北斗導(dǎo)航總設(shè)計(jì)師:精度媲美GPS 4年可服務(wù)全球

已成“國之重器” 四年內(nèi)具有全球服務(wù)能力

2016年6月12日，第二十三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功。如今，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)覆蓋了全球1/3的陸地，使亞太地區(qū)40億人口受益，其精度也與GPS相當(dāng)。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師謝軍在接受記者采訪時(shí)表示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有無盡的潛力，隨著北斗系統(tǒng)2020年具有全球服務(wù)能力，其在開發(fā)與應(yīng)用中將發(fā)揮更大的效益。“北斗是中國的北斗，更是世界的北斗。”在某種程度上，可以說北斗系統(tǒng)是中國在世界科技競爭中最具競爭力的代表。它同時(shí)也是“中國造”的品牌代言人。

文 廣州日報(bào)記者肖歡歡

2020年服務(wù)全球

記者：北斗導(dǎo)航的原理是什么?

謝軍：熟悉GPS的人都知道，衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)際上是通過測量衛(wèi)星和地面站之間的距離以及確定它們之間的時(shí)鐘關(guān)系，來明確衛(wèi)星的位置信息。在已知衛(wèi)星的位置和時(shí)間信息之后，地面用戶同時(shí)接收到四顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號之后就可以解算出自己的位置，這就是衛(wèi)星導(dǎo)航定位的原理。

記者：之前第八顆衛(wèi)星發(fā)射成功后就可以導(dǎo)航定位，后來為何還要發(fā)射那么多衛(wèi)星?

謝軍：從導(dǎo)航衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)來講，主要考慮四個(gè)因素：覆蓋范圍、可用性、完好性、連續(xù)性。第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星入軌后，從原理上來講，可實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)對區(qū)域范圍提供連續(xù)、穩(wěn)定的服務(wù)能力。但為了提高整個(gè)星座的穩(wěn)定性，需要增加一些衛(wèi)星，這樣可使用戶在同一時(shí)間內(nèi)接收到更多的衛(wèi)星信號，能夠更方便地計(jì)算出來自己的位置。另外，增加衛(wèi)星數(shù)量還能提高終端用戶導(dǎo)航定位的精度。

記者：導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度取決于哪些因素?

謝軍：定位精度是導(dǎo)航系統(tǒng)里最重要的一項(xiàng)指標(biāo)。定位精度與導(dǎo)航衛(wèi)星、地面運(yùn)控、用戶終端都有密切關(guān)系。從技術(shù)上來講，這幾部分都存在著測量誤差和時(shí)鐘誤差，而且還有星歷誤差，大氣層、電離層影響，這些都是影響定位精度的重要因素。如果這些誤差修正得好，用戶機(jī)的定位精度就高。當(dāng)然，用戶機(jī)的工作環(huán)境可能存在干擾，這也會影響定位精度。還有就是衛(wèi)星星座的幾何構(gòu)型，構(gòu)型好對提高定位精度也是很重要的。

記者：我們的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”戰(zhàn)略如今進(jìn)展如何?

謝軍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路是先區(qū)域、后全球。采取“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。第一步，建立北斗衛(wèi)星雙星定位試驗(yàn)系統(tǒng)，形成區(qū)域有源定位與導(dǎo)航服務(wù)能力;第二步，完成三種軌道十余顆衛(wèi)星的發(fā)射，建成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，形成區(qū)域無源服務(wù)能力，向亞太地區(qū)提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù);第三步，建成由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成的覆蓋全球的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，形成全球無源定位服務(wù)能力。

2012年，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)迎來從第十一顆到第十五顆5星密集發(fā)射期，其中，第十二、第十三顆衛(wèi)星以及第十四、第十五顆衛(wèi)星均為一箭雙星發(fā)射。2012年10月25日，第十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)完成了所有衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。至此，北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)空間段由分布在不同軌道的14顆衛(wèi)星組成星座，即5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中軌道衛(wèi)星。中國全面完成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設(shè)，形成覆蓋亞太大部分地區(qū)的服務(wù)能力。

目前，前兩步已實(shí)現(xiàn)，中國成為世界上第四個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國家。中國最新發(fā)射的兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星與此前的北斗衛(wèi)星相比有了重大突破，部件國產(chǎn)化率提高到98%，其“心臟”“慧腦”“鐵骨”等關(guān)鍵器部件全部為國產(chǎn)。到2020年，將完成35顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，為全球用戶提供服務(wù)?！　”倍穼?dǎo)航精度與GPS相當(dāng)　　記者：你之前也談到，我們的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的既有有源定位，也有無源定位，這是我們的一個(gè)特色?

謝軍：GPS現(xiàn)在所提供的服務(wù)叫無源定位。意思是，用戶可以不用發(fā)射任何信號，就可以免費(fèi)接收衛(wèi)星的信號，實(shí)現(xiàn)對自己位置的定位。北斗系統(tǒng)提供的是兩種服務(wù)，一種就是跟GPS相同的，在區(qū)域范圍內(nèi)可以讓用戶免費(fèi)的直接接收衛(wèi)星信號，實(shí)現(xiàn)定位。另一種是有源定位，用戶可以把自己的位置報(bào)告給其他的網(wǎng)絡(luò)或指揮控制中心，最終實(shí)現(xiàn)定位。有源定位在調(diào)度系統(tǒng)以及指揮系統(tǒng)上應(yīng)用是非常廣泛的，它能實(shí)現(xiàn)地面快速定位，相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的指揮調(diào)度將變得更加容易，打個(gè)比方，就跟公共汽車的調(diào)度室一樣，你的位置我們能馬上知道，過去你那里多長時(shí)間也算得到。這種有源定位是北斗的特色，從衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展的趨勢上來講，也是我們應(yīng)該堅(jiān)持的。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的目標(biāo)之一就是在2020年建成有源導(dǎo)航定位、短報(bào)文功能。這是目前GPS等沒有的功能。短報(bào)文功能，是衛(wèi)星定位終端和北斗衛(wèi)星或北斗地面服務(wù)站之間能夠直接通過衛(wèi)星信號進(jìn)行雙向的信息傳遞，GPS只能單向傳遞。與第一代雙星系統(tǒng)相比，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始呈現(xiàn)出更多特點(diǎn)和優(yōu)勢。

記者：我們的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星為何比GPS還多?

謝軍：相比美國GPS系統(tǒng)擁有的24顆衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)要多出11顆衛(wèi)星。因?yàn)樗煽臻g段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和 30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。我們的衛(wèi)星比GPS多，是因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)的星座設(shè)計(jì)不同。

北斗是中國的也是世界的

記者：北斗導(dǎo)航和美國的GPS相比還有多大距離?

謝軍：衛(wèi)星導(dǎo)航這個(gè)領(lǐng)域，美國確實(shí)是領(lǐng)先一步，它的GPS應(yīng)該是在1994年就提供服務(wù)了，我國在1994年正式啟動(dòng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，差不多比GPS導(dǎo)航系統(tǒng)晚了20年。這對我們來說是一個(gè)巨大的壓力，也是動(dòng)力。我們2000年才駛?cè)胍粋€(gè)快車道。2004年的時(shí)候，我們只有有源定位這一個(gè)通道，所以用戶數(shù)量很受限制。相對于GPS不受限制的用戶數(shù)量，跟他們是沒法比的，可能連他們的萬分之一都不到。2012年年底，我們基本上能覆蓋亞太大部分地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了在中國及周邊地區(qū)提供這個(gè)有源和無源服務(wù)，我們現(xiàn)在還處在一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。如今，在中國或中國周邊地區(qū)，我們跟GPS水平相當(dāng)。

從應(yīng)用的角度來講，應(yīng)該說還不如GPS，但從精度上來講，已經(jīng)和GPS相當(dāng)。加上我們配套的地面增強(qiáng)系統(tǒng)，應(yīng)該說現(xiàn)在精度是米級的，個(gè)別行業(yè)的一些企業(yè)已經(jīng)做到了優(yōu)于米級這樣的水平。當(dāng)然，用戶愿意用北斗就用北斗，愿意用GPS就用GPS，我相信由于北斗的一些特色，最后北斗的用戶一定是會越來越多的。北斗是中國的北斗，也是世界的北斗。　　用北斗不擔(dān)心老人走丟

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與老百姓的生活密切相關(guān)。目前市場熱炒的“車聯(lián)網(wǎng)”、“可穿戴設(shè)備”、“物聯(lián)網(wǎng)”等概念都與北斗密不可分。以“可穿戴設(shè)備”為例，國內(nèi)已有公司推出基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，與物聯(lián)網(wǎng)、無線通信技術(shù)等相關(guān)的產(chǎn)品。終端為老人提供一鍵通話、一鍵緊急求助、語音提醒及血壓、心電等醫(yī)療數(shù)據(jù)無線采集等應(yīng)用。老人帶上終端產(chǎn)品后，將連上智能服務(wù)平臺，家人可隨時(shí)了解老人的位置、身體狀況，并可以進(jìn)行防護(hù)圈設(shè)置和語音提醒等，與醫(yī)護(hù)人員聯(lián)系。

此外，北斗在自駕游、探險(xiǎn)游等旅游領(lǐng)域也有作為。對于登山愛好者來說，發(fā)生事故后，北斗定位服務(wù)可以保障其隨時(shí)獲得救援。

記者：現(xiàn)在美國有GPS，俄羅斯也有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲也有自己的一套系統(tǒng)。有必要搞這么多導(dǎo)航系統(tǒng)嗎?

謝軍：其實(shí)之前美國的專家也說過這個(gè)問題，他們說，世界上真的需要四大系統(tǒng)還是幾大系統(tǒng)嗎?每一個(gè)系統(tǒng)都需要20多顆衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)自己獨(dú)立的網(wǎng)，那么四大系統(tǒng)將來肯定就是上百個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星，有這種需求嗎?但后來我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上各國有自己的一些特殊的要求，但最終受益的還是用戶，他就可以選北斗也可以選用GPS，非常便利，精度也會非常高。由于有了兼容的基礎(chǔ)，用戶的選擇更多，提供的服務(wù)也更多。

記者：用我們自己的系統(tǒng)更加安全?

謝軍：我們知道，任何一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就包括現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)都有后門，你用別人的系統(tǒng)后門鑰匙在別人手里掌握，我自己的系統(tǒng)我自己應(yīng)該說是非常放心的。在2010年之前，我們有一些關(guān)鍵的元器件還是要依賴于國外的進(jìn)口，比如像一些計(jì)算機(jī)的處理芯片，還有一些存儲器，大規(guī)模的集成電路。但之后，北斗衛(wèi)星上的一些大的部件全部都是我們自己研發(fā)出來的，原子鐘也好，大功率放大器也好，還有一些精密的測量部件，全部都是我們國家的企業(yè)自己研發(fā)出來的。

記者：與GPS相比，北斗系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢?

謝軍：首先是兼容互操作。這將會給用戶帶來很多好處，因?yàn)橛脩粼谕粫r(shí)間內(nèi)可以收到更多導(dǎo)航衛(wèi)星的信息，解算自己的位置、速度、時(shí)間就更加方便，同時(shí)精度也更高。北斗系統(tǒng)做到與其他系統(tǒng)兼容后，你可以在北斗信號強(qiáng)的時(shí)候使用北斗，用GPS來幫助你修正，輔助提高導(dǎo)航服務(wù)精度。早在幾年前，不少企業(yè)已開始嘗試制造能接收北斗、GPS和格洛納斯系統(tǒng)的接收機(jī)了。全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)達(dá)成兼容互操作協(xié)議之后，系統(tǒng)間的兼容使用是完全沒有問題的。

其次，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的目標(biāo)之一就是在2020年建成有源導(dǎo)航定位，短報(bào)文功能。這是目前格洛納斯、GPS等沒有的功能。

記者：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用前景如何?

謝軍：自2012年12月27日正式提供區(qū)域服務(wù)以來，北斗導(dǎo)航區(qū)域系統(tǒng)一直在連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，其服務(wù)覆蓋了全球1/3的陸地，使亞太地區(qū)40億人口受益，體現(xiàn)了中國的責(zé)任和地位。

北斗工程的實(shí)施帶動(dòng)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航、測量、電子、元器件等技術(shù)的發(fā)展。在我國的交通、通信、電力、測繪、防災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。具體到普通人的生活中，它可以為我國周邊地區(qū)提供連續(xù)穩(wěn)定可靠的導(dǎo)航以及定位等服務(wù)，我們有很多系統(tǒng)、很多用戶，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域、大地測繪以及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)應(yīng)急救災(zāi)指揮調(diào)度方面具有獨(dú)特的功能。

打個(gè)比方，老百姓每個(gè)人家里車都是標(biāo)配車載導(dǎo)航儀，就是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用范例，同時(shí)現(xiàn)在有一些休閑旅游的指示的手表，還有一些指示器也是利用我們衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。將來我們還將建成服務(wù)全球的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以說，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著堅(jiān)強(qiáng)的實(shí)力和無盡的潛力。