中國兩代北斗系統發(fā)展歷程：精度可超越GPS

　　截至目前，北斗導航系統共發(fā)射了16顆衛星，根據計劃，到2020年左右，中國將要發(fā)射30余顆北斗導航衛星，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。

　　北斗導航系統建設的“三步走”是：2000年建成了衛星導航試驗系統，即“北斗一代”;2012年底，“二代”系統覆蓋了亞太地區;根據規劃，第三步是在2020年左右，成為覆蓋全球的、性能更好的國產(chǎn)導航系統。

　　北斗一代到北斗二代經(jīng)歷了從有源定位到無(wú)源定位的轉變，轉變后依然保留了“一代”引以為豪的通信功能，這使其能夠在公共通訊網(wǎng)絡(luò )中斷、沒(méi)有其他衛星通訊的情況下，為用戶(hù)提供通信服務(wù)。不過(guò)在市場(chǎng)應用上，這一特色似乎沒(méi)有顯示出太大的價(jià)值。

　　為了更易推廣，北斗衛星導航系統不再顯得那么“獨特”，采用主流的無(wú)源定位技術(shù)的北斗二代，與其他衛星導航系統之間的兼容與互操作，將成為發(fā)展方向。

　　“一個(gè)終端走遍天下”

　　劉少創(chuàng )是中國科學(xué)院遙感與數字地球研究所的研究員，2012年開(kāi)始參與新疆羅布泊地區野生駱駝的監測與保護。他的工作內容之一便是利用衛星跟蹤定位技術(shù)，監測野駱駝的運動(dòng)軌跡。

　　在對瀕危野生動(dòng)物的研究與保護中，使用衛星跟蹤系統已較為常見(jiàn)。通過(guò)衛星跟蹤系統，科研工作者可以了解野生動(dòng)物的遷移路徑、生活習性，了解它們面臨的威脅，從而制定針對性的保護措施。

　　這也是北斗導航系統的應用領(lǐng)域之一，媒體曾經(jīng)報道，在對藏羚羊的研究和保護中，就使用了北斗衛星導航系統。

　　相對于一般的手機或車(chē)載導航，在跟蹤監測應用方面，除了定位，還需要通信功能。“北斗一代本身是有通訊功能的。”劉少創(chuàng )曾經(jīng)考慮過(guò)使用北斗一代來(lái)跟蹤野駱駝。

　　從通訊功能這一點(diǎn)來(lái)講，北斗一代獨具優(yōu)勢，其應用史上最被稱(chēng)道的事件是：汶川地震發(fā)生以后的幾天內，北斗一代系統是災區和外界聯(lián)系的唯一途徑。

　　這是源于北斗一代系統的雙向通信設計。所謂雙向通信，是指用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與中心控制系統間可實(shí)現雙向簡(jiǎn)短數字報文通信;而GPS只可進(jìn)行單向通信，即接收器只能被動(dòng)接受衛星發(fā)來(lái)的信號，不能主動(dòng)發(fā)出信號。

　　據了解，之所以有這樣的差異，是因為北斗一代和GPS等其他的衛星導航系統在定位原理上的不同。北斗一代采用有源定位技術(shù)，而GPS采用的是無(wú)源定位技術(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，有源定位即終端需發(fā)射信號才能定位，無(wú)源定位即終端不發(fā)信號僅靠接收信號就能定位。

　　“有源定位和短報文特色服務(wù)”曾被北斗衛星導航系統的新聞發(fā)言人冉承其稱(chēng)為北斗系統的“最大特色”。用冉承其的話(huà)說(shuō)，“其他衛星導航系統只是告訴你什么時(shí)間、在什么地方，而北斗衛星導航系統除了讓你自己知道在什么時(shí)間、什么地方之外，還可以將你的位置信息發(fā)送出去，使你想告知的其他人獲知你的情況，解決了何人、何事、何地的問(wèn)題。”也就是說(shuō)，“靠北斗一個(gè)終端就可以走遍天下。”

　　“野生動(dòng)物跟蹤、氣象、水文觀(guān)測都需要用到通訊功能，北斗就可以在這些領(lǐng)域發(fā)揮數據收集的作用。”劉少創(chuàng )告訴時(shí)代周報記者，北斗一代在氣象、水文監測上已有較廣泛的應用。

　　但是北斗的工作原理也為它的推廣帶來(lái)了問(wèn)題，由于設備必須包含發(fā)射機，從而在體積、重量、價(jià)格和功耗方面，北斗處于不利地位。

　　也正是因為北斗一代“個(gè)大、耗電量太大”，劉少創(chuàng )最終選擇給野生駱駝戴的跟蹤器，是由GPS定位模塊加上衛星通信模塊組成的。他表示，至少目前，自己還沒(méi)有找到更合適的基于北斗衛星導航系統的跟蹤器產(chǎn)品。

　　無(wú)源定位的“二代”

　　“北斗一代”的正式名稱(chēng)是“北斗衛星導航試驗系統”。1994年，中國正式開(kāi)始這一系統的研制，并在2000年發(fā)射了兩顆靜止軌道衛星，實(shí)現了區域性的導航功能。北斗一代可實(shí)現的功能包括區域連續的導航定位、簡(jiǎn)短數字報文通信和授時(shí)。

　　據了解，除了上文提到的弱點(diǎn)之外，北斗一代的雙向通信還帶來(lái)了用戶(hù)容量有限、定位精度不足、實(shí)時(shí)性較差等問(wèn)題，有源定位技術(shù)也使得用戶(hù)在定位的同時(shí)無(wú)法保持無(wú)線(xiàn)電靜默，不利于軍事應用。

　　“但是與其他衛星導航系統相比，該系統的投資要少得多，而且它還具有其他系統所不具備的位置報告和通信功能。因此，可以說(shuō)北斗衛星導航試驗系統是一個(gè)性能價(jià)格比較高的、具有中國特色的衛星導航系統。”北斗官方網(wǎng)站在介紹北斗一代時(shí)如是說(shuō)。

　　“有源定位對接收器的功耗、性能要求相對要高。”武漢大學(xué)衛星導航定位技術(shù)研究中心主任施闖對時(shí)代周報記者表示，從推廣上來(lái)講，無(wú)源定位更有優(yōu)勢。

　　2008年，新一代衛星導航系統即北斗二代正式立項建設，這一次采用的是與GPS等系統類(lèi)似的無(wú)源定位系統：接收機被動(dòng)接收到是衛星廣播的導航信號，由接收終端來(lái)計算位置。

　　“北斗二代保留了一代的通訊功能，定位的時(shí)候采用無(wú)源，通信的時(shí)候采用有源。”施闖告訴時(shí)代周報記者，北斗二代的設計并沒(méi)有放棄一代的特色。

　　根據官方介紹，北斗二代提供的服務(wù)包括開(kāi)放服務(wù)和授權服務(wù)。開(kāi)放服務(wù)是向全球免費提供定位、測速和授時(shí)服務(wù);授權服務(wù)是“為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶(hù)，提供定位、測速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統完好性信息”。2011年底，北斗二代開(kāi)始試運行，向中國及周邊地區提供服務(wù);2012年底，北斗系統開(kāi)始向亞太大部分地區正式提供服務(wù)。

　　施闖表示，北斗二代的通信服務(wù)對軍用民用都開(kāi)放，“取決于應用，如果需要通訊功能，民用一樣可以選擇，只是一般手機、車(chē)載導航都不需要通訊功能。目前最大的用戶(hù)在漁業(yè)，此外還有監測、管理、跟蹤等有特殊需求的領(lǐng)域。”

　　在劉少創(chuàng )看來(lái)，基于GPS的跟蹤系統性能相對比較成熟，不過(guò)由于國家的支持，將來(lái)北斗系統在國內，定位精度等方面很有可能會(huì )超過(guò)GPS。

　　“在區域定位上，北斗二代和GPS沒(méi)有差別，地面基站增強后，定位精度會(huì )更高。”施闖介紹。“北斗地基增強系統”也可稱(chēng)為“北斗精密定位服務(wù)系統”，是北斗系統建設的組成部分，通俗地講，是在地面建立站點(diǎn)，利用地面的“網(wǎng)絡(luò )”來(lái)增強天上“網(wǎng)絡(luò )”的定位導航精度，這一網(wǎng)絡(luò )正在建設之中。

　　最大的差距無(wú)疑是在市場(chǎng)應用上。北斗官方多有表示，北斗系統一直致力于和GPS等國外導航系統的兼容并用。據了解，2010年，在國際電信聯(lián)盟的協(xié)調之下，GPS與北斗系統實(shí)現兼容;而為了推廣的順利，北斗和GPS系統的組合使用將成為市場(chǎng)的方向。