北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用前景初探

張永麗 陳衛(wèi)東 孟婷婷

摘要：本文介紹了當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了影響北斗導(dǎo)航發(fā)展的利弊，對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景進(jìn)行了探析，展望了我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)巨大的發(fā)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(guān)鍵詞： 北斗;導(dǎo)航;定位;授時(shí)

Key words： beidou;navigation;location;time signal

中圖分類號(hào)：TN967.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）36-0203-03

0? 引言

從20世紀(jì)進(jìn)入21世紀(jì)，衛(wèi)星導(dǎo)航經(jīng)歷了從初出茅廬到發(fā)展壯大的過(guò)程，并從以衛(wèi)星導(dǎo)航為主要應(yīng)用主體演變?yōu)槎ㄎ弧?dǎo)航、授時(shí)與移動(dòng)通信和因特網(wǎng)等信息載體融合的新時(shí)期。如今，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)跟用水用電一樣不可或缺，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，并從根本上改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式和社會(huì)生存生態(tài)方式，影響極其廣泛深遠(yuǎn)。

1? 導(dǎo)航系統(tǒng)的概況

全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有定位、授時(shí)及導(dǎo)航、測(cè)繪等功能，具有眾多軍事及商業(yè)用途，目前的情形是美國(guó)、俄羅斯、歐盟、中國(guó)“四分天下”而各有特點(diǎn)。這四大導(dǎo)航系統(tǒng)各具特色：美國(guó)GPS最早投入使用，系統(tǒng)精確度最高，應(yīng)用市場(chǎng)最為廣泛;俄羅斯格洛納斯號(hào)稱抗干擾能力最強(qiáng);歐洲伽利略號(hào)稱系統(tǒng)定位精度最高;北斗是唯一可以發(fā)短報(bào)文的導(dǎo)航系統(tǒng)。

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

全球定位系統(tǒng)GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)。該系統(tǒng)自1973年起步，1978年首次發(fā)射衛(wèi)星，1994年建成，覆蓋全球范圍。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，定位精度10米，目前正在使用中，并且新一代系統(tǒng)正在研制。目前，許多國(guó)家使用GPS終端設(shè)備，包括我們國(guó)家也在使用。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型的國(guó)際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

但GPS的本質(zhì)是美國(guó)軍用系統(tǒng)，一旦美國(guó)發(fā)現(xiàn)其他國(guó)家使用GPS可能有害或侵犯美國(guó)利益時(shí)，美國(guó)會(huì)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS（格洛納斯）

由前蘇聯(lián)從80年代初開(kāi)始建設(shè)，采用FDMA編碼技術(shù)，后由俄羅斯空間局管理。GLONASS空間星座由24顆衛(wèi)星組成，定位精度水平方向16米、垂直方向25米。目前，GLONASS系統(tǒng)的主要用途是導(dǎo)航定位，當(dāng)然與GPS一樣，也可以廣泛應(yīng)用于各種等級(jí)和種類的定位、導(dǎo)航和時(shí)頻領(lǐng)域。但由于衛(wèi)星使用壽命和俄羅斯空間局資金緊張等問(wèn)題，目前處于有限使用中，編碼正升級(jí)為CDMA技術(shù)。

1.3 伽利略定位系統(tǒng)GALILEO

歐洲聯(lián)盟于2001年3月正式啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“伽里略計(jì)劃”的衛(wèi)星信息系統(tǒng)研發(fā)方案，由30顆衛(wèi)星組成，定位精度1米。2003年中國(guó)加入歐盟伽利略計(jì)劃聯(lián)合執(zhí)行體，從此我國(guó)不僅是該計(jì)劃的參與者，而且成為該系統(tǒng)的擁有者之一。但是后來(lái)由于各種原因，合作并不是很愉快，中國(guó)被排除在核心項(xiàng)目之外，這更激發(fā)了我國(guó)獨(dú)立自主建設(shè)導(dǎo)航系統(tǒng)的決心。

2012年10月12日，歐洲發(fā)射第三、第四顆伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星，組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮了地面精確定位的功能。但目前仍處于建設(shè)中。

1.4 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于1994年開(kāi)始研發(fā)，2003年開(kāi)通使用，用了不到十年時(shí)間，采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙星定位模式，這主要是考慮當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實(shí)力等條件，第一步建設(shè)覆蓋我國(guó)本土的北斗衛(wèi)星試驗(yàn)系統(tǒng)，這就是“北斗一號(hào)”系統(tǒng)。

為滿足我軍民用戶對(duì)無(wú)源導(dǎo)航定位需求，2004年8月，國(guó)務(wù)院、中央軍委批準(zhǔn)建設(shè)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，命名為“北斗二號(hào)”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)自主的無(wú)源導(dǎo)航定位。北斗二號(hào)計(jì)劃在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星，形成全球性的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，比GPS還多5顆。多出的5顆是在赤道上空的同步衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)通信功能。截止到2018年7月29日，已成功發(fā)射34顆。

2? 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用

“衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用只受到人們想象力的限制”已成為一句名言。實(shí)際上，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)真正全球化、大眾化的民用市場(chǎng)還只是剛剛開(kāi)始，今后的路還很長(zhǎng)很長(zhǎng)。從衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的角度，主要領(lǐng)域涉及航空、航海、通信、金融、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、授時(shí)、人員和財(cái)務(wù)跟蹤、車輛監(jiān)控管理和導(dǎo)航與位置信息服務(wù)等多種類型。

2.1 航空

由于導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供連續(xù)精確的時(shí)間信息和位置信息，可以引導(dǎo)飛機(jī)按照預(yù)定路線飛行，明顯降低航空時(shí)間和油耗，并且可以及時(shí)將飛機(jī)飛行高度、位置、速度等信息對(duì)航空管制部門進(jìn)行發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)監(jiān)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(diào)度和飛行便利。

2.2 航海

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)廣泛應(yīng)用于海上船只的定位，在衛(wèi)星導(dǎo)航與無(wú)線通信系統(tǒng)手段結(jié)合集成后，該系統(tǒng)就成為了位置報(bào)告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多船只將導(dǎo)航和雷達(dá)以及其他捕魚(yú)設(shè)備等結(jié)合起來(lái)，便會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用于海上勘探和測(cè)繪，以及船舶引水導(dǎo)航及停泊靠岸，都能提高效率，獲得良好的效益。

2.3 授時(shí)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備還用于作為時(shí)間同步裝置，特別是作為通信傳輸網(wǎng)絡(luò)和金融交易處理定時(shí)中，可以作為精準(zhǔn)的定時(shí)基準(zhǔn)。由于時(shí)間是網(wǎng)絡(luò)同步的關(guān)鍵要素，所以定時(shí)裝置已成為網(wǎng)絡(luò)同步最具應(yīng)用前景的嵌入系統(tǒng)。

2.4 汽車導(dǎo)航和位置信息服務(wù)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛中的應(yīng)用一直是前景很大的應(yīng)用市場(chǎng)，不僅如此，隨著近幾年百度地圖、高德地圖等的應(yīng)用，位置服務(wù)和導(dǎo)航已經(jīng)開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，成為了生活中不可或缺的一部分。而在智能交通系統(tǒng)中，又將車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛信息系統(tǒng)等結(jié)合起來(lái)，形成了車輛導(dǎo)航、緊急道路求助、被盜車輛跟蹤、定期保養(yǎng)服務(wù)等一系列功能。

2.5 軍事應(yīng)用

從軍事領(lǐng)域的運(yùn)用來(lái)看，衛(wèi)星導(dǎo)航是現(xiàn)代各種軍事裝備的眼睛，在導(dǎo)彈精確制導(dǎo)、艦艇定位、整體軍事戰(zhàn)略部署都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。定位、通信、短報(bào)文服務(wù)作為軍事運(yùn)用中不可或缺的部分，成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的一個(gè)克敵制勝的關(guān)鍵。

2.6 其他應(yīng)用

衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用還包括地理測(cè)繪、人員和財(cái)務(wù)跟蹤、休閑和消費(fèi)娛樂(lè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、突發(fā)事件和災(zāi)害評(píng)估和自然資源分析的定位等。當(dāng)然，與通信系統(tǒng)的集成和汽車應(yīng)用還是當(dāng)前最大的兩類市場(chǎng)。

3? 我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的作用如此巨大，美國(guó)的GPS定位系統(tǒng)發(fā)展的成熟度和應(yīng)用的范圍在全球位居前列。但是GPS衛(wèi)星的控制權(quán)掌握在美國(guó)手中，這會(huì)令使用GPS系統(tǒng)的其他國(guó)家處于被動(dòng)地位，影響著軍事的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定。作為中國(guó)軍民科技融合、科技創(chuàng)新的重大成就，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是實(shí)施“中國(guó)制造2025”強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略計(jì)劃的關(guān)鍵一環(huán)。

3.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域和發(fā)展現(xiàn)狀

衛(wèi)星導(dǎo)航的服務(wù)離不開(kāi)時(shí)間和空間兩大參照系統(tǒng)。時(shí)間、空間位置信息是重要的戰(zhàn)略資源，北斗系統(tǒng)具備授時(shí)、定位、導(dǎo)航和短報(bào)文服務(wù)等功能，是我國(guó)重要的時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。只有應(yīng)用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，才能使我國(guó)擺脫依賴國(guó)外導(dǎo)航系統(tǒng)的狀況，開(kāi)啟我國(guó)時(shí)空體系獨(dú)立自主的新時(shí)代。我國(guó)的能源、電力、金融尤其是國(guó)防安全等具有戰(zhàn)略性地位的領(lǐng)域，只有不依賴于國(guó)外技術(shù)，建立基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用體系，才能確保國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)健康發(fā)展。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行，并與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容互操作的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。自北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供服務(wù)以來(lái)，其在各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)逐步完善和推廣，形成了一系列的產(chǎn)業(yè)體系。首先在軍事上得到了廣泛的應(yīng)用，比如在汶川抗震過(guò)程中，深入災(zāi)區(qū)時(shí)北斗的短報(bào)文服務(wù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，甚至在某些地區(qū)成了唯一的聯(lián)絡(luò)方式。其次在其他相關(guān)行業(yè)也得到了廣泛地推廣，形成了基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、系統(tǒng)應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)服務(wù)比較完善的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系。在交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、森林防火、通信系統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)等諸多領(lǐng)域，正在產(chǎn)生廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)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(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用的推廣，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，將推動(dòng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)足發(fā)展。具體表現(xiàn)在：對(duì)民間初期應(yīng)用的客戶進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼;對(duì)生產(chǎn)GPS導(dǎo)航設(shè)備的相關(guān)企業(yè)強(qiáng)制要求附帶北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備;對(duì)國(guó)內(nèi)研發(fā)北斗導(dǎo)航系列產(chǎn)品的企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼或其他政策優(yōu)惠，大力推廣北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系列產(chǎn)品的應(yīng)用。二是社會(huì)的需求拉動(dòng)，導(dǎo)航定位的需求將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)期存在，潛在的社會(huì)需求將為北斗的發(fā)展提供一個(gè)非常大的空間。三是技術(shù)創(chuàng)新保障，導(dǎo)航定位的技術(shù)為北斗的發(fā)展提供了有力保障。

3.2.2 不利因素

①北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前仍處在全球組網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，我國(guó)北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)尚處于初級(jí)階段，未形成規(guī)模效應(yīng)，研發(fā)生產(chǎn)投入較為分散，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航及應(yīng)用的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈還不是很成熟。

②國(guó)內(nèi)對(duì)相關(guān)行業(yè)和技術(shù)認(rèn)識(shí)

市場(chǎng)的需求是影響北斗發(fā)展的重點(diǎn)，市場(chǎng)的大小關(guān)系到北斗發(fā)展的快慢，人們對(duì)于北斗的總體印象還是較為模糊的，由于美國(guó)GPS導(dǎo)航設(shè)備民間應(yīng)用領(lǐng)域久，有一定的技術(shù)積累，占得市場(chǎng)份額較重。市場(chǎng)上很多導(dǎo)航定位設(shè)備還都是以GPS為主，兼容北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的，這對(duì)于北斗打開(kāi)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是有非常大的影響。

3.3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展前景

從2012年底北斗系統(tǒng)投入?yún)^(qū)域服務(wù)以來(lái)，三年間以北斗為核心推動(dòng)力的我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)取得了喜人的成就和進(jìn)步。自主的北斗系統(tǒng)的建設(shè)和投入運(yùn)營(yíng)，與利用國(guó)外的GPS和GLONASS最大的不同，是北斗的產(chǎn)業(yè)體系。由于有自主系統(tǒng)的整體性推動(dòng)和二十多年的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)，很快達(dá)到日臻完善的境地。尤其是在產(chǎn)業(yè)鏈的整體形成和完善方面，取得了前所未有的長(zhǎng)足進(jìn)步。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2019-2023年中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前瞻與應(yīng)用前景預(yù)測(cè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體生產(chǎn)總值達(dá)到2550億元，同比增長(zhǎng)20.4%。

隨著各級(jí)政府鼓勵(lì)北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的不斷出臺(tái)，給北斗衛(wèi)星應(yīng)用提供了產(chǎn)業(yè)化契機(jī)，我國(guó)北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，在交通運(yùn)輸、數(shù)字城市、智能感知等新興領(lǐng)域快速發(fā)展。北斗衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)呈現(xiàn)出從單一導(dǎo)航應(yīng)用為主向?qū)Ш胶鸵苿?dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等融合應(yīng)用轉(zhuǎn)變，從終端應(yīng)用為主向產(chǎn)品與服務(wù)并重轉(zhuǎn)變?nèi)筅厔?shì)，并不斷拓展出新的北斗應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)產(chǎn)品性價(jià)比不斷提高，使北斗應(yīng)用產(chǎn)品形成規(guī)模化快速發(fā)展。可以說(shuō)，衛(wèi)星導(dǎo)航的生命期就像上個(gè)世紀(jì)90年代的互聯(lián)網(wǎng)一樣，正要步入一個(gè)快速發(fā)展的旺盛期，而且今后的路還很長(zhǎng)很長(zhǎng)。按照《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2020年將超過(guò)4000億元，我國(guó)未來(lái)的北斗衛(wèi)星應(yīng)用市場(chǎng)有著巨大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹沖.北斗與GNSS系統(tǒng)概述[M].北京：中國(guó)工信出版集團(tuán)，2015.

[2]謝鋼.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理——GPS、格洛納斯和伽利略系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[3]智研咨詢.2018-2024中國(guó)北斗衛(wèi)星應(yīng)用市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)研及投資前景分析報(bào)告[R].

[4]新思界產(chǎn)品研究中心.2018-2022年高精度GNSS行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告[R].