北斗導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展與其在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

朵俊

摘要：文章介紹了我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展的優(yōu)勢，對于發(fā)展這一系統(tǒng)的建設(shè)對我們國家在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的主導(dǎo)地位、推動經(jīng)濟和社會科學(xué)發(fā)展具有關(guān)鍵性作用。在推動北斗二代導(dǎo)航系的技術(shù)革新后，應(yīng)用到現(xiàn)代軍事信息化局部戰(zhàn)爭中具有一些重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航；經(jīng)濟效益；軍事應(yīng)用

1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在世界各國中的發(fā)展趨勢

1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)由“一家獨霸”向“多家競爭”轉(zhuǎn)變

從世界范圍看，美國率先構(gòu)建GPS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行深度開發(fā)應(yīng)用，目前擁有最先進的技術(shù)，仍在持續(xù)推進現(xiàn)代化改造，引領(lǐng)衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展方向；俄羅斯不甘落后，隨著國內(nèi)經(jīng)濟逐步復(fù)蘇，把加快GLONASS（格羅納斯）能力建設(shè)作為一項重要戰(zhàn)略任務(wù)，以重塑軍事大國形象；歐盟克服內(nèi)外部重重困難，全力推進Galileo（伽利略）系統(tǒng)建設(shè)，為其戰(zhàn)略利益提供服務(wù)；印度、日本謀求擺脫受制于人的局面，相繼發(fā)展自主區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；我國也對北斗長遠發(fā)展做出了籌劃部署，2020年左右將建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這種發(fā)展態(tài)勢，動搖了美國GPS的霸主地位，引發(fā)了世界范圍內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的激烈競爭，已逐步呈現(xiàn)出你追我趕之勢。

1.2 衛(wèi)星航系統(tǒng)性能由單一、概略向多元、精準(zhǔn)轉(zhuǎn)變

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是隨著科技進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷拓展完善的。各國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)實踐表明，技術(shù)決定系統(tǒng)發(fā)展，不同技術(shù)階段只能建成相應(yīng)水平的系統(tǒng)，無論哪個國家都要經(jīng)歷一個由低級向高級逐步推進的過程。例如，美國第一代GPS功能比較單一，經(jīng)過30多年發(fā)展和持續(xù)現(xiàn)代化改造，定位精度、可用性、完好性和可靠性不斷提升，精度優(yōu)于1 m，自主導(dǎo)航運行能力將達180天，系統(tǒng)抗干擾和導(dǎo)航戰(zhàn)能力明顯加強；俄羅斯GLONASS通過不斷突破技術(shù)，加快了衛(wèi)星更新?lián)Q代，新增碼分多址導(dǎo)航信號和部署星基增強系統(tǒng)，將具備提供重點區(qū)域亞米級導(dǎo)航服務(wù)能力；歐盟Galileo系統(tǒng)從試驗驗證起步，經(jīng)過不斷創(chuàng)新發(fā)展，系統(tǒng)精度將優(yōu)于1 m，能夠提供全球生命救援等多種服務(wù)。

1.3 衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用由有限領(lǐng)域、局部服務(wù)向多元客戶、全域服務(wù)轉(zhuǎn)變

目前，美國GPS在能源、交通、電力金融、通信網(wǎng)絡(luò)、精細農(nóng)業(yè)、生命救援等全球民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，占據(jù)世界衛(wèi)星導(dǎo)航市場的95%份額；美軍主戰(zhàn)平臺嵌入GPS終端數(shù)量超過10萬個，單兵裝備超過56萬套，基本覆蓋美軍各個作戰(zhàn)單元，成為最為依賴的裝備系統(tǒng)。GPS的推廣應(yīng)用印證了專家們講的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“沒有做不到，只有想不到”的斷言。從目前世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用模式、領(lǐng)域、層次看，仍然存在深度開發(fā)挖掘的潛力。軍事應(yīng)用將從最初作戰(zhàn)單元獨立應(yīng)用向陸海空各軍兵種成建制成體系應(yīng)用發(fā)展，從單機單裝的用向多平臺、多系統(tǒng)嵌入式網(wǎng)絡(luò)化集成應(yīng)用發(fā)展；從以導(dǎo)航定位為主向與偵察預(yù)警、指揮控制、火力打擊、地理信息系統(tǒng)融合應(yīng)用發(fā)展[1]。

2 我國建立“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的意義

2.1 國家安全

建立自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，避免在將來的戰(zhàn)爭中受制于人，同時我們還有了相同的手段可以反制敵人。導(dǎo)彈要導(dǎo)航，戰(zhàn)斗要定位，還得知道哪可以躲，哪可以藏，敵人藏在哪，這都要靠衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如果我們一味地依賴于別人的定位系統(tǒng)，不自己開發(fā)創(chuàng)新，那將來打起仗來，敵人如果關(guān)閉他們的系統(tǒng)，或者給我們提供錯誤虛假信息，我們信息就會泄露，最關(guān)鍵的，有了自己的系統(tǒng)之后，我們就可以攻擊敵人了，這樣敵人在開戰(zhàn)之前也要想一想后果。所以說，為了國家安全，我們要建立自己的北斗用戶機。

2.2 經(jīng)濟效益

一方面，我們省去原來用來引進國外系統(tǒng)的巨額資金。另一方面，我們自己的系統(tǒng)以低價服務(wù)國內(nèi)用戶，可以讓更多行業(yè)部門應(yīng)用上這種高科技設(shè)備，從而創(chuàng)造更多的社會價值和物質(zhì)財富。還有一方面，我們可以將我們的系統(tǒng)，投放到國際市場，參與國際競爭，賺取外匯。

2.3 技術(shù)儲備

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展永不止步，我們發(fā)展了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，就有了相應(yīng)的技術(shù)儲備，也就意味著我們國家的科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)達到了世界先進水平，有了這些技術(shù)儲備，我們就可以在將來的新的一輪科技大潮中搶占制高點，引領(lǐng)世界，而不是總像近300年以來一樣被西方人牽著鼻子走?？傆幸惶?，我們要恢復(fù)漢唐盛世，重新成為全世界的領(lǐng)頭羊[2]。

以上針對北斗導(dǎo)航的三大重要意義做了具體說明。那么北斗導(dǎo)航系統(tǒng)再應(yīng)用到軍事中，具體用途如下文所述。

3 “北斗”導(dǎo)航在軍事中的應(yīng)用與存在的不足

3.1 “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航在軍事中的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星處理在導(dǎo)航定位中占有重要的作用，同時在軍事中也發(fā)揮著重要的作用，雖然目前來說北斗衛(wèi)星在軍事中的重要性還沒有充分表現(xiàn)出來，但是事實上，這也是未來軍事領(lǐng)域研究的重點。主要是因為我國目前定位系統(tǒng)都是使用美國的GPS。因此一旦中美之間出現(xiàn)戰(zhàn)爭，美國如果關(guān)閉GPS或加大民用碼誤差，產(chǎn)生的后果不堪設(shè)想，因此有必要加大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。

其實“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和GPS軍事功能類似，如：飛機、導(dǎo)彈、水面艦艇和潛艇的定位導(dǎo)航；以及利用彈道導(dǎo)彈機動發(fā)射車、自行火等實施快速定位，縮短操作和反應(yīng)的時間。例如在水上實施排雷定位等。但是由于運作方式不同，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有一些顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在有部隊的指揮管制上[2]。

“北斗”衛(wèi)星傳輸?shù)男畔鬏斀o目標(biāo)用戶，使得集團中心可以向下屬發(fā)送指令，完成調(diào)度。當(dāng)用戶提出申請或者按照預(yù)定的間隔時間來進行定位時，可以指揮上層或者上層單位通知用戶單位所在的位置。如果將這項功能應(yīng)用到軍事領(lǐng)域上，就能夠?qū)崿F(xiàn)各級部隊的定位，因此也可以說，各級部隊一旦配備上了 “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，除了可以實現(xiàn)自身的導(dǎo)航以外，還能夠有效傳輸相關(guān)的指令，執(zhí)行任務(wù)。換言之，通過“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠有效指揮部隊執(zhí)行以及對戰(zhàn)場實施監(jiān)控管理。

3.2 “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)存在的不足

由于“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種雙星系統(tǒng)，因此，供用戶接收器智能測得二維的定位數(shù)據(jù)。在海平面上使用時，由于高度為零，因此可以直接求得定位數(shù)據(jù)。但是如果用戶居于空中或者陸地上，利用地面控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y料求得用戶的高度。通過進一步計算來獲得用戶的維度坐標(biāo)。但是如果控制中心的數(shù)據(jù)地圖的數(shù)據(jù)庫不是很準(zhǔn)確，因此定位的位置和數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)問題。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用戶的定位申請需要發(fā)送回地面，通過中心系統(tǒng)的控制計算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)。無線電信號一旦經(jīng)過地面發(fā)出，經(jīng)過衛(wèi)星返回到地面，然后從±也面的接收器接收到衛(wèi)星發(fā)出的信號，信號通過上下聯(lián)絡(luò)的傳輸，傳輸時間大約為0.56 s，再加上中心控制系統(tǒng)的時間，整個定位的持續(xù)時間大約為1 s。換句話說，用戶大約在1 s內(nèi)完成定位。這1 s十分重要，可以通過“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)實施準(zhǔn)確定位[3]。

由于“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的客戶端在發(fā)出定位申請時，需發(fā)出應(yīng)答信號，如果使用人員是軍方單位，此時就會暴露自身的位置，所以客戶端需要發(fā)送定位服務(wù)時，首先發(fā)送應(yīng)答信號，如果使用人員是軍方單位就會失去自身的隱蔽性，因此，這個信號也較為容易被地方政府察覺。地方通過對定位系統(tǒng)的查詢發(fā)現(xiàn)定位目標(biāo)，在受到地面控制中心發(fā)出的詢問信號時同時也需要及時發(fā)出應(yīng)答信號。所以整個系統(tǒng)在同一時間內(nèi)服務(wù)用戶的數(shù)量會受到用戶的通信頻率的數(shù)量，以及詢問信號速率的影響。這里可以看出“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的用戶設(shè)備的容量也是有限的，一般來說，每秒鐘只能容納150個用戶。

雖然每個用戶都有一個專用的識別碼，但是一旦這個識別碼被破解，可能會使整個系統(tǒng)被敵人察覺并加以飽和，傳送一些虛假的信息使得系統(tǒng)癱瘓?！氨倍贰毙l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在整個定位中占有重要的作用，例如：承轉(zhuǎn)衛(wèi)星信息、解算用戶位置等，因此一旦地面的控制中心產(chǎn)生破壞，整個系統(tǒng)也將被破壞，這也是“北斗”系統(tǒng)的核心致命傷。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要是使用同步軌道衛(wèi)星，因此意味著信號的功率較小，相關(guān)用戶有必要使用較大的天線才能提高信號的接收率。且用戶機一定要包含發(fā)射機，一些大型的機器搬運起來復(fù)雜，且笨重，不要說裝載在導(dǎo)彈上，就是單兵使用起來都比較麻煩。從上面我們也看出“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)確實存在一些研發(fā)技術(shù)上的不足以及其自身的制約性。針對技術(shù)上不夠先進、普及應(yīng)用緩慢、應(yīng)用管理體制機制不健全，當(dāng)前我們就需要在以下幾個方面采取有力的對策與措施。

4 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的改進措施

4.1 堅持北斗創(chuàng)新發(fā)展思路

我國北斗集導(dǎo)航定位和報文通信于一體，代表現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展方向，在全球系統(tǒng)建設(shè)中，必須“緊貼需求、強化特色、堅持創(chuàng)新、滾動發(fā)展”。（1）要著眼搶占太空戰(zhàn)略制高點需要，調(diào)整衛(wèi)星天線設(shè)計，增加信號波束寬度和強度，改善導(dǎo)航衛(wèi)星觀測幾何條件，在低軌導(dǎo)航定位基礎(chǔ)上，增加中高軌導(dǎo)航定位服務(wù)，具備地球同步軌道以下天域的導(dǎo)航定位能力，滿足深空導(dǎo)航需要。（2）要改進衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)，衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)（Radio Determination Satellite Service，RDSS）載荷設(shè)計，優(yōu)化RDSS和無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（Radio Navigation Satellite System，RNSS）雙模集成技術(shù)，在全球系統(tǒng)衛(wèi)星上配置RDSS載荷，擴大覆蓋區(qū)域，增加系統(tǒng)容量，不斷增強北斗特有的短信服務(wù)、位置報告等功能。（3）要保持北斗系統(tǒng)建設(shè)的連續(xù)性，統(tǒng)籌做好信號體制、星座、頻率設(shè)計，搞好區(qū)域與全球系統(tǒng)銜接，保障用戶得到穩(wěn)定、連續(xù)、可靠服務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)過渡。

4.2 持續(xù)提升系統(tǒng)能力

（1）要將提高衛(wèi)星性能擺在突出位置，改進衛(wèi)星載荷和平臺設(shè)計，優(yōu)化衛(wèi)星測試流程，加強衛(wèi)星制造基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高衛(wèi)星可靠性、可用性和批量制造能力，滿足快速組網(wǎng)和補網(wǎng)需要。（2）要深入挖掘地面系統(tǒng)潛能，采取精密定軌、電離層改正、優(yōu)化信息處理模式等手段，提高地面運控能力，彌補空間段能力不足的問題，實現(xiàn)“地面強星”，通過構(gòu)建地基增強系統(tǒng)，率先在重點區(qū)域提供密集服務(wù)，加緊地面?zhèn)浞菡窘ㄔO(shè)，提高系統(tǒng)生存能力。（3）要增強衛(wèi)星功率和保密性能，提高系統(tǒng)抗干擾、防欺騙、反利用能力，確保在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運行。

4.3 全力哭破關(guān)鍵技術(shù)

自主關(guān)鍵技術(shù)決定系統(tǒng)成敗。必須集中全國科技力量，攻破高性能原子鐘、星間鏈路設(shè)計和衛(wèi)星抗空間輻射等關(guān)鍵技術(shù)，同步提高星地建設(shè)水平，推進衛(wèi)星導(dǎo)航終端芯片、模塊等。

5 結(jié)語

目前北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)仍然保留了一代的短報文通信功能，這個功能是GPS不具備的，此功能在應(yīng)急救災(zāi)的時候可以起到關(guān)鍵作用。綜合來看，建立“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對于我國經(jīng)濟的發(fā)展，軍事實力的提高，加快建設(shè)性的步伐都

有著深遠的影響。要想強國，就必須要強技術(shù)力量，將這些科研成果形成一個產(chǎn)業(yè)鏈，運用到國防軍事中。從而真正擁有我們自主發(fā)展的成果。我們要在技術(shù)力量上占有主動權(quán)，而不能受他國牽制，否則我們無法戰(zhàn)勝強者，而一直原地踏步。相信只要肯刻苦、肯鉆研，把先進的技術(shù)相結(jié)合，學(xué)有所用，定會改變我軍真正意義上的信息化作戰(zhàn)，在未來的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中奏響絢麗的篇章。

[參考文獻]

[1]郭建麟，彭軍，何群，等.北斗接收機定位校準(zhǔn)試驗[J].計測技術(shù)，2015（8）：58-61.

[2]石根柱，李杏軍，田娥.加強軍隊科普工作的若干思考[J].科普研究，2017（4）：83-88， 109.

[3]徐曉波.GPS/BD雙模接收機捕獲跟蹤算法及實現(xiàn)[D].西安：西安科技大學(xué)，2013.