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北斗:中国人自己的GPS
文章作者:袁先生       文章来源:新闻报纸      浏览次数:1017
  

9月19日,我国采用一箭双星的方式,成功将第14颗和第15颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道。据中国卫星导航系统管理办公室宣布,今年年底前,我国还将发射1颗北斗导航卫星,完成亚太区域组网建设任务,并提升区域系统服务。2020年前后,将建成由30余颗卫星组成的北斗卫星导航系统,提供覆盖全球的定位、导航和授时服务。
2007年,中国的“北斗”与美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟的“伽利略”一起被联合国确认为全球四大卫星导航系统核心供应商。可当其他对手还在忙于第一代卫星的布局时,美国已展开了对GPS的更新换代。10月4日,美国成功发射了第三颗GPSⅡF卫星,更新一代的GPSIII卫星的研制也进入攻坚阶段。
面对GPS在我国卫星导航产业中的绝对垄断地位,我国出台一系列政策大力推广“北斗”。2012年7月,国务院印发了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,作为卫星及应用产业的“北斗”被列入国家20个重大工程。
占尽技术优势GPS曾独步天下
1957年10月4日,苏联发射了人类第一颗人造卫星,人类由此进入太空时代。1958年1月31日,美国也成功发射了一颗人造卫星。同年,美海军开始研制子午仪卫星定位系统,这项研究验证了卫星导航的可行性,为未来GPS系统的研制埋下了伏笔。
由于子午仪卫星定位系统在潜艇和舰船导航方面存在巨大缺陷,GPS应运而生。GPS由美国国防部从1973年开始研制,在1991年海湾战争中首次得到实战应用,1993年具备初始作战能力。
起初针对洲际弹道导弹导航而设计的GPS,契合了信息化战争对精确打击的需求,在弹道测量、远程火力、全球打击、特种作战等领域运用广泛。在信息化时代,GPS已成为高技术战争的重要支持系统,极大提高了美军的指挥控制、多军兵种协同作战和快速反应能力。
作为世界上第一个全球卫星导航系统,GPS长期以来独步天下,垄断了全球军用和民用市场。为确保国家安全,美国打出了“限民保军”的牌,于1984年出台了选择可用性政策,旨在通过人为施加选择性误差来降低定位精度,让精度高的军规服务只供美国及其盟国的军事用户用,对其他用户提供的则是误差大的民用服务。
由美军控制的GPS,尽管在和平时期免费提供信号,但一到战时就“变脸”。从1991年海湾战争、1999年的科索沃战争、2001年的阿富汗战争到2003年的伊拉克战争,美军对以GPS制导为主的精确制导武器的使用,从7.6%增加到68.3%。但在海湾战争期间,美国置欧洲盟友的利益于不顾,一度关闭对欧的GPS服务。这不能不让一向自视甚高的欧洲人觉得如鲠在喉。
不甘受制各国竞相发展自己的卫星导航系统
为了能自主地掌握卫星导航系统在军事应用和国民经济上的主导权,世界各主要大国先后上马了自己的卫星导航系统。
与美国冷战的苏联针锋相对,从1976年起组建全球卫星导航系统,即“格洛纳斯”。针对美国的选择可用性政策,1991年初,接管“格洛纳斯”的俄罗斯宣布将其开放民用,不带任何限制。
欧盟各国不愿受制于美国,于1999年提出联合研制“伽利略”。有别于美俄的军事定位,“伽利略”是世界上笫一个专门为民用而设计的全球卫星导航系统。
为推广自己的系统,各方扳起了手腕。2000年,美国宣布取消选择可用性政策。为保护GPS产业,美国又于2004年与欧盟签署协议,限制“伽利略”。
为打破美国GPS的垄断,俄罗斯强制推广“格洛纳斯”。至2010年,俄国内已有23%的飞机、87%的船只和80%的公共交通工具使用“格洛纳斯”。
“一家领先,三家加速跑”,中国卫星导航定位协会秘书长苗前军向记者这么形容现在的竞争格局,GPS虽然还占据主导,但它的优势正逐步被其他三大系统所消解。他说,如果说GPS胜在成熟,“伽利略”胜在精准,“格洛纳斯”胜在抗干扰能力强,那么“北斗”的优势则在于开放性和互动性。
我国为什么要发展“北斗”
拥有自主研发的“北斗”,首先保证的是国防安全。我国大多数军民应用范畴建立在GPS之上,“一旦发生战争,美国加大民用码误差,甚至使GPS局部不可用,后果将不堪设想。”中国卫星导航定位协会咨询中心主任曹冲对记者说。这已有前车之鉴,在2008年俄罗斯与格鲁吉亚5天的战争中,美国为了向其盟友格鲁吉亚提供援助,封锁了冲突地区的GPS信号。
其次是通信安全。中国工程院院士、测绘专家许其凤举例说,某研究所曾经在我国河南某地做了个试验,用仪器干扰GPS信号,结果该地区两三天内手机全都不灵了。其原因就是我国现有的通信系统,不管是CDMA,还是TD-SCDMA通信基站,都依赖GPS的授时功能。一旦GPS失效,严重时可导致网络系统瘫痪。2011年1月13日下午,中国电信CDMA出现网络告警。值得庆幸的是,事件并没引发网络中断和延时。据美国官方称,事因GPS系统升级。
“如果美国人在GPS上搞一点猫儿腻的话,那就不是两三天的问题,也不是局部地区的问题。”许其凤说。据报道,在战时抑制战区内的民用GPS信号,如施放干扰和恢复选择可用性手段等,也被美军列为作战方略。
综合多方因素,1994年,我国批准了“北斗”的研制建设任务。据“北斗”总设计师孙家栋院士介绍,其采取“三步走”战略:第一步,2000年建成“北斗一代”试验系统,解决有无问题;第二步,2012年形成覆盖亚太大部分地区的服务能力;第三步,2020年形成全球覆盖能力。
虽然起步晚但也有优势
“北斗”起步比GPS晚了20年,但技术上并没落后很多,GPS所拥有的一切功能“北斗”都具备,还有着GPS没有的“独门秘技”。孙家栋表示,“北斗”最大的创新在于把导航与通信紧密地结合起来,既能知道“我在哪里”,也能知道“你在哪里”。
如果把GPS比作收音机,那么“北斗”就相当于卫星电话,可以实现双向交流。“5·12”汶川地震中,“北斗”这种独有的短报文通信功能就派上了大用场。震后,灾区通信瘫痪,中央无法掌握灾情。救援部队紧急装备了1000多台“北斗一号”终端机,武警四川总队一支小分队就靠这个终端机发出了来自震中的第一条短信。救援期间,部队用“北斗”共发送74万条短信。但苗前军也指出,“北斗一代”卫星转发器的通道容量有限,限制了短报文通信功能的使用,拖延了其在行业市场的推广。
“北斗一代”是试验系统,应用能力和范围受到很大局限,随着第二代卫星的部署,“北斗”才真正进入和GPS竞争的轨道。2011年12月27日,“北斗二代”开始试运行,今年年底正式运行后,其定位精度将由25米提高到约10米。
“北斗”发展的瓶颈在哪里
2011年“格洛纳斯”第二次实现全球覆盖,2014年首颗GPSIII卫星将发射,“伽利略”全球覆盖进程也可能在“北斗”之前完成。对手扩张的步伐紧锣密鼓,“北斗”胜算几何?中科院院士、大地测量专家杨元喜在2012年中国卫星导航定位协会年会上表示,未来“北斗”将能实现80%的中国市场占有率,并力争20%的全球市场。
但现实并不乐观。“北斗”产业化进程迟缓,2010年,其产业规模为60亿元,仅占中国卫星导航产业的6%。
“北斗”产业化关键看北斗导航终端,而在其关键元器件中,导航芯片的国产化最为人所关注。苗前军对记者说,“有星无芯”是卫星导航领域的院士们最担心的状况,指的就是我国自主研发的“北斗”虽然发挥效果了,但接收终端的芯片却不是国产的。
据曹冲介绍,“北斗”导航芯片长期依赖国外,近两年来,国内企业才研发出具有自主知识产权的芯片,但无论是国企还是民企,国产芯片水平普遍不高。
国产“北斗”导航芯片之所以发展迟缓,苗前军认为有两点原因:一是国家政策和资金扶持的力度不够,尤其对于民企而言,他希望国家的投入不是“雷声大雨点小”;其二是国内芯片企业陷入了一种怪圈,市场需求少导致芯片生产量小,造价贵,这也跟企业自身造血机能不足有关。
但另一方面,曹冲认为国内企业在芯片研发上各自为阵,只会使其陷入无序竞争。他认为,业界应建立共识,让企业能在国家指导下,集中力量做好一两款芯片,以求突破价格瓶颈。在记者采访中,“国家扶持”、“业界整合”、“集中力量”是受访对象普遍的共识。
专家请民众“耐心一点”
自GPS问世以来,许多领域由于GPS的出现而产生革命性变化。电力、有线电视、城市地下管道采用GPS来布设线路,公安、银行、医疗、出租车等行业用GPS营建紧急救援或报警系统。在诸多应用中,汽车导航无疑是卫星导航系统最亲民的用场,也是“北斗”与GPS竞争的主战场之一。据介绍,“北斗”的汽车导航精度和GPS已经不相上下,且抗干扰能力更好,能克服用GPS时经常出现的盲点,如在有高架桥时信号有死角或滞后。
“请大家耐心一点”,2012年7月,许其凤在首届战略性新兴产业(滨海)国际论坛上对业界呼吁。他曾听性急的同行报告“‘北斗’不如GPS”,他并不同意。他指出,“北斗”存在一些技术细节和衔接问题,需要发现和改进的磨合期。北斗的技术指标是按照GPS来定的,美国人经过二三十年的发展,才达到现在的技术指标,“要达到GPS这样的水平,用户们要有耐心”。
“目前北斗能够提供的服务,可以达到GPS10年前的应用水平,我们试运行不足一年就达到这个水平,非常难得。”中国工程院院士、卫星导航专家刘经南说。苗前军也指出,外界对“北斗”的认识误区在于,去年才试运行,今年就急着要求和GPS一样,这是典型的“过高要求”。对试运行持“温和而包容”态度的他对记者说,奢望现在就把“北斗”推广得如火如荼是不现实的,应等正式运行之后再提要求。
“不久后,用装有北斗导航芯片的智能手机一定位,就可以自动搜索并对接附近的出租车,不再‘人等车’,而是‘车找人’。”苗前军指出,“北斗”的应用取决于“我们的想象力”,卫星导航将与无线互联网一样成为移动终端的标配,那时,在中国人的生活中,“北斗”的戏份儿会越来越重。
10月12日,欧洲太空局成功发射了两颗“伽利略”卫星,“伽利略”计划在一度停滞后,终于又开始重新启动。而2012年也是“北斗”的关键一年,组网进程加速,一年要发射6颗卫星。据专家介绍,“北斗”的组网进程比“伽利略”要早2~3年。且让我们拭目以待,“北斗”将会给我们带来怎样的惊喜。

 
 
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