揭秘北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
來(lái)源:數(shù)字音視工程網(wǎng) 編輯:ann 2012-05-07 08:58:06 加入收藏
“認(rèn)星先從北斗來(lái),由北往西再展開(kāi)。”小時(shí)候,長(zhǎng)輩們總是教孩子們辨認(rèn)北斗星,只要找到了北斗星,就找到回家的路。
如今,城市的燈光湮沒(méi)了星光,許多人開(kāi)始習(xí)慣于借助GPS系統(tǒng)來(lái)確定方向。由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在全球獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷,已經(jīng)滲透到了我們生活的各個(gè)方面。
雖然兒時(shí)的北斗星光已經(jīng)在記憶里越行越遠(yuǎn),但一顆新的“北斗星”卻在天空中成長(zhǎng)。2011年12月27日起,我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)始在我國(guó)及周邊部分地區(qū)試運(yùn)行。
這顆“北斗星”不僅能夠幫助我們確定方向,還能準(zhǔn)確告訴我們自己處在地球的哪個(gè)位置,幫助我們快捷到達(dá)目的地,告訴我們精準(zhǔn)的時(shí)間,甚至還能在沒(méi)有信號(hào)的荒僻之地借助衛(wèi)星發(fā)送短信。
這些還只是這顆“北斗星”基本功能,可以期待,隨著下游的應(yīng)用產(chǎn)品不斷研發(fā),借助這顆“北斗星”,我們的生活將更加方便快捷、多姿多彩。
1、出身世家 定位精度可媲美GPS
或許你已經(jīng)習(xí)慣于通過(guò)街旁網(wǎng)、人人網(wǎng)、大眾點(diǎn)評(píng)網(wǎng)等社交生活網(wǎng)站進(jìn)行簽到,搜尋附近的餐廳、銀行、酒店,評(píng)價(jià)品嘗到的美食……
這些已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘I畹腖BS(Location Based Service)服務(wù)離不開(kāi)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、通信功能。
說(shuō)起導(dǎo)航系統(tǒng),人們熟悉的是美國(guó)GPS全球定位導(dǎo)航系統(tǒng),GPS目前在中國(guó)擁有龐大的用戶群,而北斗是直接沖著GPS來(lái)的。
2011年底,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)始試運(yùn)行,我國(guó)民用市場(chǎng)擁有了自己的導(dǎo)航系統(tǒng),這也意味著我國(guó)正式成為繼美國(guó)和俄羅斯之后第三個(gè)具有成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。
這顆“北斗星”其實(shí)是由10顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星組成,在2007年到2011年底陸續(xù)發(fā)射完畢。
目前,北斗系統(tǒng)試運(yùn)行服務(wù)大體范圍在東至日本、西至印度東部、南到澳大利亞、北至蒙古國(guó)的區(qū)域內(nèi)。按計(jì)劃,到2020年,將建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)而成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),屆時(shí)北斗定位導(dǎo)航將覆蓋全球。
據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總工程師孫家棟透露,隨著北斗系統(tǒng)的發(fā)展,其用戶范圍將拓展到國(guó)家的電力、金融、通信等各個(gè)領(lǐng)域,與普通百姓的生活密切相關(guān)。
“北斗志在將中國(guó)用戶從GPS手中搶回來(lái)”,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程副總設(shè)計(jì)師李祖洪認(rèn)為,到了2020年肯定每個(gè)人的生活離不開(kāi)北斗。
中國(guó)社科院國(guó)際問(wèn)題專家葉海林對(duì)此表示,中國(guó)這么龐大的經(jīng)濟(jì)圈,擁有了自己的全球定位系統(tǒng)后,就有可能將這一市場(chǎng)奪回來(lái)。“但這有一個(gè)前提,就是我們要提供同樣水平的服務(wù)。”
其實(shí)這一點(diǎn)在技術(shù)上并不困難。作為我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),北斗的全球?qū)Ш骄缺绕饘?dǎo)航界的巨頭GPS已經(jīng)不相上下。而在增強(qiáng)區(qū)域也就是亞太地區(qū),北斗的精度甚至?xí)^(guò)GPS。
在試運(yùn)行階段,北斗導(dǎo)航的位置精度為平面25米,高程30米,測(cè)速精度為每秒0.4米,授時(shí)精度為50納秒。到今年年底,導(dǎo)航精度能達(dá)到10米左右,到完全建成時(shí),定位精度能達(dá)到厘米。
盡管建設(shè)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)要發(fā)射多顆衛(wèi)星,需要投入大量的財(cái)力、人力、物力,在北斗試運(yùn)行的新聞發(fā)布會(huì)上,中國(guó)仍宣布,北斗將面向全球提供免費(fèi)服務(wù),而且用戶數(shù)量上和GPS一樣沒(méi)有限制。
既然GPS目前已經(jīng)滿足了大多數(shù)民間用戶的需求,而且一直以來(lái)都是免費(fèi)提供,為什么還要投入那么多經(jīng)費(fèi)開(kāi)發(fā)“北斗”系統(tǒng)?
北京環(huán)球信息應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心韓春好教授用了“天下并沒(méi)有免費(fèi)的午餐”這一句諺語(yǔ)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。“盡管我們使用的GPS可以免費(fèi)接收它的信號(hào),但并沒(méi)有人能保證你的使用將永遠(yuǎn)不收費(fèi)。”
2、獨(dú)門(mén)絕技 信號(hào)盲區(qū)能發(fā)送短信
盡管在導(dǎo)航市場(chǎng)地位上一時(shí)還無(wú)法超越GPS,但北斗也有自己取勝的獨(dú)門(mén)絕技——“短報(bào)文”功能正是一大亮點(diǎn)。
“短信服務(wù)是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特色,也是我們的優(yōu)勢(shì)。”中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其表示。
“短報(bào)文”與目前的手機(jī)短信功能相類似,用戶可以通過(guò)終端發(fā)送一條長(zhǎng)度為120個(gè)字的信息,向外界告知位置。
這在手機(jī)信號(hào)穩(wěn)定的城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)可能意義不大,但對(duì)經(jīng)常出沒(méi)于沙漠深山荒僻之地的“驢友”們來(lái)說(shuō),可謂大福音。
2011年9月30日,一個(gè)14人戶外登山團(tuán)隊(duì)違規(guī)進(jìn)入四川四姑娘山景區(qū)海子溝,連續(xù)12天都無(wú)法和外界取得聯(lián)系,當(dāng)?shù)亟M織數(shù)批搜救隊(duì)進(jìn)山搜尋,但始終無(wú)功而返。直到“失蹤”14天之后,這批驢友才走出信號(hào)盲區(qū)。
有了北斗的用戶終端后,這樣的麻煩就能輕易化解了。據(jù)了解,目前,有10萬(wàn)臺(tái)利用“北斗一號(hào)”研發(fā)的類似“大哥大”的用戶端投入市場(chǎng)。這種用戶端雖然看起來(lái)很像磚頭,但功能不容小覷。
“驢友”們?cè)跊](méi)有信號(hào)的偏遠(yuǎn)山區(qū)迷路、大海航行迷失,都可以利用這個(gè)“大哥大”將自己的位置發(fā)送給北斗衛(wèi)星,這樣,搜救隊(duì)就可輕而易舉將用戶定位。
當(dāng)然,北斗并不只為“驢友”們量身定做。
若在大海中航行捕魚(yú)的漁民迷失了方向,在沒(méi)有手機(jī)信號(hào)的情況下,可以通過(guò)北斗系統(tǒng)發(fā)送消息,總部就能很容易找到失蹤船只。
若消防隊(duì)員深入森林救火,進(jìn)入信息盲區(qū),沒(méi)有手機(jī)信號(hào),與外界失去了聯(lián)系,怎么辦?通過(guò)終端給“北斗”發(fā)送信息,搜救部隊(duì)就能輕易得知被困者所在位置。
在汶川地震搜救時(shí),北斗就曾經(jīng)大展身手。
在川西北通信信號(hào)遮蔽干擾嚴(yán)重的復(fù)雜環(huán)境中,美國(guó)的GPS只能顯示終端位置信息而無(wú)通信功能,而衛(wèi)星移動(dòng)電話雖可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信,但不具備定位導(dǎo)航功能。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)具備空間定位、時(shí)間基準(zhǔn)授時(shí)和短報(bào)文通信功能,解決了搶險(xiǎn)救災(zāi)應(yīng)急指揮中的定位與通信難題。
據(jù)統(tǒng)計(jì),在救援期間,搜救部隊(duì)用北斗發(fā)了74萬(wàn)條短信,為地震救援搭建了一個(gè)既能顯示位置信息又能保持調(diào)度信息傳遞順暢的指揮平臺(tái)。
冉承其介紹,在2008年南方冰凍災(zāi)害、2010年玉樹(shù)抗震救災(zāi)、舟曲泥石流救災(zāi)中,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同樣大顯身手。
3、功底深厚 “十八般武藝”樣樣精通
除了獨(dú)特的短信功能能夠在救援方面大顯身手外,北斗還有諸多功能,給科學(xué)研究、社會(huì)管理和日常生活提供了便利。
北京北斗星通導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司是國(guó)內(nèi)最早從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位業(yè)務(wù)的專業(yè)化公司之一,占據(jù)了北斗民用60%以上的市場(chǎng)份額。
該公司相關(guān)負(fù)責(zé)人在接受南方日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)透露,北斗目前最大的民用領(lǐng)域是海洋漁業(yè),應(yīng)用終端在海洋漁業(yè)領(lǐng)域已形成規(guī)模,入網(wǎng)用戶已過(guò)萬(wàn)戶。
他介紹,北斗能夠有效幫助對(duì)漁船實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控、應(yīng)急救援和防臺(tái)救災(zāi)。北斗在海洋漁業(yè)的應(yīng)用還包括為漁船發(fā)布天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警,提供漁業(yè)信息等。
北斗系統(tǒng)用戶端之一是高精度測(cè)量接收機(jī),這個(gè)接收機(jī)非常敏感,它能感受到厘米級(jí)以下的變形,一輛重型卡車從大橋上駛過(guò),橋梁變形多少?這微小的變形,通過(guò)肉眼肯定無(wú)法判斷。而高精度測(cè)量接收機(jī)則可以精確地告訴你。
通過(guò)在車輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī),車輛的位置信息就能在幾秒鐘內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到中心站。這些位置信息可用于道路交通管理,有利于減緩交通阻塞,提升道路交通管理水平。
在交通運(yùn)輸部正開(kāi)展的重點(diǎn)運(yùn)輸車輛監(jiān)控管理、服務(wù)示范工程中,北斗系統(tǒng)可以重點(diǎn)解決“兩客一危”,即客運(yùn)班車、旅游包車和長(zhǎng)途危險(xiǎn)品運(yùn)輸車在運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)管和服務(wù)問(wèn)題,大大提高出行安全水平。
北斗星通公司的上述負(fù)責(zé)人還介紹,氣象領(lǐng)域是最早應(yīng)用我國(guó)北斗系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。中國(guó)氣象局也正在組織開(kāi)展基于北斗系統(tǒng)的大氣、海洋和空間監(jiān)測(cè)運(yùn)行應(yīng)用,還參與了奧運(yùn)氣象保障,取得了很好的效果。
北斗還能管“公車私用”。2011年9月,廣州市1萬(wàn)輛公車安裝上了“北斗車載電子監(jiān)控系統(tǒng)”。廣州市公車使用管理信息系統(tǒng)采用我國(guó)自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng),這是我國(guó)北斗衛(wèi)星民用化的第一個(gè)大型項(xiàng)目。
凡是裝了“北斗”系統(tǒng)的公車,在節(jié)假日的時(shí)候都是放在單位里面的。比如在周六、周日,有人要開(kāi)公務(wù)車,車內(nèi)系統(tǒng)會(huì)提醒“今天是休息日,如果要使用的話要辦理手續(xù)”。而且車啟動(dòng)之后,監(jiān)督系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成信息發(fā)給監(jiān)督系統(tǒng)的管理員。
授時(shí),即向地球報(bào)告最精確的時(shí)間,是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所能提供的主要功能之一。一旦GPS授時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題,我國(guó)的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)、電網(wǎng)都將受到極大的影響。打破了GPS壟斷,通過(guò)自主設(shè)備授時(shí)具有國(guó)家安全層面的重大意義。
目前,一些企業(yè)研發(fā)的授時(shí)機(jī)可以達(dá)到幾十納秒的精度,這樣在手表里安裝相關(guān)的芯片即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)北斗來(lái)授時(shí)。“北斗手表”的時(shí)間精度在千萬(wàn)分之一秒,且永遠(yuǎn)不需要校時(shí)。
4、開(kāi)放接口 北斗終端將與GPS兼容
在宣布北斗系統(tǒng)開(kāi)始試運(yùn)行時(shí),我國(guó)也同時(shí)發(fā)布了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間信號(hào)接口控制文件(ICD文件)。
冉承其解釋,這個(gè)文件主要是用來(lái)約束、規(guī)范和定義北斗衛(wèi)星與地面接收終端之間的信號(hào)接口或特征,其中還包含北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的方式、頻率等相關(guān)參數(shù),有了這些數(shù)據(jù),開(kāi)發(fā)北斗終端時(shí)才有據(jù)可依。
這就相當(dāng)于政府提供了一個(gè)操作系統(tǒng),而下游的企業(yè)就可以根據(jù)這個(gè)操作系統(tǒng),來(lái)開(kāi)發(fā)出各種各樣不同功能的應(yīng)用軟件,投放到市場(chǎng)上使用。
隨著試運(yùn)行和ICD文件的開(kāi)放,原有GPS產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)企業(yè)的介入,一場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)將在下游研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域展開(kāi),未來(lái)大規(guī)模的應(yīng)用也即將到來(lái)。
北斗星通公司市場(chǎng)營(yíng)銷部的相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)記者透露,目前主要客戶來(lái)自海洋漁業(yè)、水文水利、陸海運(yùn)輸、安全生產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等行業(yè),公司提供產(chǎn)品,給用戶建立系統(tǒng)應(yīng)用的平臺(tái),實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)服務(wù)。
在市民中使用最廣泛的終端當(dāng)屬導(dǎo)航設(shè)備。業(yè)內(nèi)人士估計(jì),與GPS兼容的導(dǎo)航設(shè)備將會(huì)在2012年研發(fā)成功,2013年逐步上市,會(huì)先在特殊行業(yè)進(jìn)行裝備,隨后會(huì)在汽車導(dǎo)航等主要民用領(lǐng)域鋪開(kāi)。周邊國(guó)家的推廣應(yīng)用也會(huì)在2013年以后逐步展開(kāi)。
對(duì)于已經(jīng)使用GPS終端作為導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶,如果改用北斗系統(tǒng),是不是還要另外購(gòu)買(mǎi)北斗導(dǎo)航終端呢?專家稱,不用擔(dān)心,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容開(kāi)發(fā)模式,已經(jīng)替你免去了這部分支出。
冉承其表示,“我們?cè)谔峁┰囘\(yùn)行服務(wù)時(shí),國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始著手從事北斗應(yīng)用終端的研發(fā)以及北斗和GPS兼容終端的研發(fā),也就意味著使用GPS終端的用戶可以單獨(dú)使用北斗,也可以使用北斗和GPS兼容使用的終端。”
中國(guó)全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)咨詢中心主任曹沖則告訴記者,北斗導(dǎo)航不會(huì)取代GPS,而是與之互補(bǔ)。兼容北斗和GPS的終端,類似于“一機(jī)雙卡”的手機(jī),可在一臺(tái)導(dǎo)航儀上自動(dòng)切換,從而提高定位精度。
正在初步構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng),也離不開(kāi)北斗的幫忙。北斗星通股份有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人崔紅濤表示,北斗具備的定位和通信功能是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
雖然北斗有欲迎頭趕上的趨勢(shì),但北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程副總設(shè)計(jì)師譚述森仍冷靜地表示,與美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比,北斗在未來(lái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用上還存在很多難點(diǎn)。
GPS在問(wèn)世的近30年里積累了大量的空間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),而其中最重要的太陽(yáng)光壓變化對(duì)于衛(wèi)星所產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù),已經(jīng)建立起數(shù)據(jù)模型。“而中國(guó)的北斗系統(tǒng)還處于起步階段,還需要在摸索中前進(jìn)。”譚述森表示。
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