北斗卫星导航系统发展之路

航天 · 2016-11-22 17:16:16

500)this.style.width=500;" onmousewheel="return bbimg(this)">　　有竞争力的北斗卫星导航系统应用服务解决方案和规模化推广策略模拟图 　　（本文作者北斗卫星导航系统工程总设计师孙家栋）　　世界卫星导航发展中的北斗　　卫星导航系统能够提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务，是重要的空间信息基础设施。世界各主要航天国家都十分重视卫星导航系统的建设、应用和发展。　　一、竞相发展的全球卫星导航系统　　近40多年来，全球卫星导航系统竞相发展，呈现出gps一路领先，glonass曲折前进，北斗分步迈进、伽利略踯躅前行的态势。导航卫星在轨数量逐步增加，服务性能稳步提升，应用领域日益扩展，成为人类社会不可或缺的空间信息基础设施。　　系统状态：4大系统卫星在轨数量情况　　gps系统建成后，卫星数量相对稳定；glonass建成后由于各种原因，数量急剧下降，近年来，卫星数逐步增加；北斗系统2000年开始，发星、试验、组网；伽利略系统2005年开始，发星试验。根据计划，2020年左右，4大全球系统的卫星数量都将达到30颗以上。　　服务性能：导航信号发展情况、空间信号精度提升情况　　为提升服务性能和导航战能力，2005年后，gps增加了新的导航信号。为促进应用，glonass新增了民用导航信号。为加强兼容互操作，北斗和伽利略系统对信号进行了适应性调整。在空间信号精度方面，gps自2001年、glonass自2007年底得到大幅提升。　　应用：卫星导航应用增长情况 　　近30年来，卫星导航从最初服务于军事需求，逐步扩展到各个专业应用领域和大众消费市场。近年来，卫星导航服务性能，特别是精度的提高，使导航应用得到了爆发式增长，导航终端销量激增，全球产值大幅提高。　　二、北斗对中国的贡献　　建成试验系统，实现从无到有。2000年，我国发射了两颗北斗导航试验卫星，建成了北斗卫星导航试验系统，解决了卫星导航系统的有无问题。　　星箭组批生产，启动组网发射。2004年，启动了北斗卫星导航系统建设，首次开始批量研制生产卫星和运载火箭，密集组网发射，探索航天工业新的发展模式。　　关键技术攻关，致力持续发展。通过技术攻关和工程实践，攻克了星载原子钟、高精度星地时间比对、监测接收机和用户终端等多项关键技术，为北斗建设和可持续发展奠定了基础。　　发挥系统特色，应用初见成效。由于具有导航通信相结合的服务特色，试验系统经过几年发展，逐步被国内用户认可，在渔业、交通、电力和国家安全等诸多领域得到了应用，特别是在汶川、玉树抗震救灾中发挥了重要作用。　　培育人才队伍，奠定发展基础。经过十几年来的工程实践，大量的工程管理和技术人员得到了锻炼，同时，还培养了一批系统应用方面的人才，为系统的未来发展提供了保障。　　三、北斗对世界的贡献　　新增导航频率资源，开辟新的发展空间。2000年，与有关国家和组织密切合作，争取到了新的卫星导航频率资源。世界各主要卫星导航系统都使用或将使用该频段提供服务，为系统发展和应用开辟了新的空间。　　促进全球竞争合作，推动系统共同发展。2007年，北斗卫星导航系统成为icg(全球导航卫星系统国际委员会)确定的全球系统核心供应商之一。北斗系统的建设，促进了全球卫星导航领域的竞争合作，推动了全球卫星导航系统的发展。　　世界卫星导航竞争中的北斗　　世界卫星导航系统的竞争是不争的事实，竞争的焦点是竞相发展自主的更高性能、更加可靠、更高效益的卫星导航系统。我国决心建设北斗卫星导航系统，既有历史机遇，也有现实挑战。　　挑战一：建设高性能的北斗卫星导航系统　　系统间的竞争实质上是技术上的角力，而系统性能是竞争的核心。最近有文章提到，4大系统的竞争，将是一场世界大赛，领先者将占据主导，落后者将被边缘化。这并非危言耸听，而是卫星导航系统全球化竞争下的残酷现实。　　建设高性能的北斗卫星导航系统，核心是拥有一套富有特色、拥有自主知识产权的新体制、新方案，包含多项关键技术。　　挑战二：建设高可靠的北斗卫星导航系统　　用户享受定位导航授时服务，就像我们使用水和电一样，不能中断。航空使用关乎生命安全，电力、通信、金融使用关乎经济社会安全，大众使用关乎公共安全。一个承诺提供可靠服务的卫星导航系统，要采取各种可靠性措施来保障。如果卫星可靠性不高，则系统频繁补星带来高额的运行维护费用，即使一个经济大国也难以承受。必须在研制建设阶段，就将系统可靠性摆在重要位置，将建设和运行统筹，以求系统可靠高效。　　建设高可靠的北斗卫星导航系统，核心是实现与世界其他全球卫星导航系统同等甚至更优的可用性、连续性和完好性的系统指标，这将是我国航天史上一项系统极为复杂、规模庞大的可靠性工程。例如：　　系统可靠性设计——提高系统可靠性的关键在于设计。我们的航天工程，从试验卫星到应用卫星，从单星系统到多星组网系统，不仅是系统复杂度的提高，更主要的是可靠性要求的大幅提升。从经验教训中，我们越来越认识到，可靠性设计水平是系统可靠性的决定性因素。而提升可靠性设计水平，需要我们在观念上、体制上和方法上有质的突破。实现北斗系统的可靠性目标，需要在基础研究、方法培训和工程实践中加大投入力度，需要更多的专业人才付出巨大的努力。　　星箭批产和高密度发射——建成全球卫星导航系统，我们要用10年左右的时间研制、生产、发射50多颗导航卫星，这是一项非常艰巨的任务。因此，我们必须解决星箭批量生产的问题，必须解决高密度发射的问题。　　大型复杂星座控制与管理——北斗系统的空间段将由30多颗不同轨道类型的卫星组成，地面段由测控网、主控站、注入站和数量众多的监测站组成。我们对这样一个星地一体的卫星网络的管控，没有多少经验。我们需要在技术、管理上深入研究探索，尽早形成能力。　　挑战三：发展高效益的北斗卫星导航系统　　我国卫星导航市场的竞争力受限于我们的发展阶段，相比国外产业进入成熟期，我们还处在成长期。这一差别本身不是挑战，真正的挑战是弥补这一差距的机制。　　发展高效益的北斗卫星导航系统，核心是在国外系统竞争的情况下，在较短时间内完成北斗在国家经济安全领域的推广应用和在大众市场的迅速扩展。主要挑战有：　　核心自主知识产权的接收机芯片——自主知识产权的挑战是不言而喻的。目前，在卫星导航芯片这一核心技术领域，我们的专利还寥寥无几，而国外厂商仅基带芯片已拥有2000多项专利。我们完全有理由担忧，在不远的将来，会不会出现又一个“有机无芯”的产业。解决这一问题，十分紧迫，需要创造更好的机制，鼓励在基础研究、产品开发等方面自主创新，掌握核心技术，保护自主知识产权，提高核心竞争力。　　有竞争力的应用解决方案和规模推广策略——目前，gps已占据我国卫星导航应用绝大部分市场，在这种情况下，北斗系统产业化面临巨大挑战。我国拥有全球卫星导航应用的最大市场，紧紧抓住应用的基础市场，充分发挥北斗服务特色，创造性地提出应用解决方案和规模化推广策略，是北斗系统应用推广和产业化的关键。　　面临的历史机遇：　　国家战略需求迫切:卫星导航系统是国家重要的空间信息基础设施。保障国家安全、转变经济发展方式、促进国家信息化建设、培育战略性新兴产业，是全球卫星导航系统最有力的需求牵引。　　国家经济实力保障:卫星导航系统的建设和发展需要国家巨额投入。目前，随着经济实力不断增强，国家为建设自主系统提供了经费保障。　　实施导航重大专项:国家已批准实施北斗卫星导航系统重大科技专项，在政策扶持、资金投入、组织管理等方面予以有力支撑，更加凸显了其国家行为。　　把握机遇，迎接挑战，实现“质量、安全、应用、效益”的目标，需要创新组织管理模式，建立科学的竞争、激励、监督、评价机制，关注政策、标准、人才、合作、文化、知识产权等。　　世界卫星导航愿景中的北斗　　未来10年，全球将出现4大卫星导航系统共存互补的局面，天上将会有100多颗导航卫星。用户将享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多样的定位导航授时服务，卫星导航将以更大的规模，应用在更广泛的领域。作为其中的一员，独具中国特色的北斗系统将发挥重要作用。　　一、中国特色的北斗　　2020年前，建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的全球卫星导航系统，达到国际一流水准，并具有中国特色。　　发展策略：突出区域、面向全球 　　首先实现我国及周边地区覆盖，然后逐步扩展覆盖全球。面向全球提供服务，我国及周边地区可获得更高精度服务。　　系统服务：授权服务和免费开放 　　在全球范围内，提供授权服务和免费的开放服务。在我国及周边地区，还提供短报文和差分完好性服务。　　组织实施：充分发挥新形势下举国体制作用 　　发挥中国特色社会主义的制度优势，发挥市场在资源配置中的基础性作用。　　二、服务国家的北斗　　未来，北斗将为我国提供统一的时空基准服务，在我国国家安全和国民经济社会各领域得到广泛应用，保障国家经济社会安全，转变国民经济发展方式，成为战略性新兴产业，促进信息化建设的跨越式发展。　　推动应用领域创新，提升应用规模 　　充分发挥卫星导航产业关联度高、渗透性强的特点，不断衍生出新应用、新产品、新市场，进一步拓展卫星导航服务领域和应用规模，实现卫星导航无处不在。　　推动应用方式创新，提升应用质量 　　“创新应用，方法先行”。发挥卫星导航应用只受想象力限制的特点，持续创新应用方法，深度挖掘应用潜力，大幅提升应用质量。　　推动应用价值创新，提升应用效用 　　充分发挥卫星导航与其他信息产业间互补、融合、增值的特点，创新应用价值，提升应用效果，成为我国经济社会增收增效的“新引擎”。　　三、面向世界的北斗　　作为全球卫星导航系统核心供应商之一，北斗卫星导航系统将致力于推动全球卫星导航系统建设和产业发展。　　通过国际交流合作，将致力于实现与世界其他卫星导航系统的兼容互操作，为用户提供更好的服务。　　融入国际民航、海事等标准体系，使北斗拥有其他全球卫星导航系统全球应用的同等质量和同等地位。

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