北斗導航系統應用前景初探

張永麗 陳衛東 孟婷婷

摘要：本文介紹了當前導航系統的應用現狀，分析了影響北斗導航發展的利弊，對北斗導航系統的發展前景進行了探析，展望了我國北斗衛星導航系統巨大的發展空間。

Abstract： This paper introduce the current status of the application of navigation system， analyzes the pros and cons of beidou navigation development， explores the prospect of application of beidou navigation， and looks forward to the great development space of beidou navigation system in our country.

關鍵詞： 北斗;導航;定位;授時

Key words： beidou;navigation;location;time signal

中圖分類號：TN967.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0203-03

0? 引言

從20世紀進入21世紀，衛星導航經歷了從初出茅廬到發展壯大的過程，并從以衛星導航為主要應用主體演變為定位、導航、授時與移動通信和因特網等信息載體融合的新時期。如今，全球衛星導航系統已經跟用水用電一樣不可或缺，成為國民經濟的重要基礎設施，并從根本上改變著人們的生產方式、生活方式和社會生存生態方式，影響極其廣泛深遠。

1? 導航系統的概況

全球衛星定位導航系統有定位、授時及導航、測繪等功能，具有眾多軍事及商業用途，目前的情形是美國、俄羅斯、歐盟、中國“四分天下”而各有特點。這四大導航系統各具特色：美國GPS最早投入使用，系統精確度最高，應用市場最為廣泛;俄羅斯格洛納斯號稱抗干擾能力最強;歐洲伽利略號稱系統定位精度最高;北斗是唯一可以發短報文的導航系統。

1.1 全球定位系統GPS（Global Positioning System）

全球定位系統GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務。該系統自1973年起步，1978年首次發射衛星，1994年建成，覆蓋全球范圍。該系統由24顆衛星組成，定位精度10米，目前正在使用中，并且新一代系統正在研制。目前，許多國家使用GPS終端設備，包括我們國家也在使用。GPS技術已經發展成為多領域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術產業。

但GPS的本質是美國軍用系統，一旦美國發現其他國家使用GPS可能有害或侵犯美國利益時，美國會立即改變密碼，禁止其使用。因此，我們可以利用GPS，但不能依賴GPS。

1.2 全球衛星導航系統GLONASS（格洛納斯）

由前蘇聯從80年代初開始建設，采用FDMA編碼技術，后由俄羅斯空間局管理。GLONASS空間星座由24顆衛星組成，定位精度水平方向16米、垂直方向25米。目前，GLONASS系統的主要用途是導航定位，當然與GPS一樣，也可以廣泛應用于各種等級和種類的定位、導航和時頻領域。但由于衛星使用壽命和俄羅斯空間局資金緊張等問題，目前處于有限使用中，編碼正升級為CDMA技術。

1.3 伽利略定位系統GALILEO

歐洲聯盟于2001年3月正式啟動了一項名為“伽里略計劃”的衛星信息系統研發方案，由30顆衛星組成，定位精度1米。2003年中國加入歐盟伽利略計劃聯合執行體，從此我國不僅是該計劃的參與者，而且成為該系統的擁有者之一。但是后來由于各種原因，合作并不是很愉快，中國被排除在核心項目之外，這更激發了我國獨立自主建設導航系統的決心。

2012年10月12日，歐洲發射第三、第四顆伽利略導航衛星，組成衛星網絡，發揮了地面精確定位的功能。但目前仍處于建設中。

1.4 北斗導航系統

我國的北斗衛星導航系統于1994年開始研發，2003年開通使用，用了不到十年時間，采用具有自主知識產權的雙星定位模式，這主要是考慮當時國家經濟、技術實力等條件，第一步建設覆蓋我國本土的北斗衛星試驗系統，這就是“北斗一號”系統。

為滿足我軍民用戶對無源導航定位需求，2004年8月，國務院、中央軍委批準建設第二代衛星導航系統，命名為“北斗二號”系統，實現了我國自主的無源導航定位。北斗二號計劃在2020年前發射35顆衛星，形成全球性的定位導航系統，比GPS還多5顆。多出的5顆是在赤道上空的同步衛星，實現通信功能。截止到2018年7月29日，已成功發射34顆。

2? 衛星導航系統的應用

“衛星導航系統的應用只受到人們想象力的限制”已成為一句名言。實際上，衛星導航系統真正全球化、大眾化的民用市場還只是剛剛開始，今后的路還很長很長。從衛星導航應用的角度，主要領域涉及航空、航海、通信、金融、農業、測繪、授時、人員和財務跟蹤、車輛監控管理和導航與位置信息服務等多種類型。

2.1 航空

由于導航系統可以提供連續精確的時間信息和位置信息，可以引導飛機按照預定路線飛行，明顯降低航空時間和油耗，并且可以及時將飛機飛行高度、位置、速度等信息對航空管制部門進行發送，實現了全程自動監視，保證了飛行安全并可以緩解空中線路擁擠狀況，為航空飛行提供了調度和飛行便利。

2.2 航海

衛星導航接收機廣泛應用于海上船只的定位，在衛星導航與無線通信系統手段結合集成后，該系統就成為了位置報告系統和緊急救援系統。許多船只將導航和雷達以及其他捕魚設備等結合起來，便會產生巨大的經濟效益。應用于海上勘探和測繪，以及船舶引水導航及停泊靠岸，都能提高效率，獲得良好的效益。

2.3 授時

衛星導航系統設備還用于作為時間同步裝置，特別是作為通信傳輸網絡和金融交易處理定時中，可以作為精準的定時基準。由于時間是網絡同步的關鍵要素，所以定時裝置已成為網絡同步最具應用前景的嵌入系統。

2.4 汽車導航和位置信息服務

衛星導航系統在車輛中的應用一直是前景很大的應用市場，不僅如此，隨著近幾年百度地圖、高德地圖等的應用，位置服務和導航已經開始走進千家萬戶，成為了生活中不可或缺的一部分。而在智能交通系統中，又將車輛導航系統、車輛信息系統等結合起來，形成了車輛導航、緊急道路求助、被盜車輛跟蹤、定期保養服務等一系列功能。

2.5 軍事應用

從軍事領域的運用來看，衛星導航是現代各種軍事裝備的眼睛，在導彈精確制導、艦艇定位、整體軍事戰略部署都發揮著至關重要的作用。定位、通信、短報文服務作為軍事運用中不可或缺的部分，成為現代戰爭中的一個克敵制勝的關鍵。

2.6 其他應用

衛星導航應用還包括地理測繪、人員和財務跟蹤、休閑和消費娛樂、環境監測、突發事件和災害評估和自然資源分析的定位等。當然，與通信系統的集成和汽車應用還是當前最大的兩類市場。

3? 我國北斗導航系統的發展前景

衛星導航系統的作用如此巨大，美國的GPS定位系統發展的成熟度和應用的范圍在全球位居前列。但是GPS衛星的控制權掌握在美國手中，這會令使用GPS系統的其他國家處于被動地位，影響著軍事的發展和社會的穩定。作為中國軍民科技融合、科技創新的重大成就，北斗衛星導航系統是實施“中國制造2025”強國戰略計劃的關鍵一環。

3.1 北斗導航系統服務領域和發展現狀

衛星導航的服務離不開時間和空間兩大參照系統。時間、空間位置信息是重要的戰略資源，北斗系統具備授時、定位、導航和短報文服務等功能，是我國重要的時空基礎設施。只有應用北斗導航系統，才能使我國擺脫依賴國外導航系統的狀況，開啟我國時空體系獨立自主的新時代。我國的能源、電力、金融尤其是國防安全等具有戰略性地位的領域，只有不依賴于國外技術，建立基于北斗衛星導航的應用體系，才能確保國防和經濟建設健康發展。

北斗衛星導航系統是我國自主建設、獨立運行，并與其他衛星導航系統兼容互操作的全球衛星導航系統。自北斗導航系統提供服務以來，其在各行各業的應用已經逐步完善和推廣，形成了一系列的產業體系。首先在軍事上得到了廣泛的應用，比如在汶川抗震過程中，深入災區時北斗的短報文服務發揮了至關重要的作用，甚至在某些地區成了唯一的聯絡方式。其次在其他相關行業也得到了廣泛地推廣，形成了基礎產品、應用終端、系統應用和運營服務比較完善的應用產業體系。在交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、森林防火、通信系統、電力調度、救災減災等諸多領域，正在產生廣泛的社會和經濟效益。

3.2 北斗導航系統發展的影響因素

3.2.1 有利因素

一是有政府大力支持，將加快基礎設施的建設和應用的推廣，尤其是在軍事領域的應用，將推動北斗導航系統長足發展。具體表現在：對民間初期應用的客戶進行財政補貼;對生產GPS導航設備的相關企業強制要求附帶北斗衛星導航終端設備;對國內研發北斗導航系列產品的企業進行補貼或其他政策優惠，大力推廣北斗衛星導航系列產品的應用。二是社會的需求拉動，導航定位的需求將在未來一段時間內長期存在，潛在的社會需求將為北斗的發展提供一個非常大的空間。三是技術創新保障，導航定位的技術為北斗的發展提供了有力保障。

3.2.2 不利因素

①北斗衛星導航系統目前仍處在全球組網建設當中，我國北斗衛星應用產品的研制與開發尚處于初級階段，未形成規模效應，研發生產投入較為分散，北斗衛星導航及應用的整個產業鏈還不是很成熟。

②國內對相關行業和技術認識

市場的需求是影響北斗發展的重點，市場的大小關系到北斗發展的快慢，人們對于北斗的總體印象還是較為模糊的，由于美國GPS導航設備民間應用領域久，有一定的技術積累，占得市場份額較重。市場上很多導航定位設備還都是以GPS為主，兼容北斗導航定位系統的，這對于北斗打開國內市場還是有非常大的影響。

3.3 北斗導航系統應用行業發展前景

從2012年底北斗系統投入區域服務以來，三年間以北斗為核心推動力的我國衛星導航產業取得了喜人的成就和進步。自主的北斗系統的建設和投入運營，與利用國外的GPS和GLONASS最大的不同，是北斗的產業體系。由于有自主系統的整體性推動和二十多年的衛星導航應用基礎，很快達到日臻完善的境地。尤其是在產業鏈的整體形成和完善方面，取得了前所未有的長足進步。據前瞻產業研究院《2019-2023年中國衛星導航與位置服務產業市場前瞻與應用前景預測分析報告》數據顯示，2017年中國衛星導航與位置服務產業總體生產總值達到2550億元，同比增長20.4%。

隨著各級政府鼓勵北斗衛星應用產業發展政策的不斷出臺，給北斗衛星應用提供了產業化契機，我國北斗應用產業正進入快速發展時期，在交通運輸、數字城市、智能感知等新興領域快速發展。北斗衛星應用技術呈現出從單一導航應用為主向導航和移動通信、互聯網等融合應用轉變，從終端應用為主向產品與服務并重轉變三大趨勢，并不斷拓展出新的北斗應用領域，推動產品性價比不斷提高，使北斗應用產品形成規模化快速發展。可以說，衛星導航的生命期就像上個世紀90年代的互聯網一樣，正要步入一個快速發展的旺盛期，而且今后的路還很長很長。按照《國家衛星導航產業中長期發展規劃》，我國衛星導航產業規模在2020年將超過4000億元，我國未來的北斗衛星應用市場有著巨大的發展空間。

參考文獻：

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