中国北斗系统正式服务亚太地区

江苏省锡山高级中学（214174） 王家伟 范晓伟

2012年12月27日，中国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统启动区域性正式服务，由16颗导航卫星组成的北斗卫星导航系统将向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。这是北斗系统建设和应用的一个里程碑，标志着我国在卫星导航系统建设方面“三步走”发展战略第二步发展战略目标的实现。

一、北斗系统概述

1. 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统〔BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System，CNSS〕是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统（如图1、图2）。是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统，与美国的GPS、俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟的“伽利略”（GALILEO）系统并称全球四大卫星导航系统。

图1 北斗卫星导航系统标志图

图2 北斗卫星导航系统示意图

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。

2. 北斗系统建设的“三步走”

中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。在20世纪80年代到90年代，我国结合国情，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”发展战略。

第一步，2000年建成了北斗卫星导航试验系统，解决我国自主卫星导航系统的有无问题。第一步是试验阶段，即用少量地球同步静止轨道卫星来完成试验任务，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。2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（即“北斗一号”试验系统）。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域发挥着重要作用。

第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年形成区域覆盖能力。第二步到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）。截至2012年底，已经发射了16颗导航卫星组成的北斗卫星导航系统启动区域性正式服务，开始向亚太大部分地区（覆盖区域东经55度～180度）正式提供连续无源定位、导航、授时以及短报文通信等服务。

第三步，2020年左右，形成全球覆盖能力。第三步到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统，实现向全球免费提供定位、测速和授时的开放服务，定位精度为10米，授时精度为10纳秒，测速精度0.2米/秒；同时还能为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，授权提供更好的定位、测速、授时和短报文通信服务以及系统完好性信息的授权服务。

“北斗”区域卫星导航系统的建成对我国及周边地区具有重要的应用意义。我国及周边地区目前使用的卫星导航系统基本上是美国的GPS，作为一个航天大国来说，我国必须在卫星导航领域占有一席之地，这是非常重要的。首先，有了独立自主的星地一体化系统以后，我国可以进一步开发卫星导航应用领域，并且把星地之间的一体化工作做好；而GPS系统在很多方面对我们并不开放，所以更无法介入其星地一体化设计。第二，“北斗”区域系统正式运行和提供服务以后，我国及周边地区的用户可以接收到除了GPS和GLONASS信号之外的新的卫星导航信号，从而多了一种选择，多了一种可获取的资源，有利于提高服务精度和质量。

二、北斗系统的优势与“独门绝技”

1. 北斗系统的优势

北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当，而在增强区域也就是亚太地区，甚至会超过GPS；向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪”和“你在哪”的问题；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

2. 北斗系统的“独门绝技”

北斗卫星导航系统和目前世界上三大导航系统（GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”）相比，不仅具备了定位导航功能，还具有自己独特的功能。

（1）绝技一：精准授时，精度达两千万分之一秒

精确授时，即向地球报告最精确的时间，是卫星导航系统所能提供的主要功能之一。北斗卫星导航系统上装置了我国自行设计研制的原子钟，有了它，卫星就具有了精准的授时功能，精度可以达到两千万分之一秒，火车调度、银行结算、航空航天工业等方方面面都离不开它；不仅在我们的生产生活中，精准的授时功能在军事上更是不可或缺，巡航导弹之所以能够完成精确打击，就是通过卫星定位和高精确授时来对目标进行锁定。北斗卫星导航系统的精准授时功能可以打破GPS垄断，通过自主设备授时具有国家安全层面的重大意义。

（2）绝技二：短报文功能，信号盲区能发送短信

除了精准的授时功能，北斗卫星导航系统还具有一个其他导航系统不具备的独特功能——短报文功能。短报文功能与目前的手机短信功能相类似，用户可以通过终端发送一条长度为120个字的信息。短报文通信可以完成位置的报告和指挥调度的一些功能，目前世界上的三大导航系统（GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”）都不具备这样的功能。通过北斗导航系统的短报文功能，用户不仅自己能知道自己在哪儿，还能让别人知道自己在哪儿，因此这短短的120个字在很多时候是救命的法宝。假如你去探险，你进入了一个陌生的森林、高山或沙漠地区，然后你迷路了，且不知道往哪儿走，别人也不知道怎么去救你的时候，你就可以利用“北斗”终端发短信，让你使用的“北斗”系统的主站知道你的位置，并知道你所发生的事情。“北斗”系统发短信的独特本领在手机信号稳定的城市乡镇可能意义不大，但对于在没有手机信号或手机信号盲区的海上、沙漠、深山等荒僻地区的人们来说将可以派上大用场，可以解决救援、抢险救灾、应急指挥中的定位与通信难题。

三、北斗系统的广泛应用

1. 军事应用

“北斗”卫星导航定位系统的军事应用功能与GPS类似，如：飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人员搜救、水上排雷定位等。“北斗”卫星导航定位系统也可应用于主动进行各级部队的定位，除了可供各级部队自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置，并传递相关命令，执行部队指挥与管制及战场管理。

2. 民事应用

（1）个人位置服务

当你进入不熟悉的地方时，你可以使用装有北斗卫星导航接收芯片的手机或车载卫星导航装置找到你要走的路线。你可以向当地服务提供商发送文字信息告知你的要求，如查询最近的停车位、餐厅、旅馆或其他你想去的任何地方，服务商会立即根据你所在的位置，帮你找到需要的信息。然后，将一张地图发送到你的手机上，甚至还会为你提供酒店房间、餐厅或停车位预定等增值服务。

（2）精密授时

精确的时间同步对于涉及国家经济社会安全的诸多关键基础设施至关重要，通信系统、电力系统、金融系统的有效运行都依赖于高精度时间同步。在移动通信中需要精密授时以确保基站的同步运行，电力网为有效传输和分配电力，对时间和频率提出了严格的要求。北斗卫星导航系统的授时服务可有效应用于通信、电力和金融系统，确保系统安全稳定运行。

（3）气象应用

全球卫星导航定位系统已在气象领域得到广泛应用，在其基础上组建的地球大气观测系统是一种重要的观测技术，可完成对大气、海洋和空间环境的观测，以及对环境中重要的风、云、电进行观测。北斗导航卫星气象应用的开展，可以促进我国天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测，也可以提高空间天气预警业务水平，提升我国气象防灾减灾的能力。除此之外，北斗导航卫星系统的气象应用对推动北斗导航卫星创新应用和产业拓展也具有重要的影响。

（4）应急救援

卫星导航已广泛用于沙漠、山区、海洋等人烟稀少地区的搜索救援。在发生地震、洪灾等重大灾害时，救援成功的关键在于及时了解灾情并迅速到达救援地点。北斗卫星导航系统除导航定位外，还具备短报文通信功能，通过卫星导航终端设备可及时报告所处位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间，提高抢险救灾时效，大大减少人民生命财产损失。

（5）精细农业

随着卫星导航技术的发展，使得农业生产方式由传统粗放式耕作转为精细管理成为可能，通过将卫星导航和地理信息相结合并应用于农业生产，可有效提高农业产量、降低成本、保护环境。北斗卫星导航系统的定位服务，可有效支持现代精细农业生产方式，充分利用农业资源，保护生态环境，产生显著的经济效益和环境效益。

（6）各类交通运输应用

① 道路交通管理。卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。例如，指示车辆走畅通的道路，限制进入拥挤的道路，或通告司机前方拥堵的情况，建议走车辆较少的路线。如果车辆超速行驶而发生交通事故，则撞车时的速度、位置和时间信息均会被记录在上，作为判断是否违章的依据；如果车辆被盗或被抢，卫星导航会很快发现并跟踪其位置，使盗贼无处藏身。

② 铁路智能交通。卫星导航将促进传统运输方式实现升级与转型。例如，在铁路运输领域，通过安装卫星导航终端设备，可极大缩短列车行驶间隔时间，降低运输成本，有效提高运输效率。未来，北斗卫星导航系统将提供高可靠、高精度的定位、测速、授时服务，促进铁路交通的现代化，实现传统调度向智能交通管理的转型。

③ 海运和水运。海运和水运是全世界最广泛的运输方式之一，也是卫星导航最早应用的领域之一。目前在世界各大洋和江河湖泊行驶的各类船舶大多都安装了卫星导航终端设备，使海上和水路运输更为高效和安全。北斗卫星导航系统将在任何天气条件下，为水上航行船舶提供导航定位和安全保障。同时，北斗卫星导航系统特有的短报文通信功能将支持各种新型服务的开发。

④ 航空运输。当飞机在机场跑道着陆时，最基本的要求是确保飞机相互间的安全距离。利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定飞机的瞬时位置，有效减小飞机之间的安全距离，甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大提高飞行安全和机场运营效率。通过将北斗卫星导航系统与其他系统的有效结合，将为航空运输提供更多的安全保障。

⑤ 特殊货物运输监管。通过卫星导航，可实现对贵重货物或危险品运输的远程跟踪与监管，是现代物流业的新应用。为确保特殊货物在交通运输各个环节中的安全，客户希望了解货物在运输途中的有关情况。安装北斗卫星导航终端设备的车辆，支持实时查询货物位置或到达信息，通过与相关设备的配合，在车辆偏离预定路径、发生盗抢、交通事故等意外情况下，可支持车辆位置及有关情况的报告，实现有效的全过程运输监管。