中國的GPS：北斗系統(tǒng)
2003年3月20日，伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)。大批轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)猛撲向伊拉克首都巴格達(dá)，用炸彈準(zhǔn)確地將一座建筑徹底摧毀，行動(dòng)代號(hào)：“斬首行動(dòng)”；4月，一架B-1B“槍騎兵”轟炸機(jī)臨時(shí)接到任務(wù)，用炸彈摧毀了另一座建筑。他們的目標(biāo)都是一個(gè)人：薩達(dá)姆。侯賽因，他們所使用的炸彈都是一種：聯(lián)合攻擊炸彈(JDAM)，這些炸彈之所以都能夠精確的打擊目標(biāo)，是因?yàn)樗麄兌际峭ㄟ^衛(wèi)星定位來實(shí)現(xiàn)定位，提供這種定位服務(wù)的正是由24顆美國衛(wèi)星組成的全球定位系統(tǒng)--GPS。
2003年5月25日零時(shí)34分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功地將第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。前兩顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空，運(yùn)行至今導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作穩(wěn)定，狀態(tài)良好。這次發(fā)射的是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星。它與前兩顆“北斗一號(hào)”工作星組成了完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。
這標(biāo)志著我國成為繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)后，在世界上第三個(gè)建立了完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，該系統(tǒng)的建立對(duì)我國國民國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)將起到積極作用。
我國早在60年代末就開展了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制工作，但由于多種原因而天折。在自行研制“子午儀”定位設(shè)備方面起步較晚，以致后來使用的大量設(shè)備中，基本上依賴進(jìn)口。70年代后期以來，國內(nèi)開展了探討適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的體制研究。先后提出過單星、雙星、三星和3-5星的區(qū)域性系統(tǒng)方案，以及多星的全球系統(tǒng)的設(shè)想，并考慮到導(dǎo)航定位與通信等綜合運(yùn)用問題，但是由于種種原因，這些方案和設(shè)想都沒能夠得到實(shí)現(xiàn)。
1982年7月由美國三位科學(xué)家提出并于12月定名的GEOSTAR系統(tǒng)，就是這種兩顆衛(wèi)星的主動(dòng)式衛(wèi)星定位系統(tǒng)。他們?cè)趯?shí)施的過程中，由于有更優(yōu)越的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的興起并且發(fā)展相當(dāng)迅速，使GEOSTAR系統(tǒng)不得不在1991年9月撤走資金，導(dǎo)致正在實(shí)施中的GEOSTA及系統(tǒng)宣告失敗。而我國的“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正是80年代提出的“雙星快速定位系統(tǒng)”的發(fā)展計(jì)劃。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的方案于1983年提出，突出持點(diǎn)是構(gòu)成系統(tǒng)的空間衛(wèi)星數(shù)目少、用戶終端設(shè)備簡(jiǎn)單、一切復(fù)雜性均集中于地面中心處理站。“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡(jiǎn)短數(shù)字報(bào)文通信和授時(shí)服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)比較
(1) 覆蓋范圍
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°一140°，北緯5°一55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間能同時(shí)觀測(cè)到6-9顆衛(wèi)星(實(shí)際上最多能觀測(cè)到11穎)。
(2) 衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角距約60°。GPS是在6個(gè)軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時(shí)58分。
(3) 定位原理
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動(dòng)式偽碼單向測(cè)距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨(dú)立解算自己三維定位數(shù)據(jù)�！氨倍芬惶�(hào)”的這種工作原理帶來兩個(gè)方面的問題，一是用戶定位的同時(shí)失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，因此在體積、重量上、價(jià)格和功耗方面處于不利的地位。
(4) 定位精度
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時(shí)精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25-100m提高到12m，授時(shí)精度日前約20ns。
(5) 用戶容量
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動(dòng)雙向測(cè)距的詢問--應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號(hào)，還要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。GPS是單向測(cè)距系統(tǒng)，用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測(cè)距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無限的。
(6) 生存能力
和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，“北斗一號(hào)”基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是“北斗一號(hào)”對(duì)中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因?yàn)槎ㄎ唤馑阍谀抢锒皇怯捎脩粼O(shè)備完成的。為了彌補(bǔ)這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨(dú)立運(yùn)行。而“北斗一號(hào)”系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。
(7) 實(shí)時(shí)性
“北斗一號(hào)”用戶的定位申請(qǐng)要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個(gè)來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時(shí)間延遲就更長了，因此對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點(diǎn)，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。
綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉、能實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位、通訊等多用途，可滿足當(dāng)前我國陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航定位的需求。
缺點(diǎn)是不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動(dòng)式定位，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動(dòng)態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受一定限制。
但最重要的是，“北斗一號(hào)”導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨(dú)立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的研制成功標(biāo)志著我國打破了美、俄在此領(lǐng)域的壟斷地位，解決了中國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的有無問題。它是一個(gè)成功的、實(shí)用的、投資很少的初步起步系統(tǒng)。
此外，該系統(tǒng)并不排斥國內(nèi)民用市場(chǎng)對(duì)GPS的廣泛使用。相反，在此基礎(chǔ)上還將建立中國的GPS廣域差分系統(tǒng)。可以使受SA干擾的GPS民用碼接收機(jī)的定位精度由百米級(jí)修正到數(shù)米級(jí)，可以更好的促進(jìn)GPS在民間的利用。當(dāng)然，我們也需要認(rèn)識(shí)到，隨著我軍高技術(shù)武器的不斷發(fā)展，對(duì)導(dǎo)航定位的信息支持要求越來越高。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)僅是我國近期滿足四化建設(shè)需要的自主簡(jiǎn)易導(dǎo)航系統(tǒng)，因此，我們必須在發(fā)展“北斗一號(hào)”的基礎(chǔ)上，借鑒國外GPS、GLONASS的成功經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)我國二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我們有理由相信，在不久的將來，具備先進(jìn)性、適用性、軍民兩用、抗干擾性、抗繼毀性等特征的，適合我國的國情的“北斗二號(hào)”將會(huì)展現(xiàn)在大家面前，更加完善的我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也必將建立。
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