“北斗”系統(tǒng)出路在哪

2015年3月30日，首顆新一代北斗導航衛(wèi)星在西昌成功發(fā)射，拉開了2015年北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（下稱北斗系統(tǒng)）密集組網(wǎng)的序幕。

北斗系統(tǒng)是繼美國GPS和俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）之后，第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。如果美國關閉GPS，特定地區(qū)內(nèi)任何人都無法使用，北斗系統(tǒng)防止了中國軍隊遇到這樣被動的局面。

作為軍民兩用系統(tǒng)，北斗計劃為客戶提供定位、導航、授時和短報文通信服務。這一始于軍界、正在走進民間的導航系統(tǒng)有一個野心勃勃的計劃，今年將再發(fā)射4顆至5顆新型衛(wèi)星，最終使組網(wǎng)覆蓋整個地球，此前，北斗正在服務的16顆衛(wèi)星，主要集中于中國及周邊地區(qū)上空。這令其信號強度與定位精度，可能僅在亞洲地區(qū)擁有較大優(yōu)勢，而在全球范圍內(nèi)，則不及導航市場的巨無霸GPS。現(xiàn)在，隨著全網(wǎng)鋪開，北斗系統(tǒng)最終要與對手短兵相接，而兩者兼容和互操作或是一個不錯的出路。

更精準

新上天的這顆衛(wèi)星，意味著新一代北斗導航衛(wèi)星開始組網(wǎng)，其最重要的任務，即是對定位精度與靈敏度的提升。

GPS已經(jīng)實現(xiàn)了在自己的導航衛(wèi)星之間建立通信鏈路，形成一個空中組網(wǎng)。新北斗衛(wèi)星中也融入了這樣的功能，當實現(xiàn)星間鏈路后，北斗的定位精度將由目前的10米提升至2.5米左右。

北斗系統(tǒng)自誕生起就先天不足：難以在全球合理布設監(jiān)測站、星載原子鐘技術滯后。這兩者都攸關導航系統(tǒng)的定位精度。

衛(wèi)星導航的原理是，分別測量用戶與3顆衛(wèi)星之間的距離，利用已知的衛(wèi)星位置，解3個方程就可計算出用戶的位置。眾多地面監(jiān)測站會不斷對衛(wèi)星觀測，來確定衛(wèi)星的軌道，而后按衛(wèi)星軌道推算出衛(wèi)星的位置。理想的地面監(jiān)測站分布，要能觀測到衛(wèi)星運行軌道的全弧段，或者盡量長的弧段。美國在眾多海外軍事基地布置了監(jiān)測站，這樣可合理分布;中國還無法在全球布點，而境內(nèi)監(jiān)測站只能監(jiān)測GPS衛(wèi)星約三分之一的弧段，這也極大地限制了對北斗衛(wèi)星的測控和維護。

于是，中國積極尋求伙伴，推進海外監(jiān)測站建設。2014年中俄雙方表示，將互設衛(wèi)星導航站，其中，中國將在俄羅斯境內(nèi)建設3個北斗系統(tǒng)地面站。另外，中國也在尋求與東盟各國的合作。

星載原子鐘是另一個“卡脖子”的技術，它是最核心的器件，決定衛(wèi)星定位的精度，必須300萬年誤差不超過一秒。北斗系統(tǒng)工程副總設計師李祖洪回憶稱，國產(chǎn)原子鐘達不到需要的技術指標，美國對中國禁售高精度原子鐘，歐盟國家也是態(tài)度曖昧，設置障礙。為了繞過前述兩大瓶頸，北斗系統(tǒng)選擇了獨特的衛(wèi)星星座分布。

GPS、格洛納斯和歐盟的伽利略（Galileo）都采用均勻分布在3個或6個軌道面的中軌衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。而北斗在中軌衛(wèi)星之外，還利用了地球同步衛(wèi)星軌道（GEO）和傾斜軌道的同步衛(wèi)星軌道（IGSO）。這樣即使僅在國內(nèi)布設監(jiān)測站，也可觀測到衛(wèi)星80%-100%的軌道弧段，這讓全球布建監(jiān)測站的必要性大為減小;同時降低了對星載原子鐘穩(wěn)定性的技術要求，使得國產(chǎn)原子鐘也能保障衛(wèi)星導航的精度要求。

解放軍信息工程大學導航與空天目標工程學院教授許其鳳院士分析，這一路線選擇，給國內(nèi)原子鐘研發(fā)爭取了時間。新衛(wèi)星搭載的原子鐘，是為北斗系統(tǒng)量身定制的第二代高性能銣原子鐘，性能比上一代提高了5倍-10倍。

“北斗”的星座設計，與GPS相比有一定獨特優(yōu)勢。例如，當用戶處于高樓、林地、大壩、山梁的時候，GPS很難正常工作，北斗系統(tǒng)能給用戶提供優(yōu)于GPS的定位服務。

北斗系統(tǒng)缺點是，由于軌道資源有限，聯(lián)合國要求衛(wèi)星偏離指定位置后，要及時調(diào)整回來，以免干擾處于同軌道其他位置的衛(wèi)星。衛(wèi)星完成一次微調(diào)后，需要再觀測兩三天，才能拿到新的、詳細的軌道數(shù)據(jù)，這樣會產(chǎn)生斷點，現(xiàn)在的克服辦法就是快速定軌，犧牲一點精度，讓導航得以順利進行。

已開始奔向全球的新一代北斗系統(tǒng)，未來實現(xiàn)星間鏈路，采用衛(wèi)星間測距和數(shù)據(jù)傳輸技術后，可實現(xiàn)高精度全球?qū)Ш健?/p>

打破壟斷

自項目啟動以來，在中國乃至國際市場與GPS相抗，是北斗系統(tǒng)研發(fā)參與者從未掩飾的“野心”。幾乎每一位受訪者都表示，源自美國軍方的GPS導航系統(tǒng)，可能帶來國家安全風險。除中國外，歐盟和俄羅斯也都在著力推廣自家研發(fā)的導航系統(tǒng)。

軍事領域是衛(wèi)星導航系統(tǒng)最初和最基本的應用。越來越多的高端武器裝備需要在衛(wèi)星制導下，對目標實施精確打擊。擁有衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家在必要情況下，可以選擇性地關閉對外的信號頻段，限制敵軍的武器裝備和作戰(zhàn)能力。

負責俄羅斯格洛納斯民用項目開發(fā)的機構格洛納斯聯(lián)合會向《財經(jīng)》記者證實，目前處在不穩(wěn)定狀態(tài)的烏克蘭地區(qū)，出現(xiàn)了GPS信號錯誤，將定位對象所處位置標示在數(shù)百米外。類似的事情也曾發(fā)生在1999年北約對南斯拉夫的戰(zhàn)爭、2011年北約轟炸利比亞。格洛納斯聯(lián)合會首席分析師安德烈（Andrei Ionin）認為，美方?jīng)]有屏蔽沖突區(qū)的GPS信號，但加入了錯誤的信號，致使真實位置出現(xiàn)偏差，類似的人造“錯誤”在民用GPS信號中也出現(xiàn)過。

“擁有本國的衛(wèi)星系統(tǒng)，或者確保自己能使用友方國家的衛(wèi)星信號，在上述情況下能夠保證民用和軍用領域的導航主權。所以格洛納斯對我們這個追求國內(nèi)外政策自主的國家很重要，中國的北斗也是同樣道理?！?安德烈說。

為了打破GPS的壟斷地位，正式開始于2002年的歐盟伽利略計劃亦有類似考慮。歐洲宇航局在回復《財經(jīng)》記者采訪時強調(diào)，“對于導航信號的認證將會幫助服務提供商保護基于地點的服務功能而免受欺騙?！?/p>

伽利略計劃創(chuàng)立之初，即邀請了韓、日、中、俄及阿根廷、澳大利亞等國參與。2004年中歐正式簽署技術合作協(xié)議，中方承諾投入2.3億歐元。但此后該項目進展緩慢，且中國被排除在核心技術項目外，至2014年，歐洲宇航局都未明確透露與中方的具體合作情況。

與中歐合作受阻不同，中俄合作正在飛速發(fā)展。2014年，兩國導航系統(tǒng)主導者頻繁接觸，并就互設地面站等問題達成了協(xié)議。據(jù)安德烈介紹，至少有兩個項目可能已經(jīng)執(zhí)行：一是在中國的一個機場部署地基增強系統(tǒng)（GBAS），利用北斗和格洛納斯的衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)，這個著陸和監(jiān)控系統(tǒng)能給飛機起降提供指引;二是為內(nèi)陸水道交通管理系統(tǒng)建立的信號增大站。開發(fā)者為俄羅斯公司的行業(yè)領導者Transas。這種信號放大器將被用于在中國河流上檢測船只來往，提高航行精度。

此外，中俄雙方還就兩國技術標準的改善與統(tǒng)一、導航微電子以及格洛納斯/北斗設備的共同研發(fā)、運輸領域的衛(wèi)星導航等問題不斷磋商中。備忘錄還畫出一個位于邊境地區(qū)的導航試點項目的大致輪廓，并達成了合作建立中俄導航產(chǎn)業(yè)園的大致意向。

格洛納斯聯(lián)合會強調(diào)，在格洛納斯的全球化發(fā)展中，與中國及其他金磚國家之間的合作，是其首要也是最重要的任務。李祖洪也表示，不會立刻與GPS展開全局較量，北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢仍在亞太區(qū)域。

兼容難題

同時兼容不同導航系統(tǒng)的終端，可大大提高某一時刻的可見衛(wèi)星數(shù)量，實現(xiàn)更好的定位。這對用戶來說，不需要增加太多成本，就可享受兩個以上導航系統(tǒng)提供的服務。無論是政府決策者還是從業(yè)者，都認為早期的商業(yè)開發(fā)，以北斗/GPS兼容產(chǎn)品為宜，讓用戶能夠在北斗系統(tǒng)和GPS之間進行切換。

更為吸引用戶的還有“互操作”?！巴粋€終端收兩個系統(tǒng)的衛(wèi)星，比如收了兩顆GPS的衛(wèi)星信號，收了兩顆北斗的，一共四顆星，也能定位，就叫互操作?！敝袊l(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室高級工程師吳海玲介紹。

一年多前，深圳的一家公司推出了首款個人用戶的車載北斗/GPS導航儀K320，老客戶可以免費試用。

體驗者最感興趣的是“北斗+GPS”互操作模式，用戶能夠同時利用兩大系統(tǒng)的衛(wèi)星信號進行定位。然而，這一“雙核”模式的使用滿意度低于使用單一模式。試用者反映，在選用“雙核”模式時，會出現(xiàn)搜不到任何衛(wèi)星信號或定位較慢的情況。一位業(yè)內(nèi)人士亦承認，在極端惡劣天氣下，或是信號較弱的情況下，雙模產(chǎn)品的靈敏度不如GPS單模產(chǎn)品。

用戶體驗后在論壇中表示，行車過程中多數(shù)情況下能夠搜索到的GPS衛(wèi)星信號要多于北斗，在隧道等室內(nèi)條件下，則北斗信號較多。大多數(shù)體驗者指出，單一的北斗導航模式足以支持一般路況的行車導航需求。

對于研發(fā)者而言，要實現(xiàn)衛(wèi)星定位雙?；ゲ僮鳎枰冉鉀Q信號、系統(tǒng)設計包括坐標、時間以及信號之間的兼容問題。

無論如何，加強“兼容和互操作”，已成為全球衛(wèi)星導航領域的熱點話題。安德烈透露，八個月前，格洛納斯聯(lián)合會已與中國車載信息產(chǎn)業(yè)應用聯(lián)盟簽署備忘錄，決定在信息通訊標準互認、電子地圖繪制及格洛納斯/北斗雙模芯片研發(fā)生產(chǎn)等領域展開合作。

預計2020年前后，天上將有120余顆導航衛(wèi)星，兼容和互操作可以大大提高用戶的體驗。