全球卫星导航系统及北斗定位导航系统发展

前 言一、 全球四大卫星定位系统简介：1美国的 GPS全球卫星定位系统 GPS的全称是 Global Positioning System。美国的 GPS系统利用至少24颗中地球轨道卫星来传输微波信号。一个 GPS接收机能根据这些微波信号来计算其所处的位置、速度、方向、以及时间。GPS 系统由美国国防部开发，其官方名字是 NAVSTAR GPS。目前 GPS的卫星体系由美国空军 50th Space Wing管理，维护该系统的年度预算是七亿五千万美元，包括旧星替换和研发工作。1983年高丽航空公司的 007航班（波音 747客机）被苏联战斗机击落后，当时的美国总统里根签署法令要求 GPS系统开放民用。自那以后，GPS 已经在世界范围内广泛应用于导航、地图、搜索、商务以及科学研究。GPS 也在许多应用中提供精确时间，比如地震研究和电信网络的同步。2俄罗斯的 GLONASS全球卫星定位系统2008年 2月 14日，俄罗斯激活了其 GLONASS卫星系统的最后几颗。政府宣布，目前新卫星激活后，GLONASS 已经能覆盖全国 95%面积和全球 83%的面积。本年底，俄罗斯还要为此系统发射六颗卫星。不过无论从技术层面还是经济角度看 GLONASS都不怎么乐观。俄罗斯政府第一副总理 Sergey Ivanov日前承认，GLONASS 系统产生的经济效益可能还不能收回成本。原因很多，最主要的包括消费者手持设备太少，信号精确度远不如美国的 GPS，匹配 GLONASS精确度和细节的数字地图还没有产品，在轨卫星的寿命太短卫星更新频率甚至令俄罗斯的火箭发射能力捉襟见肘。这几条原因可谓是招招致命。到 2008年 2月，俄罗斯 GLONASS系统的均方差是水平 17.1米和垂直 22.18米的，而同样的参数在 GPS民用系统已经达到了2.76米和 7.51米。定位系统的精度取决于地面站对卫星的定位这方面俄罗斯就落后于美国和欧洲，而且可能需要十年之功才能追上。俄罗斯 GLONASS系统卫星的很多零部件受制于制造业能力，本国无法生产，只能依赖进口。美国在这方面的产品最好，但是却对这种产品有严格的出口限制；而俄罗斯内部对美国产品也有很深的疑虑天知道美国人会不会在产品中留下后门，这种事美国人没少干。俄罗斯从第三国进口的零部件质量却往往达不到航天的要求。目前 GLONASS卫星的设计寿命只有三年。虽然俄罗斯的东西都粗糙耐用，目前卫星也可以在三年基础上使用到四年半，美国 GPS卫星的设计寿命却是十年，使用寿命达到了二十年！GLONASS 需要同时 18颗卫星在轨，而俄罗斯目前的卫星生产能力是每年六颗全力开工也很难保天上的东西齐全。此外，俄罗斯政府也没有为 GLONASS走向消费市场创造有利的商业体系。政府不公开 GLONASS的数据格式，因此民营企业都不愿，也不能，在 GLONASS消费市场上投入。缺失了民营企业这块的努力，GLONASS 接收机的电路设计、小型化、降低成本，GLONASS 数字地图的开发等等都是空谈，不能指望那些笨重而官僚的国有企业完成这个任务。直到今天，俄罗斯 GLONASS接收机的产量还停留在每月 1500到 2000的水平，显示屏还要从韩国三星进口，每个接收机的售价目前还在 600到 700美元的高位。反观美国，GPS 的开放让这个消费市场蓬勃发展，高明（Garmin）和麦哲伦（Magellan） 是接收机和地图的领头羊，其他的中小厂商 Mio、TomTom 等等也不甘落后，接收机的售价也在 100到 400美元的价位，基于 GPS的地图服务和增值服务就数不胜数了。到 2006年底，俄罗斯的法律还规定公民精确知道自己的经纬度（以及国家其他地方的经纬度）是非法的。前苏联时代的民用地图都故意制造几公里的坐标误差以免战时被敌人使用。这种后遗症在俄罗斯年代也需要一些时间才能消除。一个全球定位系统在商业上的成功是与一个国家的工业能力、综合国力和经济环境甚至社会制度息息相关的。欧洲的伽利略在技术上可谓先进，但是政府机构的官僚主义和官办研究的拖沓作风影响了发展；俄罗斯则是积弊太多，制造业和技术又跟不上。纵观全球，中国的北斗虽然历史短，但是发展迅速，定位明确（目前是中国和周边国家的区域定位系统）。中国的制造业能力和系统设计能力也在世界居于领先地位。只要政府对定位系统的政策得当，未来对美国 GPS构成挑战的也许真的只有中国北斗，就像对美国能构成挑战的也只有中国一样。3欧洲的伽利略（Galileo）卫星定位系统欧洲的伽利略（Galileo）项目开始于 2002年 3月，由欧盟和欧洲航天局正式批准。最初的设想是一个类似美国 GPS（Global Positioning System ）和俄罗斯 GLONASS（Global Navigation Satellite System）的全球定位系统，但是比以上两个系统拥有更高的精度，并且不受别国军事用途的控制。这个项目准备在 2008年前发射四颗测试卫星，从 2006年到 2010年发射 26颗700公斤的太阳能卫星，运行在在 23222公里高度的三个轨道平面，全项目耗资大概 40亿欧元。到今天这个计划如何了呢？简单的说，该项目已经落后于计划五年，费用已经超支了数十亿欧元。 伽利略的支持者们声称其优质的信号能够提供更高的定位精度，达到一米以内，比 GPS高很多本世纪初，GPS 的平均精度在五米以上。但是早在2004年，GPS 的平均精度就达到了三到五米，到 2012年，更有可能达到三米以内。另外一个问题是信号控制。美国给军方使用 GPS的最高精度，但是一直控制民用 GPS信号的精度。但是 2000年 5月，当时的总统克林顿正式承诺美国不会选择性的降低信号精度。到 2002年伽利略项目开始，欧洲已经有无数商家开始利用美国 GPS的免费信号来提供导航和定位服务这些人可对美国是否某天会限制信号没那么关心。更坏的是，目前看来伽利略的商业前景也不乐观。美国一直在稳步提高GPS系统，而俄罗斯总统普京一直在强调，他要把改进 GLONASS作为国家战略来考虑。俄罗斯计划为该系统再发射七颗卫星，开始覆盖邻国，并在 2009年覆盖全球。中国也曾参与了伽利略计划，尽管美国一再作梗，欧洲还是和中国开展了合作。咱们的目的一则是投资，万一有回报就赚了；更重要的是交学费来发展自己的全球定位系统。中国也许对欧洲的官僚主义和慢节奏深有了解，可能就没指望欧洲人能按计划开发。中国自己的北斗系统几乎同时与伽利略开始起步，如今已经进入二期工程。4中国的北斗卫星定位系统新华社报道中国的北斗系统用的是翻译名称 Compass，西方国家也就沿用。 当然，就算叫汉语拼音 Beidou，也是按字母排序排在第一位。北斗系统一期工程只能叫做区域定位系统，因为覆盖范围和低轨道卫星都决定了北斗-I 只能用于中国及其周边地区。不过中国正在进行的北斗-II 是真正的全球卫星定位系统30 颗中地轨道卫星和 5颗地球同步卫星足可以覆盖全球。北斗二代总共有 35颗卫星，其中 5颗地球同步，30 颗中地轨道，而GPS，仅有 24颗中地轨道卫星（没有地球同步卫星），可以看出北斗二代有相当程度的改进。2009 年北斗星上天，2010 年开始为中国和周边中华文化圈提供基本服务，再过一年开放信号给全球，那就真正标志着我国（Beidou）成为继美国（GPS）、俄罗斯（GLONASS）和欧洲（Galileo）之后自主研制建立完整卫星导航系统的国家。二、 发展北斗系统的战略意义卫星导航定位系统是国家重要信息基础和战略设施，是体现国家综合国力的重要标志。经过 8年艰苦奋战，2003 年 12月 15日，我国第一代北斗导航定位系统北斗一号建成并正式开通运行，中国成为继美、俄之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家，打破了国外的封锁与垄断，结束了长期单一依赖国外系统的历史。2007 年，联合国有关机构正式确认北斗为全球卫星导航四大核心系统之一。 北斗卫星导航定位系统开通五年来，已成功应用于水利水电、海洋渔业、交通运输、气象测报、国土测绘、减灾救灾和公共安全等领域，牵引推动了电子、通信、机械制造、地理信息等相关产业和信息服务业的发展，产生了显著的经济效益和社会效益。特别是在四川汶川抗震救灾中，北斗导航全面亮相，全力保障，发挥了独特优势和不可替代的作用，在全社会引起了强烈反响。此外，北斗二代正式服役对我国防有非统寻常的意义，使我军超远距离打击不再是梦想。中国空军目前属于攻防兼备型空军，这种模式的空军，在战略上能在与国家陆海疆域相对应的全空疆实行信息化条件下的攻势防御，并能对敌起飞基地、发射平台及其附近海域目标进行有限反击。中国空军的目前模式主要体现以下三点： (一)、攻防兼备。空军兵力及其结构体现在攻防兵力比例上，既有能够稳定全国空防的国土防空力量，又有进行大规模、高强度空袭的空中进攻力量。攻防兵力已经全面兼顾，突出进攻。 (二)、空天一体。空军兵力及其结构体现在作战模式上，即能在天基平台支援下进行防空和战役战术反导作战，又能在天基平台支援下进行大规模空袭和对距离远的敌基地进行小规模精确打击。 (三)、信火一体。空军兵力以及结构体现在作战能力上，既能进行强大的火力打击，又能进行以电子战、计算机网络战为主要内容的信息战。真正把信息战与火力战融合起来。 中国空军的特点目前看应是天基平台支援下的攻防兼备型空军。我们还应该把这一基础继续夯实。接下来的问题就是发展与中国大国地位相衬的战略空军了。如何发展呢？依托北斗二代就是我们的一个发展思路。 北斗二代是我国依靠自己力量独立发展起来全球卫星定位系统，功能将强过美国的 GPS。前一段时间，已经有媒体宣传今明两年我国将发射 15颗北斗二代卫星，覆盖中国的周边，形成区域服务能力，待系统运行良好后，再渐进发展成全球系统。这就为我们发展战略空军提供的充足的条件。这是因为，有了北斗二代，我们的战略型的弹道导弹和巡航导弹就可以依托其进行精确制导；就可以为我们的战机提供精确导航；更进一步的说就可以对潜在敌人实施防区外的超远距离的空中打击。这些都是一个战略空军所必须具有的基本因素。三、 北斗发展过程：北斗的全称是北斗导航系统（Beidou Navigation System），或者北斗卫星导航定位系统（Beidou Satellite Navigation and Positioning System），新华社的英文通告中也介绍称 Compass Navigation System。北斗是中国独立开发的卫星导航定位系统。目前的北斗一代系统包括四颗卫星属于试验系统，只覆盖中国部分地区。正在开发中的北斗二代系统包括 35颗卫星，将是一个真正的全球卫星导航定位系统。北斗的第一颗卫星发射于 2000年 10月。2003 年 9月，中国加入欧洲伽利略计划，预计投资 2.3亿欧元。但是中国并没有停止北斗的开发，后续卫星一直在发射。2006 年 11月 2日，中国宣布 2008年内北斗将提供精度在 10米以内的服务。到目前为止，北斗卫星的发射情况如下：发射日期 发射火箭 卫星 轨道 备注2000年 10月 31日长征三号甲 北斗一号 A地球同步轨道东经 140度已不再使用2000年 11月 21日长征三号甲 北斗一号 B地球同步轨道东经 80度 使用中2003年 5月 25日长征三号甲 北斗一号 C地球同步轨道东经110.5度使用中2007年 2月 3日 长征三号甲 北斗一号 D地球同步轨道东经 86度 使用中2007年 4月 14日长征三号甲 北斗二号 A中地轨道 21500公里 使用中2009年 4月 15日长征三号丙 北斗二号 A中地轨道 21500公里 使用中 北斗一代使用地球同步轨道卫星（GPS，GLONASS 和伽利略都使用中地轨道卫星）。这就意味着，北斗一代不需要那么多卫星，但是同时也降低了覆盖范围其服务范围是东经 70度到 140度，北纬 5度到 55度的地区。北斗