北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用前景初探

張永麗 陳衛(wèi)東 孟婷婷

摘要：本文介紹了當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了影響北斗導(dǎo)航發(fā)展的利弊，對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景進行了探析，展望了我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)巨大的發(fā)展空間。

Abstract： This paper introduce the current status of the application of navigation system， analyzes the pros and cons of beidou navigation development， explores the prospect of application of beidou navigation， and looks forward to the great development space of beidou navigation system in our country.

關(guān)鍵詞： 北斗;導(dǎo)航;定位;授時

Key words： beidou;navigation;location;time signal

中圖分類號：TN967.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0203-03

0? 引言

從20世紀進入21世紀，衛(wèi)星導(dǎo)航經(jīng)歷了從初出茅廬到發(fā)展壯大的過程，并從以衛(wèi)星導(dǎo)航為主要應(yīng)用主體演變?yōu)槎ㄎ?、?dǎo)航、授時與移動通信和因特網(wǎng)等信息載體融合的新時期。如今，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)跟用水用電一樣不可或缺，成為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，并從根本上改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式和社會生存生態(tài)方式，影響極其廣泛深遠。

1? 導(dǎo)航系統(tǒng)的概況

全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有定位、授時及導(dǎo)航、測繪等功能，具有眾多軍事及商業(yè)用途，目前的情形是美國、俄羅斯、歐盟、中國“四分天下”而各有特點。這四大導(dǎo)航系統(tǒng)各具特色：美國GPS最早投入使用，系統(tǒng)精確度最高，應(yīng)用市場最為廣泛;俄羅斯格洛納斯號稱抗干擾能力最強;歐洲伽利略號稱系統(tǒng)定位精度最高;北斗是唯一可以發(fā)短報文的導(dǎo)航系統(tǒng)。

1.1 全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）

全球定位系統(tǒng)GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)。該系統(tǒng)自1973年起步，1978年首次發(fā)射衛(wèi)星，1994年建成，覆蓋全球范圍。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，定位精度10米，目前正在使用中，并且新一代系統(tǒng)正在研制。目前，許多國家使用GPS終端設(shè)備，包括我們國家也在使用。GPS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機型的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

但GPS的本質(zhì)是美國軍用系統(tǒng)，一旦美國發(fā)現(xiàn)其他國家使用GPS可能有害或侵犯美國利益時，美國會立即改變密碼，禁止其使用。因此，我們可以利用GPS，但不能依賴GPS。

1.2 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS（格洛納斯）

由前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)，采用FDMA編碼技術(shù)，后由俄羅斯空間局管理。GLONASS空間星座由24顆衛(wèi)星組成，定位精度水平方向16米、垂直方向25米。目前，GLONASS系統(tǒng)的主要用途是導(dǎo)航定位，當(dāng)然與GPS一樣，也可以廣泛應(yīng)用于各種等級和種類的定位、導(dǎo)航和時頻領(lǐng)域。但由于衛(wèi)星使用壽命和俄羅斯空間局資金緊張等問題，目前處于有限使用中，編碼正升級為CDMA技術(shù)。

1.3 伽利略定位系統(tǒng)GALILEO

歐洲聯(lián)盟于2001年3月正式啟動了一項名為“伽里略計劃”的衛(wèi)星信息系統(tǒng)研發(fā)方案，由30顆衛(wèi)星組成，定位精度1米。2003年中國加入歐盟伽利略計劃聯(lián)合執(zhí)行體，從此我國不僅是該計劃的參與者，而且成為該系統(tǒng)的擁有者之一。但是后來由于各種原因，合作并不是很愉快，中國被排除在核心項目之外，這更激發(fā)了我國獨立自主建設(shè)導(dǎo)航系統(tǒng)的決心。

2012年10月12日，歐洲發(fā)射第三、第四顆伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星，組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮了地面精確定位的功能。但目前仍處于建設(shè)中。

1.4 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于1994年開始研發(fā)，2003年開通使用，用了不到十年時間，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙星定位模式，這主要是考慮當(dāng)時國家經(jīng)濟、技術(shù)實力等條件，第一步建設(shè)覆蓋我國本土的北斗衛(wèi)星試驗系統(tǒng)，這就是“北斗一號”系統(tǒng)。

為滿足我軍民用戶對無源導(dǎo)航定位需求，2004年8月，國務(wù)院、中央軍委批準建設(shè)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，命名為“北斗二號”系統(tǒng)，實現(xiàn)了我國自主的無源導(dǎo)航定位。北斗二號計劃在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星，形成全球性的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，比GPS還多5顆。多出的5顆是在赤道上空的同步衛(wèi)星，實現(xiàn)通信功能。截止到2018年7月29日，已成功發(fā)射34顆。

2? 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用

“衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用只受到人們想象力的限制”已成為一句名言。實際上，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)真正全球化、大眾化的民用市場還只是剛剛開始，今后的路還很長很長。從衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的角度，主要領(lǐng)域涉及航空、航海、通信、金融、農(nóng)業(yè)、測繪、授時、人員和財務(wù)跟蹤、車輛監(jiān)控管理和導(dǎo)航與位置信息服務(wù)等多種類型。

2.1 航空

由于導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供連續(xù)精確的時間信息和位置信息，可以引導(dǎo)飛機按照預(yù)定路線飛行，明顯降低航空時間和油耗，并且可以及時將飛機飛行高度、位置、速度等信息對航空管制部門進行發(fā)送，實現(xiàn)了全程自動監(jiān)視，保證了飛行安全并可以緩解空中線路擁擠狀況，為航空飛行提供了調(diào)度和飛行便利。

2.2 航海

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機廣泛應(yīng)用于海上船只的定位，在衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信系統(tǒng)手段結(jié)合集成后，該系統(tǒng)就成為了位置報告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多船只將導(dǎo)航和雷達以及其他捕魚設(shè)備等結(jié)合起來，便會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。應(yīng)用于海上勘探和測繪，以及船舶引水導(dǎo)航及停泊靠岸，都能提高效率，獲得良好的效益。

2.3 授時

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備還用于作為時間同步裝置，特別是作為通信傳輸網(wǎng)絡(luò)和金融交易處理定時中，可以作為精準的定時基準。由于時間是網(wǎng)絡(luò)同步的關(guān)鍵要素，所以定時裝置已成為網(wǎng)絡(luò)同步最具應(yīng)用前景的嵌入系統(tǒng)。

2.4 汽車導(dǎo)航和位置信息服務(wù)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛中的應(yīng)用一直是前景很大的應(yīng)用市場，不僅如此，隨著近幾年百度地圖、高德地圖等的應(yīng)用，位置服務(wù)和導(dǎo)航已經(jīng)開始走進千家萬戶，成為了生活中不可或缺的一部分。而在智能交通系統(tǒng)中，又將車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛信息系統(tǒng)等結(jié)合起來，形成了車輛導(dǎo)航、緊急道路求助、被盜車輛跟蹤、定期保養(yǎng)服務(wù)等一系列功能。

2.5 軍事應(yīng)用

從軍事領(lǐng)域的運用來看，衛(wèi)星導(dǎo)航是現(xiàn)代各種軍事裝備的眼睛，在導(dǎo)彈精確制導(dǎo)、艦艇定位、整體軍事戰(zhàn)略部署都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。定位、通信、短報文服務(wù)作為軍事運用中不可或缺的部分，成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的一個克敵制勝的關(guān)鍵。

2.6 其他應(yīng)用

衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用還包括地理測繪、人員和財務(wù)跟蹤、休閑和消費娛樂、環(huán)境監(jiān)測、突發(fā)事件和災(zāi)害評估和自然資源分析的定位等。當(dāng)然，與通信系統(tǒng)的集成和汽車應(yīng)用還是當(dāng)前最大的兩類市場。

3? 我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的作用如此巨大，美國的GPS定位系統(tǒng)發(fā)展的成熟度和應(yīng)用的范圍在全球位居前列。但是GPS衛(wèi)星的控制權(quán)掌握在美國手中，這會令使用GPS系統(tǒng)的其他國家處于被動地位，影響著軍事的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。作為中國軍民科技融合、科技創(chuàng)新的重大成就，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是實施“中國制造2025”強國戰(zhàn)略計劃的關(guān)鍵一環(huán)。

3.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域和發(fā)展現(xiàn)狀

衛(wèi)星導(dǎo)航的服務(wù)離不開時間和空間兩大參照系統(tǒng)。時間、空間位置信息是重要的戰(zhàn)略資源，北斗系統(tǒng)具備授時、定位、導(dǎo)航和短報文服務(wù)等功能，是我國重要的時空基礎(chǔ)設(shè)施。只有應(yīng)用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，才能使我國擺脫依賴國外導(dǎo)航系統(tǒng)的狀況，開啟我國時空體系獨立自主的新時代。我國的能源、電力、金融尤其是國防安全等具有戰(zhàn)略性地位的領(lǐng)域，只有不依賴于國外技術(shù)，建立基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用體系，才能確保國防和經(jīng)濟建設(shè)健康發(fā)展。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)、獨立運行，并與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容互操作的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。自北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供服務(wù)以來，其在各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)逐步完善和推廣，形成了一系列的產(chǎn)業(yè)體系。首先在軍事上得到了廣泛的應(yīng)用，比如在汶川抗震過程中，深入災(zāi)區(qū)時北斗的短報文服務(wù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，甚至在某些地區(qū)成了唯一的聯(lián)絡(luò)方式。其次在其他相關(guān)行業(yè)也得到了廣泛地推廣，形成了基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、系統(tǒng)應(yīng)用和運營服務(wù)比較完善的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系。在交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預(yù)報、森林防火、通信系統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)等諸多領(lǐng)域，正在產(chǎn)生廣泛的社會和經(jīng)濟效益。

3.2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的影響因素

3.2.1 有利因素

一是有政府大力支持，將加快基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用的推廣，尤其是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，將推動北斗導(dǎo)航系統(tǒng)長足發(fā)展。具體表現(xiàn)在：對民間初期應(yīng)用的客戶進行財政補貼;對生產(chǎn)GPS導(dǎo)航設(shè)備的相關(guān)企業(yè)強制要求附帶北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備;對國內(nèi)研發(fā)北斗導(dǎo)航系列產(chǎn)品的企業(yè)進行補貼或其他政策優(yōu)惠，大力推廣北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系列產(chǎn)品的應(yīng)用。二是社會的需求拉動，導(dǎo)航定位的需求將在未來一段時間內(nèi)長期存在，潛在的社會需求將為北斗的發(fā)展提供一個非常大的空間。三是技術(shù)創(chuàng)新保障，導(dǎo)航定位的技術(shù)為北斗的發(fā)展提供了有力保障。

3.2.2 不利因素

①北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前仍處在全球組網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中，我國北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品的研制與開發(fā)尚處于初級階段，未形成規(guī)模效應(yīng)，研發(fā)生產(chǎn)投入較為分散，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航及應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈還不是很成熟。

②國內(nèi)對相關(guān)行業(yè)和技術(shù)認識

市場的需求是影響北斗發(fā)展的重點，市場的大小關(guān)系到北斗發(fā)展的快慢，人們對于北斗的總體印象還是較為模糊的，由于美國GPS導(dǎo)航設(shè)備民間應(yīng)用領(lǐng)域久，有一定的技術(shù)積累，占得市場份額較重。市場上很多導(dǎo)航定位設(shè)備還都是以GPS為主，兼容北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的，這對于北斗打開國內(nèi)市場還是有非常大的影響。

3.3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)發(fā)展前景

從2012年底北斗系統(tǒng)投入?yún)^(qū)域服務(wù)以來，三年間以北斗為核心推動力的我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)取得了喜人的成就和進步。自主的北斗系統(tǒng)的建設(shè)和投入運營，與利用國外的GPS和GLONASS最大的不同，是北斗的產(chǎn)業(yè)體系。由于有自主系統(tǒng)的整體性推動和二十多年的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)，很快達到日臻完善的境地。尤其是在產(chǎn)業(yè)鏈的整體形成和完善方面，取得了前所未有的長足進步。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2019-2023年中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場前瞻與應(yīng)用前景預(yù)測分析報告》數(shù)據(jù)顯示，2017年中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體生產(chǎn)總值達到2550億元，同比增長20.4%。

隨著各級政府鼓勵北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的不斷出臺，給北斗衛(wèi)星應(yīng)用提供了產(chǎn)業(yè)化契機，我國北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正進入快速發(fā)展時期，在交通運輸、數(shù)字城市、智能感知等新興領(lǐng)域快速發(fā)展。北斗衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)呈現(xiàn)出從單一導(dǎo)航應(yīng)用為主向?qū)Ш胶鸵苿油ㄐ拧⒒ヂ?lián)網(wǎng)等融合應(yīng)用轉(zhuǎn)變，從終端應(yīng)用為主向產(chǎn)品與服務(wù)并重轉(zhuǎn)變?nèi)筅厔?，并不斷拓展出新的北斗?yīng)用領(lǐng)域，推動產(chǎn)品性價比不斷提高，使北斗應(yīng)用產(chǎn)品形成規(guī)模化快速發(fā)展。可以說，衛(wèi)星導(dǎo)航的生命期就像上個世紀90年代的互聯(lián)網(wǎng)一樣，正要步入一個快速發(fā)展的旺盛期，而且今后的路還很長很長。按照《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模在2020年將超過4000億元，我國未來的北斗衛(wèi)星應(yīng)用市場有著巨大的發(fā)展空間。

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