中國北斗系統正式服務亞太地區

江蘇省錫山高級中學（214174） 王家偉 范曉偉

2012年12月27日，中國自主建設、獨立運行的北斗衛星導航系統啟動區域性正式服務，由16顆導航衛星組成的北斗衛星導航系統將向亞太大部分地區正式提供連續無源定位、導航、授時等服務。這是北斗系統建設和應用的一個里程碑，標志著我國在衛星導航系統建設方面“三步走”發展戰略第二步發展戰略目標的實現。

一、北斗系統概述

1. 北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統〔BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System，CNSS〕是中國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統（如圖1、圖2）。是繼美國全球定位系統（GPS）和俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS)之后第三個成熟的衛星導航系統，與美國的GPS、俄羅斯的“格洛納斯”（GLONASS）、歐盟的“伽利略”（GALILEO）系統并稱全球四大衛星導航系統。

圖1 北斗衛星導航系統標志圖

圖2 北斗衛星導航系統示意圖

北斗衛星導航系統由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星。地面端包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站。用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐盟“伽利略”（GALILEO）等其他衛星導航系統兼容的終端組成。可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力。

2. 北斗系統建設的“三步走”

中國作為發展中國家，擁有廣闊的領土和海域，高度重視衛星導航系統的建設，努力探索和發展擁有自主知識產權的衛星導航定位系統。在20世紀80年代到90年代，我國結合國情，科學、合理地提出并制訂自主研制實施“北斗”衛星導航系統建設的“三步走”發展戰略。

第一步，2000年建成了北斗衛星導航試驗系統，解決我國自主衛星導航系統的有無問題。第一步是試驗階段，即用少量地球同步靜止軌道衛星來完成試驗任務，為“北斗”衛星導航系統建設積累技術經驗、培養人才，研制一些地面應用基礎設施設備等。2000年以來，中國已成功發射了4顆“北斗導航試驗衛星”，建成北斗導航試驗系統（即“北斗一號”試驗系統）。這個系統具備在中國及其周邊地區范圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域發揮著重要作用。

第二步，建設北斗衛星導航系統，2012年形成區域覆蓋能力。第二步到2012年計劃發射10多顆衛星，建成覆蓋亞太區域的“北斗”衛星導航定位系統（即“北斗二號”區域系統）。截至2012年底，已經發射了16顆導航衛星組成的北斗衛星導航系統啟動區域性正式服務，開始向亞太大部分地區（覆蓋區域東經55度～180度）正式提供連續無源定位、導航、授時以及短報文通信等服務。

第三步，2020年左右，形成全球覆蓋能力。第三步到2020年，建成由5顆地球靜止軌道和30顆地球非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統，實現向全球免費提供定位、測速和授時的開放服務，定位精度為10米，授時精度為10納秒，測速精度0.2米/秒；同時還能為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶，授權提供更好的定位、測速、授時和短報文通信服務以及系統完好性信息的授權服務。

“北斗”區域衛星導航系統的建成對我國及周邊地區具有重要的應用意義。我國及周邊地區目前使用的衛星導航系統基本上是美國的GPS，作為一個航天大國來說，我國必須在衛星導航領域占有一席之地，這是非常重要的。首先，有了獨立自主的星地一體化系統以后，我國可以進一步開發衛星導航應用領域，并且把星地之間的一體化工作做好；而GPS系統在很多方面對我們并不開放，所以更無法介入其星地一體化設計。第二，“北斗”區域系統正式運行和提供服務以后，我國及周邊地區的用戶可以接收到除了GPS和GLONASS信號之外的新的衛星導航信號，從而多了一種選擇，多了一種可獲取的資源，有利于提高服務精度和質量。

二、北斗系統的優勢與“獨門絕技”

1. 北斗系統的優勢

北斗導航終端與GPS、“伽利略”和“格洛納斯”相比，優勢在于短信服務和導航結合，增加了通訊功能；全天候快速定位，極少的通信盲區，精度與GPS相當，而在增強區域也就是亞太地區，甚至會超過GPS；向全世界提供的服務都是免費的，在提供無源定位導航和授時等服務時，用戶數量沒有限制，且與GPS兼容；特別適合集團用戶大范圍監控與管理，以及無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用；獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計，可同時解決“我在哪”和“你在哪”的問題；自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。

2. 北斗系統的“獨門絕技”

北斗衛星導航系統和目前世界上三大導航系統（GPS、“伽利略”和“格洛納斯”）相比，不僅具備了定位導航功能，還具有自己獨特的功能。

（1）絕技一：精準授時，精度達兩千萬分之一秒

精確授時，即向地球報告最精確的時間，是衛星導航系統所能提供的主要功能之一。北斗衛星導航系統上裝置了我國自行設計研制的原子鐘，有了它，衛星就具有了精準的授時功能，精度可以達到兩千萬分之一秒，火車調度、銀行結算、航空航天工業等方方面面都離不開它；不僅在我們的生產生活中，精準的授時功能在軍事上更是不可或缺，巡航導彈之所以能夠完成精確打擊，就是通過衛星定位和高精確授時來對目標進行鎖定。北斗衛星導航系統的精準授時功能可以打破GPS壟斷，通過自主設備授時具有國家安全層面的重大意義。

（2）絕技二：短報文功能，信號盲區能發送短信

除了精準的授時功能，北斗衛星導航系統還具有一個其他導航系統不具備的獨特功能——短報文功能。短報文功能與目前的手機短信功能相類似，用戶可以通過終端發送一條長度為120個字的信息。短報文通信可以完成位置的報告和指揮調度的一些功能，目前世界上的三大導航系統（GPS、“伽利略”和“格洛納斯”）都不具備這樣的功能。通過北斗導航系統的短報文功能，用戶不僅自己能知道自己在哪兒，還能讓別人知道自己在哪兒，因此這短短的120個字在很多時候是救命的法寶。假如你去探險，你進入了一個陌生的森林、高山或沙漠地區，然后你迷路了，且不知道往哪兒走，別人也不知道怎么去救你的時候，你就可以利用“北斗”終端發短信，讓你使用的“北斗”系統的主站知道你的位置，并知道你所發生的事情。“北斗”系統發短信的獨特本領在手機信號穩定的城市鄉鎮可能意義不大，但對于在沒有手機信號或手機信號盲區的海上、沙漠、深山等荒僻地區的人們來說將可以派上大用場，可以解決救援、搶險救災、應急指揮中的定位與通信難題。

三、北斗系統的廣泛應用

1. 軍事應用

“北斗”衛星導航定位系統的軍事應用功能與GPS類似，如：飛機、導彈、水面艦艇和潛艇的定位導航；彈道導彈機動發射車、自行火炮與多管火箭發射車等武器載具發射位置的快速定位，以縮短反應時間；人員搜救、水上排雷定位等。“北斗”衛星導航定位系統也可應用于主動進行各級部隊的定位，除了可供各級部隊自身定位導航外，高層指揮部也可隨時通過“北斗”系統掌握部隊位置，并傳遞相關命令，執行部隊指揮與管制及戰場管理。

2. 民事應用

（1）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芯片的手機或車載衛星導航裝置找到你要走的路線。你可以向當地服務提供商發送文字信息告知你的要求，如查詢最近的停車位、餐廳、旅館或其他你想去的任何地方，服務商會立即根據你所在的位置，幫你找到需要的信息。然后，將一張地圖發送到你的手機上，甚至還會為你提供酒店房間、餐廳或停車位預定等增值服務。

（2）精密授時

精確的時間同步對于涉及國家經濟社會安全的諸多關鍵基礎設施至關重要，通信系統、電力系統、金融系統的有效運行都依賴于高精度時間同步。在移動通信中需要精密授時以確保基站的同步運行，電力網為有效傳輸和分配電力，對時間和頻率提出了嚴格的要求。北斗衛星導航系統的授時服務可有效應用于通信、電力和金融系統，確保系統安全穩定運行。

（3）氣象應用

全球衛星導航定位系統已在氣象領域得到廣泛應用，在其基礎上組建的地球大氣觀測系統是一種重要的觀測技術，可完成對大氣、海洋和空間環境的觀測，以及對環境中重要的風、云、電進行觀測。北斗導航衛星氣象應用的開展，可以促進我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平，提升我國氣象防災減災的能力。除此之外，北斗導航衛星系統的氣象應用對推動北斗導航衛星創新應用和產業拓展也具有重要的影響。

（4）應急救援

衛星導航已廣泛用于沙漠、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，救援成功的關鍵在于及時了解災情并迅速到達救援地點。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，大大減少人民生命財產損失。

（5）精細農業

隨著衛星導航技術的發展，使得農業生產方式由傳統粗放式耕作轉為精細管理成為可能，通過將衛星導航和地理信息相結合并應用于農業生產，可有效提高農業產量、降低成本、保護環境。北斗衛星導航系統的定位服務，可有效支持現代精細農業生產方式，充分利用農業資源，保護生態環境，產生顯著的經濟效益和環境效益。

（6）各類交通運輸應用

① 道路交通管理。衛星導航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。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。這些位置信息可用于道路交通管理。例如，指示車輛走暢通的道路，限制進入擁擠的道路，或通告司機前方擁堵的情況，建議走車輛較少的路線。如果車輛超速行駛而發生交通事故，則撞車時的速度、位置和時間信息均會被記錄在上，作為判斷是否違章的依據；如果車輛被盜或被搶，衛星導航會很快發現并跟蹤其位置，使盜賊無處藏身。

② 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。未來，北斗衛星導航系統將提供高可靠、高精度的定位、測速、授時服務，促進鐵路交通的現代化，實現傳統調度向智能交通管理的轉型。

③ 海運和水運。海運和水運是全世界最廣泛的運輸方式之一，也是衛星導航最早應用的領域之一。目前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持各種新型服務的開發。

④ 航空運輸。當飛機在機場跑道著陸時，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，可實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。通過將北斗衛星導航系統與其他系統的有效結合，將為航空運輸提供更多的安全保障。

⑤ 特殊貨物運輸監管。通過衛星導航，可實現對貴重貨物或危險品運輸的遠程跟蹤與監管，是現代物流業的新應用。為確保特殊貨物在交通運輸各個環節中的安全，客戶希望了解貨物在運輸途中的有關情況。安裝北斗衛星導航終端設備的車輛，支持實時查詢貨物位置或到達信息，通過與相關設備的配合，在車輛偏離預定路徑、發生盜搶、交通事故等意外情況下，可支持車輛位置及有關情況的報告，實現有效的全過程運輸監管。