“北斗”系統出路在哪

　　隨著全網鋪開，北斗系統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

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

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

　　作為軍民兩用系統，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有一個野心勃勃的計劃，今年將 再發射4顆至5顆新型衛星，最終使組網覆蓋整個地球，此前，北斗正在服務的16顆衛星，主要集中于中國及周邊地區上空。這令其信號強度與定位精度，可能僅 在亞洲地區擁有較大優勢，而在全球范圍內，則不及導航市場的巨無霸GPS?，F在，隨著全網鋪開，北斗系統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

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

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

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

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

　　于是，中國積極尋求伙伴，推進海外監測站建設。2014年中俄雙方表示，將互設衛星導航站，其中，中國將在俄羅斯境內建設3個北斗系統地面站。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，決定衛星定位的精度，必須300萬年誤差不超過一秒。北斗系統工程副總設計師李祖洪回 憶稱，國產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，歐盟國家也是態度曖昧，設置障礙。為了繞過前述兩大瓶頸，北斗系統選擇了獨特的衛星 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個軌道面的中軌衛星組成衛星星座。而北斗在中軌衛星之外，還利用了 地球同步衛星軌道(GEO)和傾斜軌道的同步衛星軌道(IGSO)。這樣即使僅在國內布設監測站，也可觀測到衛星80%-100%的軌道弧段，這讓全球布建監測站的必要性大為減小;同時降低了對星載原子鐘穩定性的技術要求，使得國產原子鐘也能保障衛星導航的精度要求。

　　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，給國內原子鐘研發爭取了時間。新衛星搭載的原子鐘，是為北斗系統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，北斗系統能給用戶提供優于GPS的定位服務。

　　北斗系統缺點是，由于軌道資源有限，聯合國要求衛星偏離指定位置后，要及時調整回來，以免干擾處于同軌道其他位置的衛星。衛星完成一次微調后， 需要再觀測兩三天，才能拿到新的、詳細的軌道數據，這樣會產生斷點，現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，未來實現星間鏈路，采用衛星間測距和數據傳輸技術后，可實現高精度全球導航。

　　打破壟斷

　　自項目啟動以來，在中國乃至國際市場與GPS相抗，是北斗系統研發參與者從未掩飾的“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，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的導航系統。

　　軍事領域是衛星導航系統最初和最基本的應用。越來越多的高端武器裝備需要在衛星制導下，對目標實施精確打擊。擁有衛星導航系統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能力。

　　負責俄羅斯格洛納斯民用項目開發的機構格洛納斯聯合會向《財經》記者證實，目前處在不穩定狀態的烏克蘭地區，出現了GPS信號錯誤，將定位對象 所處位置標示在數百米外。類似的事情也曾發生在1999年北約對南斯拉夫的戰爭、2011年北約轟炸利比亞。格洛納斯聯合會首席分析師安德烈 (Andrei Ionin)認為，美方沒有屏蔽沖突區的GPS信號，但加入了錯誤的信號，致使真實位置出現偏差，類似的人造“錯誤”在民用GPS信號中也出現過。

　　“擁有本國的衛星系統，或者確保自己能使用友方國家的衛星信號，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》記者采訪時強調，“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。”

　　伽利略計劃創立之初，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展。2014年，兩國導航系統主導者頻繁接觸，并就互設地面站等問題達成了協議。據安德烈介紹，至少有 兩個項目可能已經執行：一是在中國的一個機場部署地基增強系統(GBAS)，利用北斗和格洛納斯的衛星導航數據，這個著陸和監控系統能給飛機起降提供指 引;二是為內陸水道交通管理系統建立的信號增大站。開發者為俄羅斯公司的行業領導者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一、導航微電子以及格洛納斯/北斗設備的共同研發、運輸領域的衛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業園的大致意向。

　　格洛納斯聯合會強調，在格洛納斯的全球化發展中，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，北斗系統的優勢仍在亞太區域。

　　兼容難題

　　同時兼容不同導航系統的終端，可大大提高某一時刻的可見衛星數量，實現更好的定位。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 統提供的服務。無論是政府決策者還是從業者，都認為早期的商業開發，以北斗/GPS兼容產品為宜，讓用戶能夠在北斗系統和GPS之間進行切換。

　　更為吸引用戶的還有“互操作”?！巴粋€終端收兩個系統的衛星，比如收了兩顆GPS的衛星信號，收了兩顆北斗的，一共四顆星，也能定位，就叫互操作?！敝袊l星導航系統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的衛星信號進行定位。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，會出現搜不到任何衛星信號或定位較慢的情況。一位業內人士亦承認，在極端惡劣天氣下，或是信號較弱的情況下， 雙模產品的靈敏度不如GPS單模產品。

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

　　對于研發者而言，要實現衛星定位雙模互操作，需要先解決信號、系統設計包括坐標、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”，已成為全球衛星導航領域的熱點話題。安德烈透露，八個月前，格洛納斯聯合會已與中國車載信息產業應用聯盟簽署備忘錄，決定在信息通訊標準互認、電子地圖繪制及格洛納斯/北斗雙模芯片研發生產等領域展開合作。

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