北斗“天眼”瞰世界

文｜彭訓文

“認星先從北斗來，由北往西再展開?！毙r候，父母總是教孩子辨認北斗星，只要找到了北斗星，即使在野外迷路也能找到回家的方向。

如今，當人們抬頭仰望夜空時，也許很少有人知道，一顆新的“北斗星”正在天空閃耀——2015年3月30日，我國成功發射首顆新一代北斗導航衛星。

這顆衛星是我國發射的第17顆北斗導航衛星，也是北斗系統全球組網的首發星，其發射成功具有里程碑意義——它標志著我國北斗衛星導航系統建設邁出了由區域運行向全球拓展的第一步，開啟了實現2020年全球組網的新征程。

為人類貢獻了“司南”的中華民族，如今通過“北斗”，傲然屹立于世界導航先鋒之林——“北斗”已成為繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略之后的全球第四大導航系統。

那么，從研制到問世，北斗導航系統都經歷了哪些蝶變？它又將如何在2020年實現導航全球的目標？

三大自主創新

北斗系統全球組網首發星甫一亮相，就引發了國人的強烈關注，這顆新一代衛星，凝聚著無數航天人在研制過程中的自主創新。

首先是首次實現星間鏈路。我國前期的導航衛星之間并沒有導航通信鏈路。從這顆首發星開始，北斗導航衛星都將實現星間鏈路，多顆衛星將互聯在一起，實現衛星之間的信息傳輸和交換，從而實現北斗衛星的自主導航。

那么，為什么要進行衛星互聯呢？

“目前各導航系統嚴重依賴地面站支持，如果遭遇自然災害、戰爭，這些導航系統將毫無用處。”上海微小衛星工程中心副總設計師沈學民表示，通過星間鏈路組網，即使失去地面支持，導航衛星仍然能生存相當一段時間，用互相測距的方法進行定位；在常規狀態下，星間鏈路還有助于提高定位精度，使北斗系統的精度達到與GPS相當的水平。

其次是高精度。由此前的10米定位到現在的2.5米定位，這是這顆首發星實現的一大飛躍。其中的關鍵，是新信號體制的運用。信號體制為什么要不斷更新呢？這是因為未來一段時間，新老北斗導航衛星將在太空中共同運行，這就需要既能兼容過去的版本、又能帶來更高的性能的新信號體制。

最后是“減肥強身”。衛星絕非越重越好，小型化、輕量化都是未來導航衛星的方向。由于首發星更換了全新的平臺，采用了框架面板式輕量化構型設計，這使其在重量上比“哥哥輩”的北斗衛星輕了一半（約0.8噸），體態更加輕盈小巧。同時，這顆首發星的“身體”更加硬朗。它采用的銣原子鐘、大功率微波放大器、“龍芯”CPA等95%的關鍵部件均為國產，未來的國產化率將達100%，質量更為優異。

以被譽為衛星導航定位系統“心臟”的銣原子鐘為例，為解決確定銣原子含量與銣鐘壽命問題，北斗導航衛星系統總設計師謝軍養成一個持續多年的習慣：定期到研制單位查看銣量消耗評價試驗，確定星載銣鐘的充銣量安全范圍，預估銣鐘壽命。正是依靠無數航天人多年如一日的艱苦攻關，新一代高精度星載銣原子鐘終于研制成功，它不僅體型更小，而且性能提高了一個數量級，實現了銣原子鐘技術的自主可控。

“該衛星采用全新導航衛星專用平臺，集多項新技術于一身，將開展新型導航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作，為北斗衛星導航系統全球組網建設提供依據?！鄙驅W民說。

2015年3月30日，我國成功發射首顆新一代北斗導航衛星——這標志著我國北斗衛星導航系統建設邁出向全球拓展的第一步，開啟了實現2020年全球組網的新征程

逐夢“北斗”二十載

提到衛星導航，人們首先可能會想到生活里經常用到的、美國研制的GPS。那么，我國為何還要建設自己的北斗導航系統呢？

“發展自己的衛星導航系統，就是為了在關鍵時刻不受制于人。”曾任解放軍總參謀部測繪局局長、我國北斗計劃的創始人之一卜慶君說，早在1996年臺灣海峽局勢緊張時，我國軍隊的一次大規模軍事演習便曾受到GPS信號人為中斷的干擾。

全球四大衛星導航系統

正是出于國家安全的考慮，世界各大國與國家集團開始考慮對策，由此誕生了俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略等衛星導航定位系統。從上世紀80年代末開始，我國科學家開始致力于研制自己的“GPS”。

1994年，中國本土的衛星導航系統——北斗計劃，經過8年的論證后正式立項。該計劃主要依據我國科學家陳芳允提出的與GPS不同的雙星定位理論而制定的，這是我國因經濟基礎薄弱而提出的“低調”衛星導航夢想。

計劃實施之初，技術、經費、人才、包括辦公條件等都十分困難。這些研究浩瀚宇宙的科學家甚至沒有一間像樣的辦公室。北斗系統副總設計師譚述森戲稱，辦公只能“打游擊”。

然而，辦法總比困難多。最終，科學家們硬是在美國的GPS之外，研究出了北斗系統的諸多創新功能。例如北斗系統獨有的短報文通信（采用摩斯信號代碼進行無線電報通信）功能，使用戶之間可以互相聯系。汶川地震時，在常規通信中斷的情況下，各個救援隊就是依靠該功能實現了信息聯系，實時傳遞最新災情，最大限度地保證了救援工作的順利進行。

2000年，兩顆北斗導航試驗衛星發射。2003年，我國第一代衛星導航試驗系統正式開通運行，雙星定位理論實現區域導航定位成為世界首創。

2004年，北斗衛星導航區域系統工程正式立項。此后3年時間里，北斗在解決覆蓋范圍有限、用戶數量受限、定位精度不高、不適用于高速移動的用戶等方面進行了大量科技攻關。

2007年，首顆中圓軌道衛星發射成功，拉開了北斗區域導航系統建設的序幕。隨后，我國以難以置信的速度，密集發射多顆衛星、快速組網，并在2012年以16顆衛星為依托，全面完成覆蓋亞太大部分區域導航的系統建設。

近幾年，北斗導航系統則在定位精度和穩定性上不斷取得進步。目前的總體定位精度優于10米，授時精度優于20納秒，測速精度每秒0.2米。近日，我國科研人員利用北斗/GPS雙系統四頻率接收機的定位分析判定，北至天津、南至南極內陸昆侖站之間的地區，北斗系統信號質量總體與美國GPS相當。

而擬于2018年底前建成的全國范圍的北斗區域加密網基準站網絡，將使我國的實時定位服務達到米級/分米級以及區域厘米級。

北斗導航，導航全球

目前，北斗系統正在穩步實施第三步規劃——全球組網。到2020年，北斗將發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，成為一個向全球提供服務的衛星導航系統。

在這一過程中，實現快速全球組網和不斷開拓北斗的國際應用，將是北斗全球擴張的“兩條腿”。

一方面，積極推動北斗系統地面站的建設。據了解，北斗衛星導航系統首個海外組網項目——巴基斯坦國家位置服務網（CORS）一期工程，已于2014年順利完成。該網覆蓋整個卡拉奇地區，實時定位精度達到2厘米，后處理精度5毫米，為巴基斯坦提供實時可靠的北斗高精度定位服務。而我國在俄羅斯境內的3個北斗系統地面站、南極北斗系統基準站等也在談判、論證當中。

另一方面，北斗系統正在積極進入國際民航、國際海事、移動通信等國際組織。去年底，國際海事組織海上安全委員會正式將北斗系統納入全球無線電導航系統。這意味著繼美國的GPS和俄羅斯的格洛納斯后，中國的導航系統已成為第三個被聯合國認可的海上衛星導航系統，也標志著我國北斗全球化應用邁出了堅實的第一步。今年3月，北斗系統與歐洲伽利略衛星導航系統頻率協調達成一致意見。

有專家表示，目前正在進行的“一帶一路”建設是推動北斗系統應用推廣的重要契機。通過信息聯網、精確位置、指揮監控等，北斗系統可以讓更多國家和公眾感受到其獨有的特色與優勢，最終實現在這些國家的落地。

“中國的北斗，世界的北斗。”從這個意義上來說，北斗服務全球之路才剛剛開始。

（來源：《人民日報》海外版 責任編輯/余風）

延伸閱讀

北斗系統的“十八般武藝”

北斗衛星導航系統除了能在國家安全領域發揮重大作用外，還能提供監控救援、信息采集、精確授時和導航通訊等服務，可廣泛應用于船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、海上作業、漁業生產、水文測報、森林防火、環境監測等眾多行業。

短報文讓人迅速獲救?！岸虉笪摹惫δ苁潜倍穼Ш较到y的一大亮點，用戶可以通過終端發送一條長度為120個字的信息，及時向外界告知位置信息。比如：在沙漠、山區、荒野等人煙稀少的手機信號盲區實施搶險救援時，受困者及救援人員能通過短報文及時報告所處位置和災情，有效縮短救援搜尋時間，提高搶險救援時效。

智能導航及交通管理。2014年，我國北斗導航產業產值超過100億元人民幣；在智能手機領域，2014年三星、華為都推出了具備北斗定位功能的手機；在車載導航領域，國內外已有20多個品牌、200多款車型的北斗車載導航儀走向市場。除了導航外，通過車輛上安裝的衛星導航接收機和數據發射機，車輛位置信息能在幾秒鐘內自動轉發到中心站，為道路交通管理提供數據，從而減緩交通阻塞，監管公車私用，監控危險品運輸。

“北斗手表”永不校時。向地球報告最精確的時間，是衛星導航系統的主要功能之一。目前，只要在手表里安裝相關的芯片即可實現通過北斗來授時。“北斗手表”的時間精度為千萬分之一秒，而且永遠不需要校時。

漁業和畜牧業管家。北斗系統目前最大的民用領域是海洋漁業，應用終端在海洋漁業領域的入網用戶已超過一萬。系統能即使發布天氣預報和預警，提供漁業信息，對漁船實施動態監控，幫助進行應急救援和防臺救災。在青海省青海湖地區，牧民通過使用北斗導航終端機，還實現了“智能放牧”。