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全球导航卫星系统四门派:中国北斗力抗GPS、伽

Pubdate: 2019/01/02 丨 Source of articles: 网络信息 丨 Browse times:

国际上有一个超豪华俱乐部,它只有四个会员,却吸引了各国政府的关注和众多顶级科学家、工程师的研究,这个俱乐部就是GNSS(全球导航卫星系统),四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS和中国北斗COMPASS

美国是超豪华俱乐部的最大“玩家”

目前,美国控制的GPS导航系统占据了全球主要的导航应用市场,也可以说美国是全球导航卫星系统(GNSS)的最大玩家。

美国的GPSGlobal Positioning System(全球定位系统)的简称,它是在子午仪卫星定位系统基础上改进发展而来的卫星导航系统。

1979年,该系统的第一批(block1型)卫星首次从位于加利福尼亚的范登堡空军基地发射。至80年代末,GPS卫星系统基本组网完毕,可提供全球范围内的卫星定位和导航服务能力。2003年,GPS三代星——GPS blockIII研制计划启动,并从2013年开始替换原来的blockII卫星。GPS blockIII将配备更高功率的卫星,具有更强的抗干扰能力,定位精度将从6左右提高到0.6左右,甚至有可能实现室内定位。2018年,GPS blockIIIA首次发射。

如此高大上的技术,居然是免费的

GPS是个好东西,对人们生活品质的提升相当大,例如汽车和手机导航就非常重要,人们告别了在纸制地图上找路的历史。GPS对于探险航海就更重要了,关键时刻可以救命。而且最最关键的是,这个居然是免费的!难道美国是超级土豪不成?

当然不是,因为GPS根本无法收费。它和广播电视塔类似。广播电视塔只管发射信号,到底有1个收音机听还是1万个收音机听,广播电视塔是不知道的。同理,GPS系统也是如此,卫星只管不停地向地面发信号,具体是谁在接收并使用这些信号,它是根本不知情的,所以根本不知道向谁去收费

但美国也不傻,因为GPS免费,势必将在全球形成大规模的应用,形成巨大的市场,依托这套系统会产生新的国际性产业,同时会形成一股强大的国家软实力,所以说GPS免费是符合美国国家利益的。

GPS虽好,但中国必须发展自己的导航系统

GPS虽好,但中国必须有自己的导航系统,原因就是两个字——安全!GPS免费,对全球民用市场来说是个福利,但在军事方面却是个挑战。

美国研发GPS的初衷,就是为了方便导弹的精确制导,是为了其大国地位和实现全球霸权。而GPS开放了民码,其精度比美国军方使用的军码差了十倍。同时,美国可以随时停止GPS,或者发送欺骗码进行误导,这对军用领域而言是极其危险的。

因此,必须研发中国自主的导航系统。由此,北斗导航应运而生。

上世纪80年代初期至2011年底,我们独立研发的“北斗一代”和“北斗二代”先后投入运行服务,标志着我国独立研发的导航应用系统已初具规模。

目前,我国已建成覆盖亚太地区的北斗二代定位导航网络,并已投入了使用,并计划在2020年前发射35颗卫星,建成世界一流的全球卫星导航系统。

美国的GPS和中国的北斗在中轨道运动卫星上都拥是30颗卫星,它们各在太空上织就了一张网,GPS网眼最密处位于美国上空,北斗二代网眼最密处位于中国上空,为本土提供服务是第一要务,这个道理自然好理解。

加拿大和墨西哥会选择GPS,而对于亚太国家来说,北斗却比GPS更有优势。

用中国自有技术编织“中国梦想”

2016年度《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2016年我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到2118亿元,较2015年增长22.06%。其中,包括与卫星导航技术直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备等在内的产业核心产值达到808亿元。

随着北斗的正式运用,相关应用程序的开发和仪器设备的制造将带动整个卫星导航产业的发展。新一轮地理信息产业是“中国梦”的重要组成部分,它不仅会给人民的生活带来巨大的福祉,而且会助力我国的国防安全。

借助北斗技术实现我国地理信息产业转型升级的前景不可估量,预计2020年前后产业规模将达到2400亿元。

近年来,北斗系统已应用于农业、林业、渔业、警用装备、防灾减灾等各行业领域,应用范围的广度和深度在不断扩伸。

目前,全国已有超过400万辆营运车辆安装北斗兼容终端,形成了全球最大的营运车辆动态监管系统。利用北斗短报文功能传输各类参数信息,有效解决了我国偏远地区地面通信公网无法有效覆盖的问题。

图片来源:日经新闻网

2008年汶川地震中,北斗可谓战功赫赫。在众多GPS通信设备失灵后,北斗手持终端机和位于北京的卫星导航定位指控中心保持了顺畅的沟通。

截至20174月,北斗导航型芯片模块销量已突破3000万片,高精度板卡和天线销量已占据国内市场30%90%的市场份额,并输出到70余个国家(地区),其中一带一路沿线国家(地区)已达30余个。

916日,全球首个支持新一代北斗三号信号体制的高精度导航定位芯片正式发布。这是一款中国拥有完全自主知识产权的国产基带和射频一体化芯片,能在没有地基增强的情况下实现亚米级的定位精度,并实现芯片级安全加密。

未来,芯片可被广泛应用于车辆管理、汽车导航、可穿戴设备、航海导航、GIS数据采集、精准农业、智慧物流、无人驾驶、工程勘察等领域。

图片来源:日经新闻网

中国的北斗卫星导航系统与其他几个系统相比,具有以下特色和优势:

1)具有短报文通信功能。一般卫星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方。而中国的北斗卫星导航系统除了让你自己知道在什么时间、什么地方之外,还可以将你的位置信息发送出去,使你想告知的其他人获知你的情况。把短信和导航结合,是中国北斗卫星导航系统的独特发明。

2)自主可控。新一代卫星在技术和管理上具有诸多创新,星载原子钟采用氢原子钟使得精度可以提高几倍,由目前的10提升至2.5;除此外,卫星新增自主运行管理能力,即可不依赖地面控制系统,而靠空间运行卫星的星间链路构成管理新体系,这可以减少对地面测控站的依赖,有效降低系统运行管理成本和地面测控站发生灾难时对卫星的影响。

3)超高精度。覆盖全国的地基增强系统(CORS站)可以提供米级定位,可随时随地为实现高精度毫米级定位提供技术保障。

4)灵活方便。北斗是全球首个面向大众提供免费三频导航的系统,使得高精度的实现更加灵活方便,而GPS和伽利略部分频点需要商用授权。

小结

目前,虽然中国已身居全球导航卫星系统俱乐部中,可以与国际先进技术比肩,但我们应该清醒地看到,中国的卫星导航与位置服务产业还处于发展的初期,加之北斗卫星网络建设尚未完善,产业化发展过程中会面临很多问题与困境。

如定位精度相比行业鼻祖和龙头GPS还有不少差距;寿命还有待提高;芯片等硬件还有相当多的不足,同时也受到国外技术的严密封锁。

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