有8顆衛(wèi)星，衛(wèi)星的分布能使人們?cè)谌蛉魏蔚胤健⑷魏螘r(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。由此獲得高精度的三維定位數(shù)據(jù)。它們的用戶終端都是被動(dòng)接收鄰近衛(wèi)星發(fā)出的含時(shí)間代碼的脈沖信號(hào)，并在自己的接收裝置上解算來自多顆衛(wèi)星的信號(hào)，最終確定自己的空間定位：而北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶終端則不需要被動(dòng)接收衛(wèi)星的信號(hào)就可以獲得自己的空間定位位置。也就是說，它只要發(fā)射一串含時(shí)間代碼的脈沖信號(hào)給鄰近衛(wèi)星，衛(wèi)星接收后再發(fā)射信號(hào)給地面主控站，由主控站負(fù)責(zé)解算往返于衛(wèi)星、主控站、用戶之間的信號(hào)代碼，最后再將解算的定位信息傳送到用戶終端。

最令人驚喜的不同是，北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)它不僅能使用戶知道自己的所在位置，而且還可以告訴別人自己在什么地方。這個(gè)獨(dú)創(chuàng)性的功能特別適用于需要導(dǎo)航與移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的場(chǎng)合、例如交通運(yùn)輸、調(diào)度指揮、搜索營(yíng)救、地理信息實(shí)時(shí)查詢，等等。

我國(guó)的下一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)是到2020年左右建成由30余顆衛(wèi)星組成、覆蓋全球區(qū)域的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其系統(tǒng)性能將達(dá)到同期的國(guó)際先進(jìn)水平。

專家指出，國(guó)產(chǎn)“衛(wèi)星眼”不僅打破了GPS的壟斷，而且還可為國(guó)人提供各種優(yōu)質(zhì)、免費(fèi)的服務(wù)。例如，當(dāng)你進(jìn)入一個(gè)不熟悉的地方時(shí)，可以使用裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的手機(jī)或車栽衛(wèi)星導(dǎo)航裝置查詢要走的路線：又如，你可以向當(dāng)?shù)胤?wù)提供商發(fā)送文字信息。查詢最近的停車位、餐廳、旅館等。服務(wù)商會(huì)根據(jù)你所在的位置提供需要的信息：再如，當(dāng)你在沙漠、山區(qū)、海洋等人煙稀少地區(qū)進(jìn)行搜索救援時(shí)，除了導(dǎo)航定位外還可通過短報(bào)文及時(shí)報(bào)告所處位置和受災(zāi)情況……