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北斗
    时间:2017-6-29     点击率:55

《力学园地》编辑部:

    从网络上听说美国中国北斗卫星导航系统恨之入骨”,为什么呢?

                                  一名刚刚参加完高考的中学生

                        2017.6.12

这位不知名的同学:

    首先,祝贺你完成了人生路上的一个重要的考察。其次,我来试图简明扼要地回答你的问题。

现在,在互联网如此发达的时代里,对很多人来说,定位导航,是居家、出行、旅游所必须具备的条件了。我们大家都知道有个GPS系统,甚至使用手机就可以导航,使人们告别了在纸制地图上找路的历史。总之,GPS对人们生活品质的提升是相当大的。这个GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称,是美国从1978年开始建设的,在1995年投入使用。它的前身是为美军研制的一种“子午仪”导航卫星系统,1958年研制,1964年正式投入使用。GPS分为军用和民用两种定位模式,其中民用方式向全球开放。当然,民码的精度比军码(只限美国军方使用)差了十倍。

那么,GPS系统是怎么工作的呢?它是在一个中等高度(大约20000千米)的轨道上布置30颗卫星(不妨称之为“中轨道星座”),每颗星上装有10-13个高精确度的原子钟,地面上有一个主控站和多个监控站,用户则需要使用GPS接收机。GPS系统采用时间测距定位原理,根据多普勒频移方法,对地面车辆、海上船只、飞机、导弹、卫星和飞船等各种移动用户进行全天侯的、实时的高精度三维定位、测速和精确授时。

1 卫星导航系统工作原理

但是,中国作为一个大国,必须要发展本国的定位导航系统。其实,世界上其它大国也在努力发展自己的定位导航系统。目前,国际上有一个“俱乐部”叫做全球导航卫星系统(GNSS),它有四个会员,分别是:美国的GPS,欧洲的伽利略(GALILEO),俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS),以及中国的北斗(BDS)。

从上个世纪的70年代,我国就在“七五”规划中提出了“新四星”计划。到了80年代初,又提出了“双星”定位方案,但因经济条件等种种原因又搁置了十年。直到1991年才开始启动,这就是大家知道的“北斗一代”。和GPS不同,北斗采用的是静止高轨道模式,因为我们只有两颗星。但是静止高轨道一般是布置通信卫星的,于是既能定位又能通信就被设计成为了北斗一代的技术特点,而GPS等其它定位导航系统都是不支持通信功能的。但是,它的定位功能比GPS卫星差得多,通信功能又比国际海事卫星差得多,因此一直被人诟病。

于是我们开始发展“北斗二代”,北斗二代的第一颗星是2007414号发射的,到416号这颗卫星就开始向下发送信号了,从此就拉开了北斗全球系统建设的帷幕。20117月,第9颗星一个电闪雷鸣的天气里发射升空,当年年底,北斗开始试运行。目前,我国的北斗卫星导航系统共有15颗卫星在轨稳定运行,已可以为亚太地区用户提供稳定可靠的时空信息服务。我们计划在2020年前发射35颗卫星,形成全球性的定位导航系统。北斗比GPS还多5颗星,多出的这5颗是在赤道上空的静止高轨道卫星,主要是完成短信任务的。其它的30颗星跟美国GPS30颗一样,都是非静止中轨道卫星,主要是完成定位导航任务。

2 中国北斗卫星导航系统

目前,北斗的精度和可靠性完全不输GPS导航系统,已经达到了定位精度10米、测速精度0.2/秒,授时精度10纳秒的水平。如果进一步形成北斗的地基增强系统,与天基的卫星相互配合,还可以达到米级以下的实时定位精度,这样北斗的实时定位精度已经远远高于GPS。更要称道的是,北斗比GPS多了一个通信功能,这对于实施营救的任务十分关键。

    目前亚太地区的北斗二代定位导航网络已经建起来了,并已投入了使用。由于北斗二代网眼最密处在中国上空,这不仅可以更好地为本土提供服务,而且亚太国家也认识到了北斗的覆盖优势,纷纷派专家来中国考察北斗二代,研究讨论合作的事项。北斗二代有200多项应用,除了军事方面,在民用方面有环境监测、海洋渔业、精准农业、交通运输、森林防火、减灾救灾、公共安全以及测绘、电信、水利等诸多领域,它对于各类用户确实有着很大的吸引力啊!

    美国的GPS由于资历老、名气大,甚至成了“导航定位”的代名词,几乎处于垄断地位。但是现在,这张垄断几十年的“大网”终于要被中国打破了!所以,美国对我国自主研发的北斗导航系统要“恨之入骨”。

                                                                         龙翔

2017/6/15