北斗衛星導航系統:太空超級指南針

　　2010年12月18日，我國在西昌衛星發射中心使用長征三號甲運載火箭，成功將第7顆北斗導航衛星送入太空預定轉移軌道。以北斗導航試驗系統為基礎，我國開始逐步實施北斗衛星導航系統的建設，首先滿足中國及其周邊地區的導航定位需求，進而逐步擴展為全球衛星導航定位系統。中國衛星導航系統管理辦公室在運載火箭上使用了北斗衛星導航系統標志。
　　發展背景
　　全球衛星定位系統已經被譽為“太空超級指南針”，在軍民運用領域占據重要地位。其中，尤以美軍GPS技術最為成熟，運用最為廣泛。GPS制導精度高、制導方式靈活，已成為精確制導武器的一種重要制導方式。在近幾場高技術局部戰爭中，美軍使用精確制導導彈和炸彈的比例比海灣戰爭時增加了近100倍，而它們全部或大部分都依靠GPS制導。在裝有GPS接收終端的彈藥擊中目標引爆的瞬間，觸發用戶機進行定位，并將位置信息和時間信息迅速傳送到指揮中心，從而進行命中率評估，其評估效果已在伊拉克戰爭中得到充分檢驗。單兵作戰系統利用定位和通信功能，為單兵提供位置信息和時間信息服務，同時可將單兵的位置信息實時動態傳送到指揮機構，并及時向單兵發送指令，提高單兵作戰能力。科索沃戰爭中，美軍的F-117隱形飛機被擊落后，由于飛行員配備了GPS接收機的呼救裝置，從而使美軍能搶在南聯盟軍隊之前，在7小時內找到并救出飛行員。此外，利用GPS可提供高精度授時，為軍用通信網絡提供統一的時標信息，從而使通信網絡速率同步，保證通信網中的所有數字通信設備工作于同一標準頻率上。可以說，離開GPS系統，美軍的作戰行動將寸步難行。
　　目前，全球衛星導航定位系統發展迅速，但是絕大多數的軍民應用范疇都是建立在美國GPS基礎之上。不過，美國GPS也絕非完美無缺。例如，其規模太大、造價太高，其他國家很難效仿；GPS只能導航，無法通信，因而不能滿足日益增長的用戶需求；如果僅依賴GPS，則很容易受到美國控制，一旦發生戰爭，美國關閉GPS或加大民用碼誤差，后果不堪設想。此外，在近幾場局部戰爭中，GPS也暴露出了一些問題。在一般情況下，從衛星反饋到地面的信號很小，如果對方采取各種干擾措施，就會使GPS接收機無法正常工作，從而使其導航定位精度降低或產生誤導。在伊拉克戰爭中，伊軍在其境內部署了一些GPS干擾裝置，結果使美軍的GPS制導武器大失水準，有部分導彈甚至飛到了伊朗、土耳其境內。2003年3月白宮官員為此指責俄羅斯公司向伊提供了GPS干擾設備。另據報道，俄羅斯目前已經研制成功一種手持式GPS干擾器，可干擾150公里范圍內的GPS信號。因此，中國發展全球衛星導航網也引發了外界對“北斗”軍事用途的猜測。據美國《連線》雜志撰文猜測，2012年之前，中國將再發射8到10顆北斗衛星，進一步擴大其覆蓋范圍，到2020年可覆蓋全球。文章進一步認為，北斗覆蓋全球就意味著“中國的衛星制導武器具備了全天候精確打擊能力”。韓國《朝鮮日報》此前甚至猜測，中國北斗衛星導航系統可以從衛星上發出電波，提高導彈命中率并收集全球領域的各種情報。雖說韓國媒體的臆斷帶有科幻風格，但是也從側面證明了北斗系統的潛力。
　　發展歷程
　　一般認為，我國北斗導航系統經過了“北斗一號”和“北斗二號”兩個發展階段。第一代衛星導航定位系統“北斗一號”于2003年12月正式開通運行，利用兩顆地球同步軌道衛星為用戶提供全天候的快速定位、簡短數字報文通信和授時服務，是區域衛星導航系統，只能用于中國及其周邊地區。“北斗一號”不僅具備其他無源定位系統，如GPS、“格洛納斯”的定位和授時功能，同時還具有獨特的雙向數字報文通信能力。用戶在實施定位的同時，即可完成位置報告。美國GPS是一個接收型的定位系統，只轉播信號，用戶接收就可以做定位了，不受容量的限制。而“北斗一號”是雙向的，既有定位又有通信的系統，有容量的限制。據西方媒體報道，在戰時，“北斗一號”可為中國軍隊的高精尖武器提供精確的衛星制導，為戰場的士兵提供準確的戰場環境資料，對提高中國的國防現代化水平有著重要的意義。
　　目前，正在進行之中的“北斗二號”工程，計劃2015年建成一個由三十幾顆衛星組成的全球導航定位系統。不過，“北斗二號”并不是“北斗一號”功能的簡單延伸，更類似于GPS全球定位系統和伽利略系統。系統空間段將由5顆靜止軌道衛星和三十幾顆非靜止軌道衛星組成，它們是無源導航衛星，不同于第一代的有源導航，這可以為需要導航的用戶帶來極大的安全需求，更不容易受到干擾。據公開媒體報道，“北斗二號”主要提供兩種服務方式 ：開放服務和授權服務。開放服務是在服務區免費提供定位、測速和授時服務，定位精度為10米，授時精度為50納秒，測速精度為0.2米/秒。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務。
　　北斗系統的研發體現了從簡到繁、量力而行的特點——先以“雙星定位”的“小系統”積累經驗，進行技術攻關，隨后發展三十幾顆衛星構成的“大網絡”，實現全球覆蓋。此外，北斗并沒有照搬美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”模式，體現出中國特色，例如其獨特的衛星短信收發功能已在軍演和救災中經受了檢驗。有人預言，北斗衛星系統一旦成形以后，咱們中國老百姓就可以用北斗，而不用GPS了。不過，要與實力強大的GPS爭取市場，使用我們自己的導航衛星提供的定位服務，不但需要提供高水準的服務，還要有一個過程。
　　實踐運用
　　經過多年的不斷發展和建設，北斗衛星導航系統在測繪、漁業、交通運輸、電信、水利、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域得到應用，特別是在四川汶川、青海玉樹抗震救災中發揮了非常重要的作用。GPS解決了一個我在哪里的定位問題，比如在沙漠里、在海洋上。而北斗不僅僅解決了我在哪里，它還解決你在這里他在哪里的問題，北斗的定位需要發射然后再得到位置，同時它的位置可以傳給你也可以傳給關心你的人，實際上北斗是具有一個定位和通信雙重功能的設備。因此，有評論說北斗系統將成為一個生命線工程。2009年夏季陜南由于大雨成災，用北斗做了幾十個站，做雨量的測試，直接傳到陜西省的救災辦公室，主管的一位副省長就在現場，實時地通過北斗得到了陜南的降雨情況，效果非常好。
　　四川汶川地震發生后，在災區通信不暢的情況下，北斗系統為各部隊提供了有效的保障，在掌握部隊位置、災情報告、支援請求、信息互通、位置指示和機降引導等方面發揮了重要作用。這也是我國第一代北斗導航衛星成功應用的典范。2008年北京奧運會期間，北斗在交通、場館安全的定位監控方面，和已有的GPS衛星定位系統一起，發揮“雙保險”作用。目前，北斗試驗衛星導航系統已成功服務于黑龍江大興安嶺森林防火信息系統、瀾滄江上湄公河船舶調度管理系統、吉林“尼爾基”嫩江流域水情自動測報系統及青藏高原無人值守自動氣象站系統等。另外，基于北斗試驗衛星導航系統開發的“漁船監控調度系統”，可實時將船只的位置信息通過北斗導航試驗衛星傳輸至漁業管理部門的監控中心，為遠海漁業的安全作業提供了保障。依靠“北斗一號”系統，我國還成功重新測量了珠峰的精確高度。