北斗卫星导航系统的扩散特征与创新路径研究

黄韦 张宝龚 江王超

摘要：根据我国家社会经济发展以及国家安全的需要，我国自主研发、构建了北斗卫星导航系统。经过多年的发展与创新，现阶段能够为全球广大用户提供高精度及高可靠性的导航、定位以及授时等服务。本文对北斗卫星导航系统的发展历程、北斗卫星导航定位系统的简述，以及北斗卫星导航系统所具备的创新属性与要素特点进行了简要的分析，并提出了几点简单的创新路径。

关键词：北斗卫星导航系统创新扩散扩散特征

我国独立自主研发的北斗卫星导航系统，从开始投入使用到现在经历了多年的创新和发展，在此过程中，已经在国际范围内进行了有效的普及与应用，但随着社会的不断进步和广大用户需求的不断提升，仍然需要进行系统的不断创新。

1北斗卫星导航系统的发展历程

1.1双星导航定位系统的发展过程

自20世纪70年代以来，国际社会开始对卫星导航定位系统进行研究与探讨，不断提出了单星导航系统、双星导航系统、三星导航系统与四到五星区域性导航系统方案，还对多星全球定位系统进行了设想，将通信与导航定位等综合应用问题提上了研究与实施日程。但在实践过程中，由于各方面因素的影响，这些设想和研究方案都没有最终实现。

20世纪80年代，美国提出并研发成功的GEOSTAR系统就属于双星导航定位系统。在之后的具体实施过程中，由于GPS卫星导航系统的迅速兴起与发展，使得GEOSTAR系统不再能引导导航定位系统的主流，从而宣告失败。同时期，我国“两弹一星”荣誉获得者陈芳允院士提出了双星导航定位的技术设想，并提出了技术构建基本路线。在此设想的研究基础上，20世纪90年代中期，我国北斗卫星导航系统研究项目正式成立[1]。

1.2北斗卫星导航定位系统的构建历程

我国第一颗北斗导航试验卫星在2000年10月发射成功后，为构建北斗卫星导航系统奠定了坚实的技术基础。2个月后，我国第二颗北斗导航试验卫星搭载长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心成功升空，与之前的试验卫星共同构成了北斗导航体统。在2003年，我国又成功发射了一颗备份星，与前两颗工作卫星共同组成了我国第一个北斗卫星导航定位系统，也就标志着我国自此成为在国际社会中继美国全球定位系统与俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统后，第三个拥有卫星导航定位系统的科技发国家。

2北斗卫星导航定位系统的简述

北斗卫星导航定位系统主要由以下3个部分组成。一是空间卫星构成部门，主要由一颗在轨备份卫星和两颗静止地球卫星组成，两颗地球静止卫星的在轨位置分别为赤道面东经80°与140°，经度相距60°的距离，备份卫星的星位为赤道面东经110.5°。在国际电信联盟中，北斗卫星遥控遥测系统所登记的频段是卫星无线电定位业务频段。二是地面标校和控制系统，主要由一个地面中心定位控制站与分布在全国各地的多个参考标校站组成，在地面中心定位控制站中配备有电子高程卫星图。三是用户端，主要是用户的导航定位设备。

北斗卫星导航系统能够在全球范围内，全时段不间断地为需求用户提供高精准定位、高精度导航服务，还具备了一定的短报文通信功能，并在一定程度上具备了授时、区域导航以及定位的能力。2018年底，我国北斗三号基地系统构建完成并投入使用，这就标志着我国北斗系统开始进入为全球提供定位导航服务的时代[2]。

3北斗卫星导航系统的精度要求与特点分析

3.1北斗卫星导航系统的精度要求

北斗卫星导航系统主要是向全球用户提供高标准、高质量的导航、定位以及授时服务，此系统主要包括两方面的功能：一是开放服务;二是授权服务。定位精度控制在高程10m、平面10m，测速精度控制在0.2m/s，授时精度控制在单向50ns。并且，开放服务中不提供高精度的双向授时。开放服务主要指的是北斗卫星导航系统面向全球用户免费提供的测速、定位以及授时服务，定位精准度控制在10m，测速精准度控制在0.2m/s，授时精准度控制在10ns。北斗卫星导航系统的授时服务主要的服务对象是具有高可靠与高精度卫星导航需求的用户，北斗卫星导航系统可以为此类用户提供高精准度的测速、定位、授时以及通信服务功能，与此同时，还可以提供精准的系统完好性信息数据，从而满足不同客户的实际需求。

3.2北斗卫星导航系统的主要特点

一是北斗卫星导航系统空间段主要采用混合星座，由3种轨道卫星共同组成，与其他卫星导航系统相比较而言，北斗卫星导航系统中高轨道卫星数量更多，其所具备的抗遮挡能力就会更强，特別是在一些纬度相对较低的区域，抗遮挡能力特点表现得非常明显。二是北斗卫星导航系统的导航信号能够提供多个频点，因此，可以通过使用多频信号组合的形式为客户提供高精准度的定位、导航等服务。三是北斗卫星导航系统将通信能力与导航定位能力进行了不断的完善与创新，因此，北斗卫星导航系统具备5项先进的功能：精准授时、快速定位、实时导航、短报文通信以及位置报告服务等。

4北斗卫星导航系统所具备的创新属性以及要素特点

4.1北斗卫星导航系统具备的相对优势

相对优势主要指的是一项创新性的技术，相对于原有的技术或解决方案来讲更具有优越性。北斗卫星导航系统的相对优势主要表现在两个方面：一是强劲的技术性能;二是领先的部署规模。过去较长时间内，美国一直占据着全球卫星定位导航领域的科技前沿地位，但随着我国科学技术的飞速进步，我国北斗卫星导航系统经过多年的发展已经超越了美国的GPS规模。从2000年我国第一颗北斗导航卫星发射开始，到2020年6月，我国一共发射了59颗北斗导航卫星，超过一半的联合国组织成员国可以观测到相对于美国GPS系统来讲部署数量非常多的北斗导航卫星。与此同时，我国北斗卫星导航系统具备收发信号的双向功能，并且可以在没有通信基站的前提情况下，可以充分的启用短报互文的重要功能和外界进行有效的联系。我国北斗卫星导航系统因为具备了短报互文功能之后，就使得自身的应用范围更加的广泛，从根本上摆脱了依赖通信基站的传统模式[3]。

4.2北斗卫星导航系统的兼容性特征

新技术开发过程中的兼容性程度越高，越有助于创新技术背身被大众接纳，提升创新技术被有效利用的时间周期。2017年底，为了有效地促进我国北斗卫星导航系统和美国GPS系统最终达到终端兼容的目标，我国与美国共同签署了相关兼容和互操作的联合声明，自此在国际电联框架背景下，实现了我国北斗卫星导航系统与美国GPS导航系统射频兼容。在进行了有效的兼容之后，两个系统中的民用信号能够充分地实现相互操作，广大用户可以在没有显著增加成本的前提之下同时使用GPS民用信号与北斗卫星导航信号，从而享受到更加优质的服务。广大用户可以根据自身情况灵活地选取卫星导航系统，避免了以往只能单纯地使用某一种导航系统的情况，从而使我国北斗卫星导航系统可以为全球广大用户提供更加优质的服务[4]。

4.3北斗卫星导航系统的复杂性程度较低

复杂性主要指的是独立个体对技术的理解与使用的繁琐程度，一项新技术包含的操作复杂程度越低，在普及与传播的过程中就越容易得到大范围的使用与推广。得益于我国北斗相关产业的不断创新与发展，在市场竞争过程中，众多导航定位芯片、模块以及板卡等重要的电子元器件生产厂家逐渐生产处理便捷、易于操作的相关产品，从而有效地支持接收北斗卫星导航系统的信号。广大用户在购买了相关定位芯片以及卡板等技术零件之后，能够便利地与北斗卫星导航系统进行信号数据的较好链接，有效避免了客户再进行自主研制卫星信号收发设备的繁琐过程。

5北斗卫星导航系统的扩散特征

5.1跳跃性的创新到决策过程

创新扩散模式在创新扩散理论中被定义为几个重要的过程，按发展顺序分别为认知过程、说服过程、决策过程、实施过程以及确认过程。我国北斗卫星导航系统在创新扩散过程中直接将说服与决策过程进行了合理的跳跃，直接从认知阶段进入了实施和确认过程。北斗卫星导航系统缩短创新决策过程的主要原因表现在以下两点：一是随着科技的不断发展，目前国际范围中共有四大卫星导航系统可供广大用户使用，分别为我国的北斗卫星定位导航系统、美国GPS系统、欧盟GALILEO以及俄罗斯GLONASS系统。用户通过自己购买的接收设备来逐一试用每个卫星导航系统的过程中，可以发现，我国北斗卫星导航系统在定位精准度以及信号强度方面具备更强劲的技术性能，因此获得了更多客户的青睐。二是我国北斗卫星导航系统的使用付费方式具备新颖性特点。用户不用直接向北斗卫星系统进行使用费用的支付，只是在购买相关接受设备之后缴纳相应的流量服务费用，并且流量服务费用每年都相对稳定，不会明显增加客户的使用成本，因此，也就不需要用户在劝服和决策过程中花费大量的时间，可以进行直接实施和确认环节。

5.2随着时间的累积，用户使用数量不断的增长

根据我国信息通信研究院公开的数据分析得出，北斗卫星导航系统中的快速定位服务用户使用数量在不断攀升。由此可以判断出，我国北斗卫星导航系统在未来的发展过程中，产业容量与增长情势非常乐观。呈现较高的用户增长率和北斗卫星导航系统的迅速扩散有两方面的主要原因：一方面，我国北斗卫星导航系统在技术与创新方面不仅存在明显的优势，而且用户在实际的使用过程中没有明显地增加自身的经济成本;另一方面，在推广与普及北斗卫星导航系统的过程中，我国政府相关部门面向国际与国内社会都采取了具有针对性的策略，充分表现出了国家作为技术创新代理人的显著影响。

6北斗卫星导航系统的创新路径

6.1制定我国北斗卫星导航系统授时与定位的相关政策

对于科学技术产业的发展来讲，国家部门的相关政策和方针发挥着重要的引导作用。根据同系统发展过程分析得知，在美国GPS系统的发展过程中，美国政府颁布了一系列的相关系统应用政策，引导和鼓励商用、民用以及科学方面对GPS系统的有效应用。所以，在北斗卫星导航系统的推广与普及过程中，我国政府相关部门也应该制定相应的各种政策，不仅对接受设备应用与管理制定相应的政策，还应当引导和鼓励北斗卫星系统向产业化方向发展。在相关政策的制定过程中，对于北斗卫星系统授时与定位导航政策应当包含以下内容：一是明确北斗卫星导航系统在我国国防建设与国民经济发展中的重要地位;二是确定我国北斗卫星导航系统的应用政策、建设管理以及相应的管理部门;三是明确规划未来一段时期内我国北斗卫星导航系统的推广以及发展目标;四是从政府层面对北斗卫星导航系统的应用与开发提供相应的支持政策或是经济鼓励;五是在对外关系处理过程中确定我国北斗卫星导航系统的发展原则等[5]。

6.2制定我国卫星导航系统迈向产业化的相关政策

在我国政府制定北斗卫星导航系統授时与定位导航相关政策的同时，还应当制定出关于我国卫星导航定位系统迈向产业化的切实可行的相关方针与政策，从而有效地构建起具有我国特色社会主义特点的卫星定位导航产业化体系。在此过程中，我国卫星定位导航产业化政策措施主要内容包含了以下几点：一是确立在我国信息化发展中卫星定位导航系统的关键地位;二是总结与研究现阶段我国卫星到导航定位系统在产业化发展进程中应当解决的各种问题，以及卫星定位导航系统的未来应用方向;三是科学地分析我国北斗卫星导航系统与国际上先进的卫星定位导航系统的优缺点，从而有效地提升我国北斗卫星导航系统的技术性能，在此基础之上，努力构建与国际先进卫星导航系统之间的有效关联;四是确定我国卫星导航系统授时与定位等技术的发展方向与目标;五是从政府层面制定出相应的可以有效促进我国卫星导航定位和授时的相关产业化技术政策等。

6.3构建实施北斗系统应用过程中的示范典型工程

我国北斗卫星导航系统不仅可以为广大用户提供精准的定位与导航服务，还可以为用户提供短信通信等方面的技术服务。根据北斗卫星导航系统的这些优势，可以采取有效的措施与政策，将其合理地推广和普及到通信技术比较薄弱却非常急需此项技术的相关行业当中[6-7]。比如国家边防、森林防火等行业。此类急需此项技术的行业可以申请国家立项，由相关政府部门将资金投入到北斗卫星导航系统的示范应用工程当中，从而有效地推进我国北斗卫星导航系统在各领域中的普及与广泛应用，合理提高社会与经济效益的同时，为卫星导航系统的进一步研发打下坚实的基础。

7结语

综上所述，随着北斗卫星导航系统的不断发展与创新，其主要技术性能已经应用到社会的各个领域当中，因此我国相关政府部门应当对此项高新技术提供强大的政策与资金支持，从而有效地推动北斗卫星导航系统的可持续发展。

参考文献

[1]王尔申，舒皖森，刘云天，等.基于北斗/5G的航空应急救援信息优化处理技术研究[J/OL].电子测量技术：1-7[2022-02-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2175.TN.20220117.1209.004.html.

[2]李光涛.基于北斗卫星的PNT体系应用评价指标体系的研究与构建[J].技术与市场，2022，29（1）：37-39.

[3]陈颖，卢鋆，刘成，等.北斗卫星导航系统国际民航标准重点问题研究与指标验证[J/OL].天文研究与技术：1-14[2022-02-11].DOI：10.14005/j.cnki.issn1672-7673.20220113.001.

[4]姚双双，韩广广，孙超.基于北斗高精度定位的城市交通精准治理应用研究[C]//第十六届中国智能交通年会科技论文集.2021：194-205.

[5]高泽晋.北斗卫星导航系统的扩散特征与创新代理路径研究[J].中国科技论坛，2021（9）：10-19.

[6]杨帅.基于北斗的野外考察系统的设计与实现[D].西宁：青海师范大学，2021.

[7]侯翔.基于北斗导航的农机自动驾驶系统构建与经济效益研究[D].扬州：扬州大学，2020.