“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨不可錯(cuò)失的戰(zhàn)略機(jī)遇期

廖春發(fā) 趙爽（北京空間科技信息研究所）

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性空間資產(chǎn)，同時(shí)也是確保國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)利益和戰(zhàn)略獨(dú)立性的關(guān)鍵空間基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）進(jìn)入了多星座既競(jìng)爭(zhēng)又合作的新階段，美、俄、中、歐“一超三強(qiáng)”的競(jìng)爭(zhēng)格局正在全球形成。各主要航天大國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是：爭(zhēng)奪國(guó)家優(yōu)勢(shì)地位、搶占技術(shù)制高點(diǎn)和全球市場(chǎng)份額，而各大國(guó)間開展合作的熱點(diǎn)是兼容與互操作。中國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“北斗”系統(tǒng)）從提供區(qū)域服務(wù)向全球服務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期面臨不可錯(cuò)失的戰(zhàn)略機(jī)遇期，這一機(jī)遇期短則2～3年，長(zhǎng)則7～8年，可謂稍縱即逝，不可錯(cuò)失。

1 “北斗”系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)獲突破性進(jìn)展，國(guó)外高度評(píng)價(jià)“北斗”衛(wèi)星性能

2012年中國(guó)通過4次發(fā)射將6顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星送入不同軌位，創(chuàng)造了歷年發(fā)射之最。為鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)參與“北斗”衛(wèi)星用戶終端研發(fā)，推動(dòng)“北斗”的廣泛應(yīng)用，2012年12月27日，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室公布了“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（ICD）正式版，并宣布自即日起“北斗”系統(tǒng)開始向亞太地區(qū)提供區(qū)域服務(wù)。目前，“北斗”區(qū)域系統(tǒng)由5顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星和4顆中圓軌道（MEO）衛(wèi)星組成，可提供優(yōu)于10m的定位精度、優(yōu)于0.2m/s的測(cè)速精度和優(yōu)于50ns的授時(shí)精度。

以上事實(shí)表明，中國(guó)已掌握了建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所必須的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，并已突破了下一步發(fā)展“北斗”全球系統(tǒng)所需的許多關(guān)鍵技術(shù)，包括多軌道多星組網(wǎng)、一箭雙星精確入軌、精確測(cè)軌和軌道同步技術(shù)，尤其是西方國(guó)家嚴(yán)密控制的高精度星載原子鐘技術(shù)和衛(wèi)星組件抗輻射加固技術(shù)。同時(shí)，在“北斗”用戶終端研制上還突破了芯片、模塊、電子地圖等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品。目前，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“北斗”/“全球定位系統(tǒng)”（GPS）雙模芯片已經(jīng)在車載終端中得到了實(shí)際應(yīng)用，區(qū)域示范項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)。交通運(yùn)輸部正在9個(gè)省市的三類車輛中強(qiáng)制推廣應(yīng)用“北斗”系統(tǒng)。

“北斗”系統(tǒng)的這些重大進(jìn)展不僅使國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手敬畏，也得到了國(guó)外同行的高度贊譽(yù)。據(jù)GNSS內(nèi)參網(wǎng)站透露，2013年1月8日歐洲GNSS接收機(jī)制造商Septentrio公司借助最新公布的ICD文件，成功地跟蹤到“北斗”系統(tǒng)的信號(hào)，并通過GPS+“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）+“北斗”三星座算法成功進(jìn)行了位置/速度/時(shí)間（PVT）計(jì)算。該公司對(duì)“北斗”系統(tǒng)的性能表示“非常驚訝，其性能超出預(yù)計(jì)，表征出一個(gè)相當(dāng)成熟的星座特征”，而且“北斗”系統(tǒng)對(duì)于其定位接收機(jī)性能的改善超出了Septentrio公司對(duì)于一個(gè)正在部署中的導(dǎo)航星座的期望，盡管其解決方案中并沒有用到差分修正，但總體定位結(jié)果已經(jīng)顯示出引入“北斗”星座后性能的改善。即使是以目前“北斗”星座部署狀態(tài)，Septentrio公司正在研制的多星座接收機(jī)在歐洲地區(qū)上空可觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)量也可達(dá)到26顆，其中包括2顆“北斗”IGSO衛(wèi)星和2顆“北斗”MEO衛(wèi)星。Septentrio公司表示，“北斗”系統(tǒng)對(duì)于多星座接收機(jī)的使用者而言，將獲得更好的性能，例如城市地區(qū)的導(dǎo)航和信號(hào)完好性等。

2 GNSS建設(shè)進(jìn)入既競(jìng)爭(zhēng)又合作的新階段，中國(guó)面臨新機(jī)遇

近年來，美、俄、歐、中等航天大國(guó)或組織正在加快各自衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)步伐，呈現(xiàn)出多系統(tǒng)并存、既有競(jìng)爭(zhēng)又有合作的態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)在2020年左右，美國(guó)新一代導(dǎo)航衛(wèi)星GPS－3、俄羅斯新一代導(dǎo)航衛(wèi)星GLONASS－K和歐洲正在部署的“伽利略”（Galileo）衛(wèi)星都將投入運(yùn)營(yíng)。當(dāng)前，各主要航天大國(guó)在GNSS系統(tǒng)建設(shè)中競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是搶占技術(shù)制高點(diǎn)和對(duì)兼容互操作及規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)的話語(yǔ)權(quán)。

在這場(chǎng)博弈中，美國(guó)無論在技術(shù)上，還是在規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)上都處于遙遙領(lǐng)先的地位；歐盟Galileo計(jì)劃雖然進(jìn)展緩慢，一波三折，但由于技術(shù)起點(diǎn)較高，仍有可能后來居上；俄羅斯正汲取以往的教訓(xùn)，加強(qiáng)GLONASS衛(wèi)星的應(yīng)用開發(fā)，加速新一代衛(wèi)星的研發(fā)和部署，力圖在衛(wèi)星系統(tǒng)性能上趕超美國(guó)。2013年1月12日，俄羅斯航天局發(fā)布《2013－2020年俄羅斯航天活動(dòng)》文件，宣布未來8年將發(fā)射13顆GLONASS－M衛(wèi)星和22顆GLONASS－K衛(wèi)星，俄羅斯的國(guó)家目標(biāo)是：到2015年使GLONASS系統(tǒng)的定位精度達(dá)到1.4m，2020年達(dá)到0.6m。中國(guó)將開始發(fā)展“北斗” 全球系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2020年建成由5顆GEO衛(wèi)星、27顆MEO衛(wèi)星和3顆IGSO衛(wèi)星組成的“北斗”全球系統(tǒng)。由此可見，從現(xiàn)在起到2020年的8年中，中國(guó)在這場(chǎng)四大供應(yīng)國(guó)爭(zhēng)奪技術(shù)制高點(diǎn)和兼容互操作等規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)話語(yǔ)權(quán)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中既面臨戰(zhàn)略機(jī)遇又面臨巨大挑戰(zhàn)。

“北斗”/GPS雙模兼容接收機(jī)模塊

3 “一超三強(qiáng)”競(jìng)爭(zhēng)格局正在全球形成，中國(guó)開局良好，但挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)和蘇聯(lián)為爭(zhēng)奪霸權(quán)，歷經(jīng)20多年先后建成了GPS和GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。但在2001年，GLONASS系統(tǒng)卻處于癱瘓狀態(tài)，而美國(guó)GPS卻因在幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中的杰出表現(xiàn)和在國(guó)計(jì)民生中的廣泛應(yīng)用備受青睞，成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的唯一超級(jí)大國(guó)。21世紀(jì)的前10年，歐洲、俄羅斯和中國(guó)為打破GPS的壟斷地位和出于各自的戰(zhàn)略考量，競(jìng)相投入巨資發(fā)展或重建本國(guó)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)；日本和印度也在積極發(fā)展區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在這場(chǎng)航天大國(guó)綜合實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)的博弈中，全球GNSS及其產(chǎn)業(yè)正從一家獨(dú)霸向美、俄、中、歐“一超三強(qiáng)”多系統(tǒng)兼容互操作的世界新格局發(fā)展。各航天大國(guó)間爭(zhēng)奪的重點(diǎn)是國(guó)家優(yōu)勢(shì)地位。在未來的6～8年內(nèi)，誰(shuí)能擁有高性能、抗干擾、確保國(guó)家安全的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和能力，誰(shuí)就能在軍事和外交上擁有更多的話語(yǔ)權(quán)；誰(shuí)能向全球民用用戶提供兼容互操作的衛(wèi)星導(dǎo)航資源，誰(shuí)就能分享全球衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)份額的更大蛋糕。

“北斗”/GPS導(dǎo)航儀

在這一新格局的驅(qū)動(dòng)下，美國(guó)為確保其優(yōu)勢(shì)地位，即使國(guó)家財(cái)政緊縮，仍在繼續(xù)投入100多億美元發(fā)展第三代GPS系統(tǒng)，完成GPS現(xiàn)代化計(jì)劃；俄羅斯也決定在2020年前繼續(xù)為GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)代化和應(yīng)用開發(fā)投入3265億盧布（約合107億美元），力圖重振航天強(qiáng)國(guó)地位；而歐盟在前期已經(jīng)投入50億歐元的情況下還將在2014－2020年期間繼續(xù)投入63億歐元完成Galileo系統(tǒng)的建設(shè)。目前Galileo系統(tǒng)發(fā)展仍處于只有4顆在軌衛(wèi)星的驗(yàn)證階段，預(yù)計(jì)在2014－2015年建成18顆衛(wèi)星組網(wǎng)的初始星座，2019－2020年完成30顆衛(wèi)星組網(wǎng)的Galileo全球系統(tǒng)。

中國(guó)用短短幾年時(shí)間完成了“北斗”區(qū)域系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)。該系統(tǒng)的快速發(fā)展，不僅使中國(guó)在亞洲的中、印、日區(qū)域系統(tǒng)的“三國(guó)演義”競(jìng)爭(zhēng)中贏得了遙遙領(lǐng)先地位，而且在未來中、美、俄、歐GNSS四大全球供應(yīng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)中成為四分天下有其一的國(guó)家，并在中國(guó)乃至全球市場(chǎng)的GNSS用戶終端產(chǎn)品制造、集成和服務(wù)領(lǐng)域占有重要的一席之地。總的來說，中國(guó)在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，有了良好開局，不僅建成了區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，突破了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展所必須的關(guān)鍵技術(shù)，而且趕上了與美、俄、歐三大系統(tǒng)兼容互操作這趟“班車”。但未來8年建設(shè)“北斗”全球系統(tǒng)過程中仍將面臨更多機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，例如，繼續(xù)完善空間星座，逐步提高空間信號(hào)精度，改進(jìn)和完善公開服務(wù)信號(hào)的可靠性、可用性和完好性；而最大的挑戰(zhàn)是務(wù)必抓住當(dāng)前機(jī)遇，加速與國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容互操作進(jìn)程，加快“北斗”應(yīng)用產(chǎn)品和服務(wù)的開發(fā)，開拓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，布局亞太市場(chǎng)。

4 兼容互操作已成為大勢(shì)所趨，中國(guó)面臨稍縱即逝的戰(zhàn)略機(jī)遇期

當(dāng)今世界，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容互操作已成為大勢(shì)所趨。中國(guó)始終堅(jiān)持“北斗是中國(guó)的，也是世界的”理念；堅(jiān)持開放合作，努力形成資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、兼容互操作的GNSS系統(tǒng)發(fā)展格局。

由此可見，堅(jiān)持走與國(guó)外系統(tǒng)兼容互操作的衛(wèi)星導(dǎo)航國(guó)際化發(fā)展道路是中國(guó)的戰(zhàn)略選擇，也是當(dāng)前各主要航天大國(guó)對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的共識(shí)。所謂互操作性是指在用戶層面上共同使用中國(guó)與外國(guó)的天基定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的民用部分，并為用戶提供優(yōu)于單個(gè)系統(tǒng)所能提供的服務(wù)或信號(hào)的能力；通俗地說就是在用戶層面上利用能同時(shí)接收“北斗”、GPS、GLONASS或Galileo等多系統(tǒng)衛(wèi)星的兼容互操作接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航和授時(shí)的解決方案，這種方案通常需要采用衛(wèi)星導(dǎo)航頻段中某一相同的中心頻率（如1575.42MHz）和信號(hào)結(jié)構(gòu)[如多元二進(jìn)制偏置載波（MBOC）]，以及采用相同標(biāo)準(zhǔn)、具有互操作功能的接收機(jī)。兼容性是指單獨(dú)或共同使用中國(guó)和國(guó)外的天基定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)時(shí)，彼此不會(huì)產(chǎn)生對(duì)服務(wù)或信號(hào)的相互干擾。時(shí)至今日，美國(guó)、俄羅斯、歐洲和中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均已基本實(shí)現(xiàn)兼容性，但卻尚未實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)在用戶層面上的互操作性。

在美、俄、歐、中四大系統(tǒng)互操作方面，中國(guó)雖與其他國(guó)家開展了廣泛交流和合作，并與歐洲進(jìn)行了多次專家層面的協(xié)調(diào)，但迄今仍未與任何國(guó)家簽署具有法律約束力的政府間合作協(xié)議。值得我們特別關(guān)注的是，美歐已在2004年達(dá)成GPS與Galileo系統(tǒng)互操作協(xié)議，雙方專家經(jīng)協(xié)商同意在未來GPS－3衛(wèi)星的L1C民用信號(hào)和正在部署的Galileo衛(wèi)星開放服務(wù)E1信號(hào)上選用相同的1575.42MHz中心頻率和相同的MBOC信號(hào)結(jié)構(gòu)，解決兩大系統(tǒng)間的互操作難題。與此同時(shí)，俄羅斯也已決定將其GLONASS系統(tǒng)融入美歐系統(tǒng)中。2004年美俄兩國(guó)政府簽署聯(lián)合聲明，雙方同意在新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)要確保兼容互操作，而且俄羅斯與歐洲間的兼容互操作協(xié)商也已取得進(jìn)展。2008年2月15日，俄羅斯宣布GLONASS系統(tǒng)將增加兩個(gè)能與美歐系統(tǒng)兼容互操作的碼分多址（CDMA）信號(hào)，均采用MBOC調(diào)制方案，第1個(gè)信號(hào)L1OCM中心頻率為1575.42MHz（與GPS和Galileo系統(tǒng)的互操作民用信號(hào)中心頻率相同）、調(diào)制方式為BOC（2,2），第2個(gè)信號(hào)L5OCM中心頻率1176.45MHz（與GPS的L5頻段信號(hào)中心頻率相同）、調(diào)制方式為BOC（4,4），從而使GLONASS系統(tǒng)與GPS、Galileo系統(tǒng)具有更好的兼容互操作性。按目前規(guī)劃，俄羅斯將從2015年以后發(fā)射的GLONASS－KM衛(wèi)星上增加上述兩個(gè)互操作信號(hào)。俄羅斯政府部門正在與美、歐、中、印等國(guó)家和組織就GNSS兼容互操作及其接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)問題保持雙邊或多邊的接觸。

“北斗”系統(tǒng)應(yīng)用于森林火災(zāi)的預(yù)警和監(jiān)測(cè)

整裝待發(fā)的“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星

如果未來幾年美、俄、歐三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互操作，那么到2020年太空中將有數(shù)十顆導(dǎo)航衛(wèi)星可以同時(shí)發(fā)送兼容互操作的民用信號(hào)，全球用戶均可采用相同標(biāo)準(zhǔn)的接收設(shè)備免費(fèi)共享美、俄、歐衛(wèi)星的開放服務(wù)。假如中國(guó)“北斗”系統(tǒng)被排除在與其他系統(tǒng)兼容互操作之外，那么中國(guó)將可能錯(cuò)失分享全球乃至本國(guó)GNSS市場(chǎng)的戰(zhàn)略機(jī)遇。由此可見，中國(guó)與美、俄、歐進(jìn)行互操作談判并達(dá)成協(xié)議的最佳機(jī)遇期窗口只有2～3年。這一機(jī)遇稍縱即逝，不可錯(cuò)失！

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)前美、歐、俄、中四大系統(tǒng)間的兼容互操作問題，從表面上看是一種國(guó)際合作，但其實(shí)質(zhì)卻是各航天大國(guó)間在兼容互操作這一民用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的新一輪競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)又是全球GNSS兼容互操作用戶終端產(chǎn)品研發(fā)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、游戲規(guī)則制定及其專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)的競(jìng)爭(zhēng)，最終結(jié)果將導(dǎo)致全球GNSS市場(chǎng)的重新洗牌，因而也是打破GPS壟斷全球的最佳機(jī)遇期。

盡管“北斗”系統(tǒng)融入GNSS體系對(duì)中國(guó)來說是利大于弊，但主動(dòng)權(quán)并非完全由中國(guó)掌控。如果中國(guó)能在未來2～3年內(nèi)采取果斷措施，與美、歐等主要國(guó)家達(dá)成兼容互操作協(xié)議，并在“北斗”全球系統(tǒng)星座中增加能與美、歐、俄衛(wèi)星系統(tǒng)兼容互操作的民用信號(hào)，那么中國(guó)才能成為真正融入GNSS體系的四大供應(yīng)國(guó)。

目前，中國(guó)已具備了研發(fā)和大批量生產(chǎn)GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的技術(shù)和能力，一旦達(dá)成兼容互操作協(xié)議，中國(guó)航天制造業(yè)一定能夠生產(chǎn)無需支付昂貴專利費(fèi)的、價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的兼容互操作接收機(jī)，從而分享國(guó)內(nèi)和國(guó)際兩大市場(chǎng)的豐厚利益，那么中國(guó)將有可能成為最大的贏家。