北斗軍民融合發(fā)展促進(jìn)航天體系變革

◎譚述森院士

一、現(xiàn)狀與趨勢

（一）世界衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的軍民融合發(fā)展的現(xiàn)狀

GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）是世界上最典型的軍民融合衛(wèi)星系統(tǒng)。全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)均在提供軍民兩用的導(dǎo)航信號(hào)，是典型的軍民兩用系統(tǒng)。GPS早期規(guī)劃只有軍用服務(wù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)短碼，本來是用于提供對軍用長碼的捕獲輔助，但是最后變成了對民用開放的獨(dú)立信號(hào)，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，使得GPS幾乎成為衛(wèi)星導(dǎo)航的代名詞。北斗也是因軍事需求誕生，以軍用為主，但是在僅開通運(yùn)行半年以后，民用服務(wù)就參與了運(yùn)行，現(xiàn)在北斗民用的用戶量已是軍用用戶量的一百倍以上。

美國的天基定位導(dǎo)航授時(shí)（PNT）體系是國家重要的軍民共用基礎(chǔ)設(shè)施，它指的不僅僅是美國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的方向，而是美國一個(gè)宏大的天基系統(tǒng)的應(yīng)用方向。現(xiàn)在的全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)就在遵循著這樣的模式，用不同的方式進(jìn)行發(fā)展。

（二）世界衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展趨勢：多系統(tǒng)互操作

衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域有一個(gè)響亮的名詞，叫做“互操作”，簡單的說就是聯(lián)合起來使用比一個(gè)個(gè)系統(tǒng)分開要好得多。四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，聯(lián)合起來運(yùn)行的衛(wèi)星將來要超過120顆，并且彼此時(shí)空基準(zhǔn)都是可以互相溯源的。四大系統(tǒng)的頻率實(shí)現(xiàn)了較好的兼容共用、互操作。中國的北斗在設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)充分考慮了三個(gè)頻率的兼容，第一個(gè)是L1，就是我們現(xiàn)在所知道的GPS 1575.45頻率，中國的北斗、歐洲的伽利略和美國的GPS在這個(gè)頻段上有非常好的互操作性，而且在L2、L5上也都實(shí)現(xiàn)了互操作的協(xié)調(diào)。多系統(tǒng)、多頻段的全球覆蓋與聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的定位精度，可以說已經(jīng)具備了為航天器提供分米級(jí)導(dǎo)航精度、納秒級(jí)授時(shí)的條件。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時(shí)精度，達(dá)到十個(gè)納秒，已屬于國際先進(jìn)水平。

（三）世界天基系統(tǒng)發(fā)展趨勢

現(xiàn)在看一下世界天基系統(tǒng)是怎么融合的。美、歐、俄的導(dǎo)航、通信、搜救是通過多系統(tǒng)的聯(lián)合集成來完成的，遙感、通信數(shù)據(jù)聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)了對陸、海、空、天和制信息權(quán)的牢牢掌控。美國的GPS在2016年就已經(jīng)達(dá)到了32顆衛(wèi)星，2030年后要達(dá)到36顆衛(wèi)星，2017年啟動(dòng)了新一代的Iridium通信衛(wèi)星發(fā)射，搶先占領(lǐng)了星基ADS-B的地位，目前正在向全球的水上遇險(xiǎn)衛(wèi)星搜救系統(tǒng)發(fā)展，劍指GMDSS業(yè)務(wù)。美國、歐洲仍然在采取的是多系統(tǒng)的組合方式，我們的思路是在多系統(tǒng)融合的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注業(yè)務(wù)體系的融合。北斗將不僅僅是一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，提供包括時(shí)間和空間的基準(zhǔn)信息，而且還應(yīng)該充分利用全球星座的優(yōu)勢提供星地高速數(shù)據(jù)鏈，成為整個(gè)航天體系的基礎(chǔ)平臺(tái)。

（四）中國天基系統(tǒng)的現(xiàn)狀與出路

中國部門、行業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了數(shù)十種，在軌應(yīng)用衛(wèi)星超過190顆。但單系統(tǒng)各自成為一個(gè)體系，衛(wèi)星的成本高于國外，應(yīng)用效益卻相對較低，大量數(shù)據(jù)都是進(jìn)行事后處理，還達(dá)不到全球?qū)崟r(shí)服務(wù)。所以我們的對策應(yīng)該是：第一，以北斗為基礎(chǔ)，建立天地一體化時(shí)空基準(zhǔn)；第二，衛(wèi)星無線電導(dǎo)航、定位報(bào)告、遙感測繪、高速數(shù)據(jù)鏈信息融合，這些衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)該借助于北斗的發(fā)展，融為一體。最終達(dá)到聯(lián)通信息孤島、統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)、增強(qiáng)功能密度、提升響應(yīng)速度的目標(biāo)。

二、北斗系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)對市場的統(tǒng)計(jì)，2016年國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到了2118億元，其中，芯片、器件、終端等產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值808億元，北斗貢獻(xiàn)率達(dá)70%，北斗芯片及終端產(chǎn)品用戶保有量超過3億臺(tái)/套，預(yù)計(jì)2020年行業(yè)總體產(chǎn)值要超過2200億元。北斗應(yīng)用已經(jīng)形成一個(gè)完整的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈，是國家信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，成為交通、電力、通信、金融等國民經(jīng)濟(jì)命脈行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，在大地測量、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)視、緊急救援、移動(dòng)電話以及車輛導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)揮無可替代的重要作用。在精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，北斗自動(dòng)導(dǎo)航駕駛與精密播種系統(tǒng)在新疆、東北得到試點(diǎn)應(yīng)用。服務(wù)于大眾市場方面，包括配置北斗兼容芯片的手機(jī)、可穿戴式設(shè)備，都已經(jīng)先后投入市場。北斗也已經(jīng)邁出國門，進(jìn)入了亞太市場，發(fā)展迅猛，在巴基斯坦、泰國、老撾等國家的高精度測量應(yīng)用大放異彩。

那么北斗在世界衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域有哪些特色和優(yōu)勢？第一，北斗是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了三頻導(dǎo)航能力的導(dǎo)航系統(tǒng)。美國的GPS開始的時(shí)候只用了兩個(gè)導(dǎo)航信號(hào)，也發(fā)覺了兩個(gè)導(dǎo)航信號(hào)對高精度定位的精度不夠，實(shí)時(shí)響應(yīng)能力也不夠，所以正在部署第3個(gè)頻點(diǎn)的導(dǎo)航信號(hào)。2012年，北斗二號(hào)系統(tǒng)就完成了三頻導(dǎo)航的部署和實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了三頻的地面靜態(tài)用戶測量。如果把北斗三頻導(dǎo)航用于動(dòng)態(tài)用戶，根據(jù)很多專家預(yù)測，可以達(dá)到分米級(jí)、厘米級(jí)的精度，這就為北斗走向世界創(chuàng)造了一個(gè)很大的機(jī)遇。因?yàn)槲覀儾惶赡茉趧e的國家建立成千上萬的地基參考站來實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)定位，所以只能依靠天基系統(tǒng)，因此我們非?？春弥袊倍返娜l導(dǎo)航能力。根據(jù)北斗和GPS、伽利略的互操作，我們將在三大系統(tǒng)現(xiàn)代化構(gòu)建完成以后，在全球通過互操作來實(shí)現(xiàn)三頻系統(tǒng)的導(dǎo)航。因此，得到動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的分米級(jí)和厘米級(jí)的精度是可行的，是有希望的。第二，北斗是世界上唯一實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航與定位報(bào)告雙模融合的系統(tǒng)。北斗有什么樣的特色？我們知道有短信功能，短信功能只是副產(chǎn)品，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的是指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置共享的一種手段。指揮機(jī)關(guān)通過北斗的用戶終端能夠看到所屬部隊(duì)的戰(zhàn)場態(tài)勢分布情況。

三、北斗軍民融合發(fā)展的重點(diǎn)建議

我們一定要深刻體會(huì)，天基系統(tǒng)的發(fā)展強(qiáng)大，依靠的是融合而不是分離，北斗軍民融合發(fā)展的主體目標(biāo)是兩個(gè)面向：第一個(gè)是要面向戰(zhàn)場，第二個(gè)是要面向市場。

在這兩個(gè)面向的前提下，我有一些具體的建議：一是要充分理解北斗特色，用好北斗特色，布局軍民三系統(tǒng)三頻高精度導(dǎo)航全球應(yīng)用；二是要構(gòu)建RNSS/RDSS/MSS數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，挖掘大數(shù)據(jù)應(yīng)用潛力；三是強(qiáng)化在生命安全領(lǐng)域高端應(yīng)用，推動(dòng)北斗定位報(bào)告服務(wù)進(jìn)入GMDSS現(xiàn)代化，順勢實(shí)現(xiàn)國際化，深化全球緊急救援與航行跟蹤應(yīng)用；四是與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能結(jié)合普惠大眾市場，創(chuàng)造智能生活；五是推動(dòng)國家天基體系融合與變革，實(shí)現(xiàn)北斗與遙感、通信等應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)相互支撐，互利共贏，發(fā)揮北斗在國家天基體系融合變革的基礎(chǔ)作用。