“北斗”系統(tǒng)出路在哪
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
2015年3月30日，首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌成功發(fā)射，拉開了2015年北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)。如果美國關(guān)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(dǎo)航、授時和短報文通信服務(wù)。這一始于軍界、正在走進(jìn)民間的導(dǎo)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(wù)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(qiáng)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(dǎo)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(zhǔn)
新上天的這顆衛(wèi)星，意味著新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星開始組網(wǎng)，其最重要的任務(wù)，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(dǎo)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(dāng)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(shè)監(jiān)測站、星載原子鐘技術(shù)滯后。這兩者都攸關(guān)導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。
衛(wèi)星導(dǎo)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(yùn)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(hù)。
于是，中國積極尋求伙伴，推進(jìn)海外監(jiān)測站建設(shè)。2014年中俄雙方表示，將互設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航站，其中，中國將在俄羅斯境內(nèi)建設(shè)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(shù)，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(shè)計師李祖洪回 憶稱，國產(chǎn)原子鐘達(dá)不到需要的技術(shù)指標(biāo)，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(shè)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(shè)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(shù)要求，使得國產(chǎn)原子鐘也能保障衛(wèi)星導(dǎo)航的精度要求。
解放軍信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)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(shè)計，與GPS相比有一定獨特優(yōu)勢。例如，當(dāng)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(wù)。
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(xì)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(dǎo)航得以順利進(jìn)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(shù)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(dǎo)航系統(tǒng)，可能帶來國家安全風(fēng)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(dǎo)航系統(tǒng)。
軍事領(lǐng)域是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最初和最基本的應(yīng)用。越來越多的高端武器裝備需要在衛(wèi)星制導(dǎo)下，對目標(biāo)實施精確打擊。擁有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家在必要情況下，可以選擇性地關(guān)閉對外的信號頻段，限制敵軍的武器裝備和作戰(zhàn)能力。
負(fù)責(zé)俄羅斯格洛納斯民用項目開發(fā)的機(jī)構(gòu)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(biāo)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(rèn)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(lǐng)域的導(dǎo)航主權(quán)。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(fù)《財經(jīng)》記者采訪時強(qiáng)調(diào)，“對于導(dǎo)航信號的認(rèn)證將會幫助服務(wù)提供商保護(hù)基于地點的服務(wù)功能而免受欺騙。”
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(shù)合作協(xié)議，中方承諾投入2.3億歐元。但此后該項目進(jìn)展緩慢，且中國被排除在核心技術(shù)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(dǎo)航系統(tǒng)主導(dǎo)者頻繁接觸，并就互設(shè)地面站等問題達(dá)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(jī)場部署地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)，利用北斗和格洛納斯的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，這個著陸和監(jiān)控系統(tǒng)能給飛機(jī)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(lǐng)導(dǎo)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)的改善與統(tǒng)一、導(dǎo)航微電子以及格洛納斯/北斗設(shè)備的共同研發(fā)、運(yùn)輸領(lǐng)域的衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航試點項目的大致輪廓，并達(dá)成了合作建立中俄導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)園的大致意向。
格洛納斯聯(lián)合會強(qiáng)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(wù)。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(dǎo)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(dǎo)航系 統(tǒng)提供的服務(wù)。無論是政府決策者還是從業(yè)者，都認(rèn)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(jìn)行切換。
更為吸引用戶的還有“互操作”。“同一個終端收兩個系統(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。”中國衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航儀K320，老客戶可以免費(fèi)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(jìn)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(rèn)，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(dǎo)航模式足以支持一般路況的行車導(dǎo)航需求。
對于研發(fā)者而言，要實現(xiàn)衛(wèi)星定位雙模互操作，需要先解決信號、系統(tǒng)設(shè)計包括坐標(biāo)、時間以及信號之間的兼容問題。
無論如何，加強(qiáng)“兼容和互操作”，已成為全球衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)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(yīng)用聯(lián)盟簽署備忘錄，決定在信息通訊標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)、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(lǐng)域展開合作。
預(yù)計2020年前后，天上將有120余顆導(dǎo)航衛(wèi)星，兼容和互操作可以大大提高用戶的體驗。