“北斗”距離GPS有多遠(yuǎn)?：北斗第八星成功發(fā)射暨北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本系統(tǒng)建設(shè)完成的影響與展望

□ 本刊特約記者 劉 斐

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星電池帆板

當(dāng)下，一提到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，人們就會不由地聯(lián)想到美國的GPS，它幾乎成為導(dǎo)航的代名詞。GPS以其高精度的定位服務(wù)、精準(zhǔn)的授時服務(wù)和發(fā)達(dá)的應(yīng)用開發(fā)，大大拉近了太空與普通人的距離。

在如今的全球衛(wèi)星導(dǎo)航市場上，雖然仍是GPS一家獨大，但考慮到國家安全和利益，俄羅斯在加速恢復(fù)、歐洲在積極部署自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——“格羅納斯”和“伽利略”，我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也是基于這一背景開始組網(wǎng)建設(shè)。

從2000年開始組建的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)，到日前第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功入軌，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和組網(wǎng)情況進(jìn)展如何？在導(dǎo)航應(yīng)用過程中可以發(fā)揮怎樣的作用？“北斗”距離GPS還有多遠(yuǎn)？如何推動北斗導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展？記者就此專訪了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計師孫家棟、中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項管理辦公室主任冉承其和技術(shù)部副主任郭樹人。

星座格局——最終完成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)

第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星是今年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)的第一次發(fā)射，也是第六顆組網(wǎng)衛(wèi)星，它的成功入軌，標(biāo)志著北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本系統(tǒng)建設(shè)完成，在我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷史上具有重要意義。至此，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用進(jìn)入了新的發(fā)展階段，對我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。

北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)在全球衛(wèi)星導(dǎo)航史上具有特殊的意義。無論是美國的GPS、俄羅斯的“格羅納斯”還是歐洲的“伽利略”，都是一步建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。而“北斗”的特色就在于，它先解決了有無的問題，即建立了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)；第二步再建設(shè)一個與GPS、“格羅納斯”和“伽利略”一樣的導(dǎo)航體系，只不過這個體系的覆蓋區(qū)域是中國及周邊地區(qū)而不是全球；第三步再通過將近10年的時間，建設(shè)一個可以與當(dāng)時世界上最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能相媲美的、全球覆蓋的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

冉承其介紹說，實際上前面幾顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)后，就已經(jīng)可以使用了，只不過不能夠提供連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的導(dǎo)航服務(wù)，而對于導(dǎo)航來講，連續(xù)的服務(wù)是一個至關(guān)重要的考量因素。

此次北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功組網(wǎng)，使北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成了“3+3”的基本系統(tǒng)，也就可以保證整個系統(tǒng)能夠提供連續(xù)的導(dǎo)航服務(wù)；同時，用戶系統(tǒng)和地面的應(yīng)用終端也具備了基本的應(yīng)用條件。綜合以上兩點，這一區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的基本系統(tǒng)將具備向我國大部分地區(qū)提供初始服務(wù)的條件。

從初步的測試數(shù)據(jù)來看，在第八顆北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)之前，“北斗”的定位精度就已經(jīng)可以達(dá)到20米以內(nèi)，在我國境內(nèi)的主要地區(qū)可以達(dá)到10米。而隨著北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本系統(tǒng)的建成，其定位精度還將進(jìn)一步提高。所以，對于我國境內(nèi)的人群而言，這一基本系統(tǒng)提供的導(dǎo)航服務(wù)已經(jīng)可以滿足日常基本生活的導(dǎo)航需要，使用性能與GPS相差不大。目前，包括我國大陸及臨海，朝鮮、韓國、日本，以及東南亞、澳大利亞的一部分，都已經(jīng)實現(xiàn)了北斗系統(tǒng)的基本覆蓋。

“這就如同一輛車，現(xiàn)在車輛的最簡配置已經(jīng)有了，完全可以上路行駛，但要進(jìn)一步追求車內(nèi)的豪華配置或是滿足更高要求的安全性和可靠性，就需要進(jìn)一步發(fā)展。”冉承其用生動的比喻來形容這一基本系統(tǒng)所處的發(fā)展階段和狀態(tài)。

長三甲火箭平臺測試

在廠房組裝衛(wèi)星

導(dǎo)航不單要靠天上的空間星座，還要靠地面系統(tǒng)強(qiáng)有力的支持，需要天地配合，協(xié)調(diào)一致。也正因為如此，這一基本系統(tǒng)建成后，還需要經(jīng)過6個月左右的時間進(jìn)行星地組網(wǎng)和連調(diào)測試，才能夠提供真正意義上的導(dǎo)航服務(wù)。

今明兩年，我國還將陸續(xù)發(fā)射8顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，在“3+3”的基礎(chǔ)上形成“5+5+4”的星座格局，通過星座結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)和備份，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并最終完成北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)。

集納優(yōu)勢——彰顯世界導(dǎo)航系統(tǒng)首創(chuàng)實力

目前，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最高水平無疑就是GPS了。

早在1994年，GPS的定位精度已經(jīng)達(dá)到30米左右。在應(yīng)用過程中，隨著空間星座與地面系統(tǒng)的不斷磨合，軟件處理的能力和水平不斷提高，其定位精度也在不斷優(yōu)化。目前，GPS靠空間系統(tǒng)本身提供的導(dǎo)航精度已經(jīng)可以達(dá)到6米左右，如果在地面配以其他基礎(chǔ)設(shè)施對其加強(qiáng)，則可以達(dá)到幾十厘米甚至幾厘米的定位精度。

至少幾十厘米的定位精度在GPS提供的商業(yè)服務(wù)中已經(jīng)存在，只不過是收費服務(wù)。這種精度適用于測繪等專業(yè)用戶的需求，而我們?nèi)粘Ｉ钏璧膶?dǎo)航服務(wù)只需達(dá)到5米、6米的精度就可以了。

北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成以后，在亞太地區(qū)的導(dǎo)航精度將與GPS相當(dāng)或略有差距，除非特別專業(yè)的導(dǎo)航要求和應(yīng)用，一般用戶在使用方面不會有明顯的感覺。等到2020年左右北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成之后，“北斗”所提供的定位精度在全球范圍內(nèi)將與GPS相抗衡，而在增強(qiáng)區(qū)域也就是亞太地區(qū)，“北斗”的精度甚至?xí)^GPS。

同時，“北斗”有其與生俱來的優(yōu)勢。

一個就是“北斗”所特有的短報文功能。郭樹人以漁業(yè)、運(yùn)輸業(yè)的管理為例，向記者講解了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所獨具的短報文功能的優(yōu)勢所在?！袄肎PS，每條漁船、每輛車輛都能夠知道自己的具體方位；而利用‘北斗’，除了讓漁船和車輛實現(xiàn)自我定位之外，還能將信息統(tǒng)一收集和回收到管理中心，在那里的大屏幕上就可以一目了然地知道所有漁船或車輛都分布在什么地方。”

“北斗”在軌道設(shè)計方面的特色和優(yōu)勢，在世界導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)中也是獨一無二的。

美國GPS基于6個軌道面設(shè)計，每個軌道面分布4顆衛(wèi)星；俄羅斯則考慮到3個軌道面的設(shè)計對于高緯度地區(qū)的覆蓋效果好，而選取了3個軌道面的設(shè)計，每個軌道面分布8顆衛(wèi)星。

通過后來的實際驗證發(fā)現(xiàn)，3個軌道面的設(shè)計在全球的導(dǎo)航定位性能也都很好，所以后來歐洲的“伽利略”也采用了這一設(shè)計。

北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)在綜合了諸多有益經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，也將中圓軌道確定為3個軌道面，每個軌道面分布8顆衛(wèi)星。同時，為了提高區(qū)域覆蓋性能，“北斗”還將保留在區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中采用的地球同步靜止軌道和傾斜地球同步軌道相組合的軌道設(shè)計，相較于中圓軌道的導(dǎo)航性能來講，在實現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш礁采w和提升區(qū)域?qū)Ш骄确矫?，能夠用更少的衛(wèi)星達(dá)到更好的導(dǎo)航性能和效果，是最經(jīng)濟(jì)、最簡單、最實用的設(shè)計方法。

研討發(fā)射細(xì)節(jié)，左為長三甲系列火箭總指揮岑拯

仔細(xì)認(rèn)真

無論是美國的GPS、俄羅斯的“格羅納斯”，還是歐洲的“伽利略”，都只有一種軌道設(shè)計，即中圓軌道設(shè)計，只不過區(qū)別在選取3個軌道面還是6個軌道面上。而我國的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)則集中了3種軌道設(shè)計——地球同步靜止軌道、傾斜地球同步軌道和中圓軌道，在保留中圓軌道3個軌道面設(shè)計的基礎(chǔ)上，集納了多種軌道設(shè)計的優(yōu)勢于一身，是世界導(dǎo)航系統(tǒng)的首創(chuàng)。

應(yīng)用發(fā)展——讓“北斗”成為導(dǎo)航代名詞

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)沒有最終的理想狀態(tài)，永遠(yuǎn)都在不斷地發(fā)展、完善。

在北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)過程中，需要進(jìn)一步提升衛(wèi)星的性能，還要突破很多關(guān)鍵技術(shù)。為此，航天人需要急智攻關(guān)，形成合力，盡早突破技術(shù)，形成能力，讓北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航星座盡早建成。

孫家棟院士指出，比導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)更為重要的是，讓國內(nèi)市場上的廣大用戶認(rèn)可、接受和支持自己的導(dǎo)航系統(tǒng)。在GPS已經(jīng)先入為主的情況下，“北斗”團(tuán)隊必須要檢查自己的工作，不管是從事衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)的，還是從事地面運(yùn)控的，都要下工夫提高產(chǎn)品質(zhì)量，以提供高質(zhì)量的導(dǎo)航服務(wù)，取得用戶的信任。

美國GPS導(dǎo)航衛(wèi)星

同時，對于導(dǎo)航系統(tǒng)來講，單靠天上的衛(wèi)星也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要靠空間星座與地面系統(tǒng)的協(xié)同配合，形成有機(jī)整體，以保證導(dǎo)航系統(tǒng)的連續(xù)性、穩(wěn)定性、可靠性，提供高精度的定位和精準(zhǔn)授時服務(wù)。所以，在推動空間工程建設(shè)和維護(hù)的同時，還要促進(jìn)地面運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和完善，并花大力氣系統(tǒng)地推進(jìn)導(dǎo)航應(yīng)用。

其中，系統(tǒng)開發(fā)導(dǎo)航應(yīng)用是一個重要課題。我國的導(dǎo)航應(yīng)用市場并不是空白的，在GPS已經(jīng)占領(lǐng)絕大部分市場的情況下，要想讓“北斗”擁有立足之地甚至實現(xiàn)絕地反擊，就必須從國家層面上予以支持和推動。要集中國家力量，加大經(jīng)費投入，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)作出全面、系統(tǒng)的規(guī)劃，在產(chǎn)業(yè)政策、科技政策、人才政策、資金政策等多方面予以傾斜和扶持。

而作為普通百姓，我們要相信民族品牌，相信中國的自主導(dǎo)航能力，在技術(shù)性能相當(dāng)?shù)那疤嵯?，支持民族品牌，更多地?yīng)用“北斗”，也才能更好地推動“北斗”應(yīng)用的發(fā)展。

讓我們共同期待，在不遠(yuǎn)的將來，當(dāng)我們談?wù)摰叫l(wèi)星導(dǎo)航時，“北斗”能夠與GPS相提并論甚至實現(xiàn)超越。

伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星星座

俄羅斯格羅納斯M型衛(wèi)星