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"北斗"卫星导航系统:中国版GPS发展历程揭密
中国发展门户网 www.chinagate.cn  2010 年 05 月 20 日 
关键词: 北斗 "北斗"卫星导航系统 GPS制导 卫星导航定位系统 地球静止卫星 双星定位 无线电波 北斗卫星 卫星导航技术
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“北斗”卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,包括“北斗”卫星导航试验系统(“北斗一号”)和“北斗”卫星导航定位系统(“北斗二号”)。继2007年4月和2009年4月第一、二颗“北斗二号”卫星成功发射后,今年年初,在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭将第三颗“北斗二号”卫星成功送入太空预定轨道,这标志着四大全球卫星导航系统之一的中国“北斗”卫星导航系统工程建设又迈出重要一步。“北斗二号”卫星发射时间间隔越来越短,预示着“北斗”卫星导航系统组网正按计划稳步推进。

我国卫星导航系统的发展历程

导航定位是人类社会所必需的。从古至今,人类在生产和生活实践中发明了多种导航方法。例如,天文导航是通过观测天体的位置来确定自身的位置和航向,此法设备简单,但受到气象条件的限制;无线电导航是接收海岸电台发出的无线电波来确定舰船自身的位置,它虽不受气象条件的影响,但由于无线电波的传播距离有限,故用于远航时有困难。其他导航方法也不尽如人意。从目前的技术水平和可以预见的将来看,卫星导航技术是一种比较理想的导航工具。卫星导航技术是指利用一组导航卫星,对地面、海洋和空间用全户进行精确的定位。它具有全时空、全天候、高精度、连续事实地提供导航、定位和授时的地点,已成为应用广泛的导航定位技术。卫星导航定位系统是重要的空间基础设施,可提供高精度的定位、测速和授时服务,能带来巨大的社会和经济效益。我国高度重视卫星导航系统的建设,一直努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。

早在上世纪60年代末,我国就开展了卫星导航系统的研制工作,但由于诸多原因而夭折。自20世纪70年代后期以来,国内开展了探讨适合国情的卫星导航系统的体制研究,先后提出过单星、双星、三星和3-5星的区域性系统方案,以及多星的全球系统的设想,并考虑到导航定位与通信等综合运用问题,但是由于种种原因,这些方案和设想都没能得以实现。在20世纪80年代到90年代,我国就结合国情,科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划:第一步是试验阶段,即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务,为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才,研制一些地面应用基础设施设备等;第二步是到2012年,计划发射10多颗卫星,建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统(即“北斗二号”区域系统);第三步是到2020年,建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统。

2000年,中国“北斗”导航系统建成运行,成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域,经济效益和社会效益显著,特别是在2008年中国南方冰冻灾害、汶川特大地震抗震救灾和北京奥运会中发挥出非常重要的作用。

“北斗”卫星导航试验系统(“北斗一号”)

“北斗”卫星导航试验系统(也称“双星定位导航系统”)为我国“九五”列项,其工程代号取名为“北斗一号”,其方案于1983年提出。2003年5月25日零时34分,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭,成功地将第三颗“北斗一号”卫星送入太空。前两颗卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空,运行至今导航定位系统工作稳定,状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星,它与前两颗“北斗一号”工作星组成了完整的卫星导航定位系统,确保全天候、全天时提供卫星导航信息。这标志着我国成为继美国GPS和俄罗斯的GLONASS后,在世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家,该系统的建立对我国国民国防和经济建设将起到积极作用。2007年2月3日,“北斗一号”第四颗卫星发射成功,该卫星不仅作为早期三颗卫星的备份,同时还将进行“北斗”卫星导航定位系统的相关试验。目前,“北斗一号”已有四颗卫星在太空遨游,组成了完整的卫星导航定位系统,确保全天候、全天时提供卫星导航资讯。

“北斗一号”是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。其覆盖范围是北纬5°-55°,东经70°-140°之间的心脏地区,上大下小,最宽处在北纬35°左右。定位精度为水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态),工作频率为2491.75MHz,系统能容纳的用户数为每小时540000户。“北斗一号”具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途,可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。

“北斗一号”就性能来说,和美国GPS相比差距甚大。第一,覆盖范围也不过是初步具备了我国周边地区的定位能力,与GPS的全球定位相差甚远。第二,定位精度低,定位精度最高20米,而GPS可以到10米以内。第三,由于采用卫星无线电测定体制,用户终端机工作时要发送无线电信号,会被敌方无线电侦测设备发现,不适合军用。第四,无法在高速移动平台上使用,这限制了它在航空和陆地运输上的应用。但最重要的是,“北斗一号”是我国独立自主建立的卫星导航系统,它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位,解决了中国自主卫星导航系统的有无问题。它是一个成功的、实用的、投资很少的初步起步系统。此外,该系统并不排斥国内民用市场对GPS的广泛使用。以“北斗”导航试验系统为基础,我国开始逐步实施“北斗”卫星导航系统的建设,首先满足中国及其周边地区的导航定位需求,并进行系统的组网和测试,逐步扩展为全球卫星导航定位系统。

来源: 中国网
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