無論身在何處，它總能準(zhǔn)確定位;要去哪里，它也可以詳細(xì)指引最佳路線，避免走彎路……這就是日益方便人們生活的導(dǎo)航系統(tǒng)。在防災(zāi)救災(zāi)、國防等國家安全領(lǐng)域，導(dǎo)航的作用更是舉足輕重。
繼美國、俄羅斯建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后，我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)信號全覆蓋。按照我國衛(wèi)星導(dǎo)航建設(shè)的總體部署，到2020年，北斗信號將覆蓋全球，屆時(shí)，可以為全球提供服務(wù)。
在日前舉辦的南京科協(xié)大講堂報(bào)告會上，來自解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院天基信息教研中心主任、衛(wèi)星通信與導(dǎo)航江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心主任、博士生導(dǎo)師李廣俠教授，詳細(xì)解讀了北斗的成長歷程。
擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)更加安全
目前全球共有4套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別是美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”、中國北斗和歐洲“伽利略”。其中美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”已建成投入使用，中國北斗、歐洲“伽利略”仍在建設(shè)階段。
令人們疑惑的是，可以使用美國GPS，為何還要建設(shè)其它導(dǎo)航系統(tǒng)呢?
李廣俠對此表示，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，能為人類帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。盡管美國GPS無間斷地為全世界提供民用導(dǎo)航信號，并默許免收使用費(fèi)，但是衛(wèi)星導(dǎo)航作為軍民雙重屬性的重大基礎(chǔ)設(shè)施，對國家經(jīng)濟(jì)安全、國防軍事以及國際地位等重大戰(zhàn)略利益都具有重大而廣泛的影響，一旦出現(xiàn)緊急情況或重大利益沖突，無論國防軍事還是經(jīng)濟(jì)社會安全都將受到掣肘，甚至脅迫。屆時(shí)如果過度依賴以GPS 為主的授時(shí)領(lǐng)域，諸如電力、金融證券、移動(dòng)通信等重要系統(tǒng)，會因無法獲得統(tǒng)一時(shí)間而導(dǎo)致工作混亂甚至癱瘓;交通運(yùn)輸、人員等或因無法獲得準(zhǔn)確的定位服務(wù)，而無法滿足出行需求。此外，大批軍隊(duì)集結(jié)部署也會出現(xiàn)問題，精確制導(dǎo)武器將失去明亮的眼睛，這些都將對國家利益造成慘重影響。因此，建設(shè)中國自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是基于國家的重大戰(zhàn)略需求和長遠(yuǎn)發(fā)展做出的重要決策。
我國北斗的研發(fā)始于1983年，這一年，我國空間系統(tǒng)工程專家、中國科學(xué)院院士陳芳允首次提出利用兩顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域快速導(dǎo)航定位的設(shè)想。1994年，我國啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，目標(biāo)是提供“獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠”的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。2010 年6 月，隨著第4顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星升空，我國正式宣布自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)進(jìn)入了密集的空間組網(wǎng)階段?，F(xiàn)在，我國已有14顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在軌運(yùn)行，而且已于2012 年開通了對亞太地區(qū)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)，并將在2020 年達(dá)到衛(wèi)星信號覆蓋全球。
“我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供民用服務(wù)雖然起步較晚，但有后發(fā)優(yōu)勢。”李廣俠說，像在漁業(yè)的應(yīng)用上，我國的很多漁船都裝備了北斗終端，當(dāng)漁民出海作業(yè)時(shí)，漁民和漁政管理部門都能知道漁船的精確位置，遇到緊急情況，漁民向北斗衛(wèi)星發(fā)送短報(bào)文，漁政部門接收后可以及時(shí)采取營救措施。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航基本原理是多球交匯
作為繼美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶端組成，現(xiàn)已初步具備了全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，而且還具有短報(bào)文通信能力。
那么，北斗導(dǎo)航的基本原理又是什么呢?李廣俠介紹說，在古代，獵人們沒有導(dǎo)航知識，走到森林里時(shí)，他們會做很多記號，返程時(shí)通過這些記號回來，這就是最原始的導(dǎo)航方式。后來人們改用地圖、航標(biāo)、地形以及星辰、天象、羅盤等確立方位?，F(xiàn)代研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，采用的是多球交匯原理，就是通過圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的衛(wèi)星，發(fā)射無線電信號，用戶機(jī)接收到信號之后計(jì)算出該點(diǎn)與衛(wèi)星的距離，再根據(jù)方程和衛(wèi)星的位置計(jì)算出用戶的精準(zhǔn)位置。
導(dǎo)航的科學(xué)構(gòu)成依然極其復(fù)雜。李廣俠說，衛(wèi)星在大氣層之上，無線電信號要通過電離層和大氣層，這就不得不考慮各種因素對信號的影響;人生活在地面上，可能還有樓房等固體物體遮蓋;人們生活在電磁場當(dāng)中，有很多高壓線，都可能產(chǎn)生干擾，要考慮這些障礙物的影響。此外，導(dǎo)航還要考慮頻率、信號捕獲、時(shí)鐘精度和穩(wěn)定性等問題，是一個(gè)極其復(fù)雜的科學(xué)工程。
2020年前，將有30多顆北斗衛(wèi)星覆蓋全球
我國北斗現(xiàn)已成功應(yīng)用于測繪、電信、水利、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等諸多領(lǐng)域，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
在北京奧運(yùn)會和汶川、舟曲抗震救災(zāi)中，北斗都發(fā)揮了重要作用。
2008年5月12日，汶川大地震時(shí)重災(zāi)區(qū)的通信完全中斷，當(dāng)晚22時(shí)，首批武警官兵到達(dá)災(zāi)區(qū)。他們通過“北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)用戶機(jī)”為地震重災(zāi)區(qū)發(fā)出了第一束生命之光;5月13日，一支攜帶了北斗終端機(jī)的部隊(duì)，從中午12時(shí)開始，沿著馬爾康、黑水、理縣到汶川的317國道一路急行，進(jìn)入汶川地區(qū)，北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星架起了救災(zāi)現(xiàn)場和后方指揮部之間的急救聯(lián)機(jī)，路途中他們把偵測到的災(zāi)情準(zhǔn)確的發(fā)給了救災(zāi)指揮部，使指揮部能夠在第一時(shí)間獲知部隊(duì)距離震中的準(zhǔn)確位置和災(zāi)區(qū)的情況。
北斗仍在不斷地完善，李廣俠介紹說，現(xiàn)在的北斗已具備了與GPS精度相當(dāng)?shù)娜旌蚩焖俣ㄎ缓褪跁r(shí)功能，無需其他通信系統(tǒng)支持即可實(shí)現(xiàn)定位和通信，可為中國及周邊國家和地區(qū)提供24小時(shí)全天候無盲區(qū)服務(wù)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還具有適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膽?yīng)用設(shè)計(jì);適合關(guān)鍵部門使用的高強(qiáng)度加密及獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)等。值得一提的是，北斗導(dǎo)航終端與美國的GPS、歐洲的“伽利略”、俄羅斯的“格洛納斯”相比，最具特色的是它的短信功能，每條能發(fā)送120個(gè)漢字。
李廣俠表示，未來的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將是一個(gè)由30余顆衛(wèi)星、地面段和各類用戶終端構(gòu)成的大型航天系統(tǒng)，技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大。今后在國家安全行業(yè)將最先普及北斗導(dǎo)航，以保障國民生產(chǎn)、生活的安全和穩(wěn)定。通過各方面規(guī)模性應(yīng)用示范，北斗還將逐漸普及到大眾消費(fèi)類市場，最終成為與GPS 并駕齊驅(qū)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它不僅能創(chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，還將對維護(hù)我國國家安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會和科技文化全面發(fā)展提供重要保障。
第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會21日在寧召開
5月21日至23日，由中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主辦、南京市政府支持的“北斗——創(chuàng)新 融合 共享”2014年第五屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會將在南京國際博覽中心召開，屆時(shí)中科院院士、探月工程總設(shè)計(jì)師、國家最高科技獎(jiǎng)得主孫家棟，中科院院士、中國載人航天工程副總指揮沈榮駿，中科院院士、人造衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)專家李濟(jì)生，中科院院士劉經(jīng)南、楊元喜等國內(nèi)外航天領(lǐng)域的專家學(xué)者將云集南京，共話“北斗”的技術(shù)未來與發(fā)展。
另悉，5月26日，省、市科協(xié)等單位還將聯(lián)合邀請中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室研究員郭樹人，在南京科技館作題為《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展歷程與啟示》的主題報(bào)告。
本組撰稿 孫琳 實(shí)習(xí)生 李燈輝 通訊員 市科協(xié)
