衛星導航“江湖志”

本刊記者 金星宇

2014年11月17日，國際海事組織海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開。會上，國際海事組織審議通過了對北斗衛星導航系統認可的航行安全通函，這標志著北斗衛星導航系統正式成為全球無線電導航系統的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。“北斗”這個我國正在建設中的覆蓋全球的衛星導航系統，正以全新的姿態獲得世界的關注與認可。

“北斗”初露鋒芒“江湖”烽煙將起

衛星導航系統的建設是一項無比龐大的工程，豐厚的技術儲備以及雄厚的資金支持兩者缺一不可，正因為如此，衛星導航系統建設可以稱得上是強大國力的體現。縱觀世界，能建設并維持衛星導航系統運作的國家屈指可數，目前世界上已經建成或者正在建設的衛星導航系統共有四個，它們分別是美國——GPS衛星導航系統、俄羅斯——GLONASS（格洛納斯）衛星導航系統、歐洲——GALILEO（伽利略）衛星導航系統、中國——COMPASS（北斗）衛星導航系統。

由于起點太高，在未來幾年、十幾年甚至更長時間，衛星導航領域將只有這四大導航系統的身影。支撐起衛星導航系統的國家，就像是武俠小說中的超然獨立的絕頂高手，站在巔峰以王者的姿態睥睨眾生，留下的總是那遙不可及的背影。這讓人不禁聯想到金庸先生筆下東邪、西毒、南帝、北丐四大高手。

美國——衛星導航領域的洪幫主

“北丐”洪七公是金庸筆下第一大幫會——丐幫的幫主，在武林中有極高威望。同樣，美國作為世界頭號強國，一直走在世界前列。兩者無論從實力還是地位來說，都有著相似之處。

如今，美國“GPS”衛星導航系統，幾乎成為衛星導航系統的代名詞。作為世界最早被開發出來的衛星導航系統，如今的“GPS”牢牢占據了世界衛星導航領域的頭把交椅，風頭一時無兩。“GPS”衛星定位系統從上世紀70年代開始發展，最初是美國軍方出于軍事目的而投入研發的，在這之前美國軍方一直應用一款名為“子午”衛星導航系統，但是這款建設于上世紀50年代的衛星導航系統由于種種的技術限制，已經不能滿足美軍的需要，于是在美國軍方大力支持下，“GPS”衛星導航系統應運而生，從而一舉奠定了其在衛星導航領域的江湖地位。

GPS系統由28顆地球同步衛星組成（4顆為備用星），均勻地分布在距離地球20000公里高空的6個軌道面上。這些衛星與地面支撐系統組成網絡，可覆蓋全球98%的地區，每隔1～3秒向全球用戶播報一次其位置（經緯度）、速度、高度和時間信息，讓使用者無論何時何地，都能利用GPS接收機同時收到至少4顆衛星的位置信息，確定自己的位置。

從1978年第一顆衛星發射到1995年GPS系統正式建設完成，這項號稱是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后第三項龐大的空間計劃，整整耗去了美國人近20年的時間和300億美元資金，不過這一切看起來確實十分值得.1991年“洪幫主”揮起“打狗棒”教訓伊拉克時，已接近完成的“GPS”衛星導航系統初露崢嶸，首次投入實戰應用便大顯神威。可以說“GPS”衛星定位系統的出現改變了美軍的作戰方式，引領了一場軍事變革。

“GPS”首次進入民用領域是在1983年，那一年發生了震驚世界的“大韓航空007號客機空難”。1983年9月1日，從美國肯尼迪機場起飛的大韓航空007號航班因為導航故障誤入蘇聯領空，被蘇軍戰機擊落，機上269名人員全部遇難。此次空難直接促成了“GPS”衛星導航系統向民用領域敞開大門，時任美國總統的里根向大眾許諾，“GPS”建成之后將開放給大眾使用。

雖然如今我們享受到了“GPS”衛星導航系統的服務，但是美國對軍用、民用的GPS衛星信號進行了分級處理，GPS衛星將發射兩種不同的測距碼，即軍用的P碼和民用的C/A碼，分別對應精密定位服務（PPS）和標準定位服務（SPS）。民用的GPS定位精度遠遠比不上軍用的精度，但對普通民眾來說，這已經足夠了。

俄羅斯——衛星導航領域的“西毒”歐陽鋒

在金庸筆下，洪七公與歐陽鋒之間似乎永遠都有糾纏不清的恩怨，每當兩人出場必定兵戎相見，兩人實力不相伯仲，都想致對方于死地，卻因種種機緣奈何不得對方。這種情形像極了冷戰時期的美國與蘇聯。

前蘇聯建立衛星導航的計劃由來已久，但是發展卻比美國滯后。上世紀60年代前蘇聯便開始了“格洛納斯”衛星導航系統的可行性方案研究，但直到1982年才發射第一顆衛星，相較美國發射第一顆衛星的時間已經晚了4年。1991年蘇聯解體后，“格洛納斯”衛星導航系統由俄羅斯繼承。1995年，構建衛星導航系統的24顆衛星全部在軌運行（21顆工作衛星，3可備用衛星），“格洛納斯”衛星導航系統完成建設。當初前蘇聯在建設這個衛星系統時，將其作為可以匹敵美國“GPS”衛星系統的重要軍事工程，但是國家的巨變注定了“格洛納斯”衛星導航系統坎坷的命運。

1996～1998年間，由于俄羅斯發生經濟困難，導航系統得不到有效的維護導致衰退，在2001～2002年僅有7顆衛星正常工作。2001年，俄羅斯政府啟動了“星座漸進增強計劃”， 此后10多年里，共投入47億美元用于該系統的發展，相當于這一時期俄羅斯航空事業發展總預算的三分之一。2007～2010年，俄羅斯先后發射了18顆衛星用于恢復導航系統性能。2011年，“格洛納斯”導航系統基本修復，實現了第二次全球覆蓋。據俄羅斯聯邦航天署2012年公布的“格洛納斯”衛星導航系統擴展計劃，到2020年之前，俄政府還將為該系統投入117億美元。

格魯吉亞戰爭中的糟糕表現也是俄政府下大力氣投入“格洛納斯”導航系統建設的動因之一。相對于美國“GPS”衛星導航系統在海灣戰爭中的風光，俄羅斯“格洛納斯”衛星導航系統的表現卻讓人失望，在2008年的格魯吉亞戰爭中，“格洛納斯”導航系統無法為俄軍提供導航支持，致使俄軍一度被動挨打，俄軍精確制導炸彈由于失去“千里眼”的指揮，也沒有發揮出應有的威力。

前有“GPS”攔路，后有“北斗”、“伽利略”后起之秀的追趕，俄羅斯“格洛納斯”衛星導航系統的復興之路還很長。

歐洲——衛星導航領域的桃花島主

金庸筆下的桃花島主——“東邪”黃藥師是一位奇才，不僅武功高強而且精通音樂、詩畫、術數、奇門遁甲等。黃藥師表現出的才情與歐洲有許多相似之處，從文藝復興到工業革命，無論是自然科學、藝術、文化、哲學，歐洲一直引領著世界的潮流。現下的歐洲雖然不時淪為美國的陪襯，但在世界仍有無比強大的影響力。

“伽利略”衛星導航系統的建設是歐洲為了擺脫對美國“GPS”的依賴而提出的一項戰略舉措。雖然歐洲與美國的關系緊密，但是在海灣戰爭和阿富汗戰爭中，美軍對“GPS”信號的管制使歐洲受到了很大影響，這讓歐洲產生了自己發展衛星導航系統的念頭。于是1999年，歐盟提出“伽利略”衛星導航系統建立計劃，2002年經歐洲15國交通部長一致批準，計劃正式啟動。“伽利略”衛星導航系統建設的特點是群策群力，在建設過程中，不僅由歐洲多國共同參與，還吸納了許多歐洲以外的國家，如日本、澳大利亞、俄羅斯等，我國也曾是參與國之一，但后來由于種種原因選擇退出。

“伽利略”衛星導航系統共有30顆衛星組成（27顆工作衛星，3顆備用衛星），建設完成之后將會提供比美國“GPS”更加精確的定位服務。雖然有著超越 “GPS”的宏大目標，但“伽利略”的建設卻是一波三折，麻煩不斷。按照歐洲航天局的計劃，該系統本應在2008年建設完成，但是由于資金和技術方面的原因，完成時間一直向后推延，2011年、2014年，最后又推遲到了2016年。那么，到2016年“伽利略”是再次爽約還是一鳴驚人？就讓我們拭目以待吧。

中國——衛星導航的“南帝”段智興

金庸筆下的“南帝”段智興本是大理國皇帝，后出家為僧不問世事。中國改革開放后奉行韜光養晦的對外戰略方針，一直埋首發展經濟，很少出面插手或干預國際事務。在沉默的背后，我國卻一直緊跟世界前沿科技的步伐，“北斗”衛星導航系統的建設就是很好的證明。

1994年我國啟動了北斗衛星導航試驗系統建設，2000年北斗衛星導航實驗系統建成，我國由此成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛星導航系統的國家。我國對“北斗”衛星導航系統建設提出了“三步走”的方針：第一步，啟動北斗衛星導航試驗系統建設，2000年實現區域有源服務能力；第二步，建設北斗衛星導航系統，2012年左右形成覆蓋亞太大部地區的服務能力；第三步，2020年左右形成全球覆蓋能力。目前，前兩步已經完成，正向著第三個目標穩步邁進。

從時間軸上我們可以看到，相對于“GPS”、“格洛納斯”與“伽利略”，我國的“北斗”建設周期很長，基本建設完成需要20年時間，但相對于俄羅斯、歐洲在衛星導航系統建設過程中不斷出現的問題，我國的衛星導航系統建設卻格外的穩健。北斗衛星導航系統共有35顆衛星組成，相對于其他系統，在衛星數量上有一定的優勢。

目前正在建設之中的“北斗”最大問題就是怎樣逾越“GPS”這座橫亙在面前的大山，在國內，“GPS”占據了中國95%的市場份額，在國際上，雖然“北斗”獲得了國際海事組織的認可，但無論從影響力還是市場份額來說，“GPS”都占據絕對的統治地位。

正在建設的“北斗”，要想肩負起擺脫對國外導航技術依賴，在國際導航市場擁有真正話語權的重任，可謂任重而道遠。

華山論劍——四大衛星導航系統對比

覆蓋范圍：

GPS：全球

格洛納斯：全球

北斗系統：全球

伽利略：全球

衛星數量：

GPS：24顆

格洛納斯：24顆

北斗系統：35顆

伽利略：27顆

定位精度：

GPS：定位精度10米

格洛納斯：定位精度水平方向16m，垂直方向25m

北斗系統：三維定位精度約幾十米

伽利略：定位誤差不超過1米

可容納用戶容量：

GPS：無限多用戶

格洛納斯：無限多用戶

北斗系統：用戶數量不能超過100萬

伽利略：無限多用戶

用戶范圍：

GPS：軍民兩用，軍用為主

格洛納斯：軍民兩用，軍用為主

北斗系統：軍民兩用，民用為主

伽利略：軍民兩用，民用為主