北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng):太空超級指南針

　　2010年12月18日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征三號甲運載火箭，成功將第7顆北斗導航衛(wèi)星送入太空預定轉(zhuǎn)移軌道。以北斗導航試驗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，我國開始逐步實施北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設(shè)，首先滿足中國及其周邊地區(qū)的導航定位需求，進而逐步擴展為全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室在運載火箭上使用了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)標志。
　　發(fā)展背景
　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)被譽為“太空超級指南針”，在軍民運用領(lǐng)域占據(jù)重要地位。其中，尤以美軍GPS技術(shù)最為成熟，運用最為廣泛。GPS制導精度高、制導方式靈活，已成為精確制導武器的一種重要制導方式。在近幾場高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，美軍使用精確制導導彈和炸彈的比例比海灣戰(zhàn)爭時增加了近100倍，而它們?nèi)炕虼蟛糠侄家揽縂PS制導。在裝有GPS接收終端的彈藥擊中目標引爆的瞬間，觸發(fā)用戶機進行定位，并將位置信息和時間信息迅速傳送到指揮中心，從而進行命中率評估，其評估效果已在伊拉克戰(zhàn)爭中得到充分檢驗。單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)利用定位和通信功能，為單兵提供位置信息和時間信息服務(wù)，同時可將單兵的位置信息實時動態(tài)傳送到指揮機構(gòu)，并及時向單兵發(fā)送指令，提高單兵作戰(zhàn)能力?？扑魑謶?zhàn)爭中，美軍的F-117隱形飛機被擊落后，由于飛行員配備了GPS接收機的呼救裝置，從而使美軍能搶在南聯(lián)盟軍隊之前，在7小時內(nèi)找到并救出飛行員。此外，利用GPS可提供高精度授時，為軍用通信網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的時標信息，從而使通信網(wǎng)絡(luò)速率同步，保證通信網(wǎng)中的所有數(shù)字通信設(shè)備工作于同一標準頻率上。可以說，離開GPS系統(tǒng)，美軍的作戰(zhàn)行動將寸步難行。
　　目前，全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是絕大多數(shù)的軍民應用范疇都是建立在美國GPS基礎(chǔ)之上。不過，美國GPS也絕非完美無缺。例如，其規(guī)模太大、造價太高，其他國家很難效仿；GPS只能導航，無法通信，因而不能滿足日益增長的用戶需求；如果僅依賴GPS，則很容易受到美國控制，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國關(guān)閉GPS或加大民用碼誤差，后果不堪設(shè)想。此外，在近幾場局部戰(zhàn)爭中，GPS也暴露出了一些問題。在一般情況下，從衛(wèi)星反饋到地面的信號很小，如果對方采取各種干擾措施，就會使GPS接收機無法正常工作，從而使其導航定位精度降低或產(chǎn)生誤導。在伊拉克戰(zhàn)爭中，伊軍在其境內(nèi)部署了一些GPS干擾裝置，結(jié)果使美軍的GPS制導武器大失水準，有部分導彈甚至飛到了伊朗、土耳其境內(nèi)。2003年3月白宮官員為此指責俄羅斯公司向伊提供了GPS干擾設(shè)備。另據(jù)報道，俄羅斯目前已經(jīng)研制成功一種手持式GPS干擾器，可干擾150公里范圍內(nèi)的GPS信號。因此，中國發(fā)展全球衛(wèi)星導航網(wǎng)也引發(fā)了外界對“北斗”軍事用途的猜測。據(jù)美國《連線》雜志撰文猜測，2012年之前，中國將再發(fā)射8到10顆北斗衛(wèi)星，進一步擴大其覆蓋范圍，到2020年可覆蓋全球。文章進一步認為，北斗覆蓋全球就意味著“中國的衛(wèi)星制導武器具備了全天候精確打擊能力”。韓國《朝鮮日報》此前甚至猜測，中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以從衛(wèi)星上發(fā)出電波，提高導彈命中率并收集全球領(lǐng)域的各種情報。雖說韓國媒體的臆斷帶有科幻風格，但是也從側(cè)面證明了北斗系統(tǒng)的潛力。
　　發(fā)展歷程
　　一般認為，我國北斗導航系統(tǒng)經(jīng)過了“北斗一號”和“北斗二號”兩個發(fā)展階段。第一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)“北斗一號”于2003年12月正式開通運行，利用兩顆地球同步軌道衛(wèi)星為用戶提供全天候的快速定位、簡短數(shù)字報文通信和授時服務(wù)，是區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，只能用于中國及其周邊地區(qū)?！氨倍芬惶枴辈粌H具備其他無源定位系統(tǒng)，如GPS、“格洛納斯”的定位和授時功能，同時還具有獨特的雙向數(shù)字報文通信能力。用戶在實施定位的同時，即可完成位置報告。美國GPS是一個接收型的定位系統(tǒng)，只轉(zhuǎn)播信號，用戶接收就可以做定位了，不受容量的限制。而“北斗一號”是雙向的，既有定位又有通信的系統(tǒng)，有容量的限制。據(jù)西方媒體報道，在戰(zhàn)時，“北斗一號”可為中國軍隊的高精尖武器提供精確的衛(wèi)星制導，為戰(zhàn)場的士兵提供準確的戰(zhàn)場環(huán)境資料，對提高中國的國防現(xiàn)代化水平有著重要的意義。
　　目前，正在進行之中的“北斗二號”工程，計劃2015年建成一個由三十幾顆衛(wèi)星組成的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。不過，“北斗二號”并不是“北斗一號”功能的簡單延伸，更類似于GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)。系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和三十幾顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，它們是無源導航衛(wèi)星，不同于第一代的有源導航，這可以為需要導航的用戶帶來極大的安全需求，更不容易受到干擾。據(jù)公開媒體報道，“北斗二號”主要提供兩種服務(wù)方式 ：開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度為10米，授時精度為50納秒，測速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務(wù)。
　　北斗系統(tǒng)的研發(fā)體現(xiàn)了從簡到繁、量力而行的特點——先以“雙星定位”的“小系統(tǒng)”積累經(jīng)驗，進行技術(shù)攻關(guān)，隨后發(fā)展三十幾顆衛(wèi)星構(gòu)成的“大網(wǎng)絡(luò)”，實現(xiàn)全球覆蓋。此外，北斗并沒有照搬美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”模式，體現(xiàn)出中國特色，例如其獨特的衛(wèi)星短信收發(fā)功能已在軍演和救災中經(jīng)受了檢驗。有人預言，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)一旦成形以后，咱們中國老百姓就可以用北斗，而不用GPS了。不過，要與實力強大的GPS爭取市場，使用我們自己的導航衛(wèi)星提供的定位服務(wù)，不但需要提供高水準的服務(wù)，還要有一個過程。
　　實踐運用
　　經(jīng)過多年的不斷發(fā)展和建設(shè)，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在測繪、漁業(yè)、交通運輸、電信、水利、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領(lǐng)域得到應用，特別是在四川汶川、青海玉樹抗震救災中發(fā)揮了非常重要的作用。GPS解決了一個我在哪里的定位問題，比如在沙漠里、在海洋上。而北斗不僅僅解決了我在哪里，它還解決你在這里他在哪里的問題，北斗的定位需要發(fā)射然后再得到位置，同時它的位置可以傳給你也可以傳給關(guān)心你的人，實際上北斗是具有一個定位和通信雙重功能的設(shè)備。因此，有評論說北斗系統(tǒng)將成為一個生命線工程。2009年夏季陜南由于大雨成災，用北斗做了幾十個站，做雨量的測試，直接傳到陜西省的救災辦公室，主管的一位副省長就在現(xiàn)場，實時地通過北斗得到了陜南的降雨情況，效果非常好。
　　四川汶川地震發(fā)生后，在災區(qū)通信不暢的情況下，北斗系統(tǒng)為各部隊提供了有效的保障，在掌握部隊位置、災情報告、支援請求、信息互通、位置指示和機降引導等方面發(fā)揮了重要作用。這也是我國第一代北斗導航衛(wèi)星成功應用的典范。2008年北京奧運會期間，北斗在交通、場館安全的定位監(jiān)控方面，和已有的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)一起，發(fā)揮“雙保險”作用。目前，北斗試驗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已成功服務(wù)于黑龍江大興安嶺森林防火信息系統(tǒng)、瀾滄江上湄公河船舶調(diào)度管理系統(tǒng)、吉林“尼爾基”嫩江流域水情自動測報系統(tǒng)及青藏高原無人值守自動氣象站系統(tǒng)等。另外，基于北斗試驗衛(wèi)星導航系統(tǒng)開發(fā)的“漁船監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)”，可實時將船只的位置信息通過北斗導航試驗衛(wèi)星傳輸至漁業(yè)管理部門的監(jiān)控中心，為遠海漁業(yè)的安全作業(yè)提供了保障。依靠“北斗一號”系統(tǒng)，我國還成功重新測量了珠峰的精確高度。