揭秘我國自主研發試運行的北鬥衛星導航系統
北鬥導航衛星空中運行圖
北鬥導航衛星戰略應用示意圖
“認星先從北鬥來，由北往西再展開。”小時候，長輩們總是教孩子們辨認北鬥星，只要找到了北鬥星，就找到回家的路。
如今，城市的燈光湮沒了星光，許多人開始習慣於借助GPS系統來確定方向。由美國國防部開發的GPS衛星導航系統在全球獨領風騷，已經滲透到了我們生活的各個方面。
雖然兒時的北鬥星光已經在記憶裡越行越遠，但一顆新的“北鬥星”卻在天空中成長。2011年12月27日起，我國自主研發的北鬥衛星導航系統開始在我國及周邊部分地區試運行。
這顆“北鬥星”不僅能夠幫助我們確定方向，還能准確告訴我們自己處在地球的哪個位置，幫助我們快捷到達目的地，告訴我們精准的時間，甚至還能在沒有信號的荒僻之地借助衛星發送短信。
這些還只是這顆“北鬥星”基本功能，可以期待，隨著下游的應用產品不斷研發，借助這顆“北鬥星”，我們的生活將更加方便快捷、多姿多彩。
●南方日報記者 李秀婷
1.出身世家定位精度可媲美GPS
或許你已經習慣於通過街旁網、人人網、大眾點評網等社交生活網站進行簽到，搜尋附近的餐廳、銀行、酒店，評價品嘗到的美食……
這些已經滲透到我們日常生活的LBS(Location Based Service)服務離不開衛星導航系統的定位、通信功能。
說起導航系統，人們熟悉的是美國GPS全球定位導航系統，GPS目前在中國擁有龐大的用戶群，而北鬥是直接衝著GPS來的。
2011年底，北鬥導航系統開始試運行，我國民用市場擁有了自己的導航系統，這也意味著我國正式成為繼美國和俄羅斯之後第三個具有成熟的衛星導航系統的國家。
這顆“北鬥星”其實是由10顆北鬥導航衛星組成，在2007年到2011年底陸續發射完畢。
目前，北鬥系統試運行服務大體範圍在東至日本、西至印度東部、南到澳大利亞、北至蒙古國的區域內。按計劃，到2020年，將建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組網而成的全球衛星導航系統，屆時北鬥定位導航將覆蓋全球。
據北鬥衛星導航系統總工程師孫家棟透露，隨著北鬥系統的發展，其用戶範圍將拓展到國家的電力、金融、通信等各個領域，與普通百姓的生活密切相關。
“北鬥志在將中國用戶從GPS手中搶回來”，北鬥衛星導航系統工程副總設計師李祖洪認為，到了2020年肯定每個人的生活離不開北鬥。
中國社科院國際問題專家葉海林對此表示，中國這麼龐大的經濟圈，擁有了自己的全球定位系統後，就有可能將這一市場奪回來。“但這有一個前提，就是我們要提供同樣水平的服務。”
其實這一點在技術上並不困難。作為我國自主研發的衛星導航系統，北鬥的全球導航精度比起導航界的巨頭GPS已經不相上下。而在增強區域也就是亞太地區，北鬥的精度甚至會超過GPS。
在試運行階段，北鬥導航的位置精度為平面25米，高程30米，測速精度為每秒0.4米，授時精度為50納秒。到今年年底，導航精度能達到10米左右，到完全建成時，定位精度能達到釐米。
盡管建設北鬥導航系統要發射多顆衛星，需要投入大量的財力、人力、物力，在北鬥試運行的新聞發布會上，中國仍宣布，北鬥將面向全球提供免費服務，而且用戶數量上和GPS一樣沒有限制。
既然GPS目前已經滿足了大多數民間用戶的需求，而且一直以來都是免費提供，為什麼還要投入那麼多經費開發“北鬥”系統？
北京環球信息應用開發中心韓春好教授用了“天下並沒有免費的午餐”這一句諺語來回答這個問題。“盡管我們使用的GPS可以免費接收它的信號，但並沒有人能保證你的使用將永遠不收費。”
2.獨門絕技 信號盲區能發送短信
盡管在導航市場地位上一時還無法超越GPS，但北鬥也有自己取勝的獨門絕技——“短報文”功能正是一大亮點。
“短信服務是北鬥衛星導航系統的特色，也是我們的優勢。”中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其表示。
“短報文”與目前的手機短信功能相類似，用戶可以通過終端發送一條長度為120個字的信息，向外界告知位置。
這在手機信號穩定的城市鄉鎮可能意義不大，但對經常出沒於沙漠深山荒僻之地的“驢友”們來說，可謂大福音。
2011年9月30日，一個14人戶外登山團隊違規進入四川四姑娘山景區海子溝，連續12天都無法和外界取得聯系，當地組織數批搜救隊進山搜尋，但始終無功而返。直到“失蹤”14天之後，這批驢友才走出信號盲區。
有了北鬥的用戶終端後，這樣的麻煩就能輕易化解了。據了解，目前，有10萬台利用“北鬥一號”研發的類似“大哥大”的用戶端投入市常這種用戶端雖然看起來很像磚頭，但功能不容小覷。
“驢友”們在沒有信號的偏遠山區迷路、大海航行迷失，都可以利用這個“大哥大”將自己的位置發送給北鬥衛星，這樣，搜救隊就可輕而易舉將用戶定位。
當然，北鬥並不只為“驢友”們量身定做。
若在大海中航行捕魚的漁民迷失了方向，在沒有手機信號的情況下，可以通過北鬥系統發送消息，總部就能很容易找到失蹤船只。
若消防隊員深入森林救火，進入信息盲區，沒有手機信號，與外界失去了聯系，怎麼辦？通過終端給“北鬥”發送信息，搜救部隊就能輕易得知被困者所在位置。
在汶川地震搜救時，北鬥就曾經大展身手。
在川西北通信信號遮蔽干擾嚴重的復雜環境中，美國的GPS只能顯示終端位置信息而無通信功能，而衛星移動電話雖可實現語音通信，但不具備定位導航功能。
北鬥衛星導航系統同時具備空間定位、時間基准授時和短報文通信功能，解決了搶險救災應急指揮中的定位與通信難題。
據統計，在救援期間，搜救部隊用北鬥發了74萬條短信，為地震救援搭建了一個既能顯示位置信息又能保持調度信息傳遞順暢的指揮平台。
冉承其介紹，在2008年南方冰凍災害、2010年玉樹抗震救災、舟曲泥石流救災中，北鬥衛星導航系統同樣大顯身手。
3.功底深厚“十八般武藝”樣樣精通
除了獨特的短信功能能夠在救援方面大顯身手外，北鬥還有諸多功能，給科學研究、社會管理和日常生活提供了便利。
北京北鬥星通導航技術股份有限公司是國內最早從事衛星導航定位業務的專業化公司之一，占據了北鬥民用60%以上的市場份額。
該公司相關負責人在接受南方日報記者采訪時透露，北鬥目前最大的民用領域是海洋漁業，應用終端在海洋漁業領域已形成規模，入網用戶已過萬戶。
他介紹，北鬥能夠有效幫助對漁船實施動態監控、應急救援和防台救災。北鬥在海洋漁業的應用還包括為漁船發布天氣預報和預警，提供漁業信息等。
北鬥系統用戶端之一是高精度測量接收機，這個接收機非常敏感，它能感受到釐米級以下的變形，一輛重型卡車從大橋上駛過，橋梁變形多少？這微小的變形，通過肉眼肯定無法判斷。而高精度測量接收機則可以精確地告訴你。
通過在車輛上安裝衛星導航接收機和數據發射機，車輛的位置信息就能在幾秒鐘內自動轉發到中心站。這些位置信息可用於道路交通管理，有利於減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。
在交通運輸部正開展的重點運輸車輛監控管理、服務示範工程中，北鬥系統可以重點解決“兩客一危”，即客運班車、旅游包車和長途危險品運輸車在運輸過程中的監管和服務問題，大大提高出行安全水平。
北鬥星通公司的上述負責人還介紹，氣像領域是最早應用我國北鬥系統的重要應用領域之一。中國氣像局也正在組織開展基於北鬥系統的大氣、海洋和空間監測運行應用，還參與了奧運氣像保障，取得了很好的效果。
北鬥還能管“公車私用”。2011年9月，廣州市1萬輛公車安裝上了“北鬥車載電子監控系統”。廣州市公車使用管理信息系統采用我國自行研發的北鬥衛星定位系統，這是我國北鬥衛星民用化的第一個大型項目。
凡是裝了“北鬥”系統的公車，在節假日的時候都是放在單位裡面的。比如在周六、周日，有人要開公務車，車內系統會提醒“今天是休息日，如果要使用的話要辦理手續”。而且車啟動之後，監督系統就會自動生成信息發給監督系統的管理員。
授時，即向地球報告最精確的時間，是衛星導航系統所能提供的主要功能之一。一旦GPS授時出現問題，我國的手機網絡、廣播電視網、電網都將受到極大的影響。打破了GPS壟斷，通過自主設備授時具有國家安全層面的重大意義。
目前，一些企業研發的授時機可以達到幾十納秒的精度，這樣在手表裡安裝相關的芯片即可實現通過北鬥來授時。“北鬥手表”的時間精度在千萬分之一秒，且永遠不需要校時。
4.開放接口北鬥終端將與GPS兼容
在宣布北鬥系統開始試運行時，我國也同時發布了北鬥衛星導航系統的空間信號接口控制文件(ICD文件)。
冉承其解釋，這個文件主要是用來約束、規範和定義北鬥衛星與地面接收終端之間的信號接口或特征，其中還包含北鬥導航衛星發射信號的方式、頻率等相關參數，有了這些數據，開發北鬥終端時才有據可依。
這就相當於政府提供了一個操作系統，而下游的企業就可以根據這個操作系統，來開發出各種各樣不同功能的應用軟件，投放到市場上使用。
隨著試運行和ICD文件的開放，原有GPS產業鏈上各環節企業的介入，一場激烈的競爭將在下游研發和應用領域展開，未來大規模的應用也即將到來。
北鬥星通公司市場營銷部的相關負責人對記者透露，目前主要客戶來自海洋漁業、水文水利、陸海運輸、安全生產、地質災害監測等行業，公司提供產品，給用戶建立系統應用的平台，實現長期的運營服務。
在市民中使用最廣泛的終端當屬導航設備。業內人士估計，與GPS兼容的導航設備將會在2012年研發成功，2013年逐步上市，會先在特殊行業進行裝備，隨後會在汽車導航等主要民用領域鋪開。周邊國家的推廣應用也會在2013年以後逐步展開。
對於已經使用GPS終端作為導航系統的用戶，如果改用北鬥系統，是不是還要另外購買北鬥導航終端呢？專家稱，不用擔心，北鬥導航系統的兼容開發模式，已經替你免去了這部分支出。
冉承其表示，“我們在提供試運行服務時，國內相關企業已經開始著手從事北鬥應用終端的研發以及北鬥和GPS兼容終端的研發，也就意味著使用GPS終端的用戶可以單獨使用北鬥，也可以使用北鬥和GPS兼容使用的終端。”
中國全球定位系統技術應用協會咨詢中心主任曹衝則告訴記者，北鬥導航不會取代GPS，而是與之互補。兼容北鬥和GPS的終端，類似於“一機雙卡”的手機，可在一台導航儀上自動切換，從而提高定位精度。
正在初步構建的物聯網，也離不開北鬥的幫忙。北鬥星通股份有限公司相關負責人崔紅濤表示，北鬥具備的定位和通信功能是物聯網的關鍵環節。
雖然北鬥有欲迎頭趕上的趨勢，但北鬥衛星導航系統工程副總設計師譚述森仍冷靜地表示，與美國GPS衛星導航系統相比，北鬥在未來的設計應用上還存在很多難點。
GPS在問世的近30年裡積累了大量的空間實驗數據，而其中最重要的太陽光壓變化對於衛星所產生影響的數據，已經建立起數據模型。“而中國的北鬥系統還處於起步階段，還需要在摸索中前進。”譚述森表示。