解放军信息工程大学测绘学院教授许其凤解说“北斗“

解放军信息工程大学测绘学院教授许其凤解说“北斗"在天津滨海国际会展中心举行的“战略性新兴产业（滨海）国际论坛”上，中国工程院院士、解放军信息工程大学测绘学院教授、博士生导师许其凤解读了我国自主开发的卫星导航系统“北斗”的功能定位及技术采用的指导策略：感谢大会给我这样一个机会，来宣传一下北斗。

为什么说这样话呢？这两年我接触一些业务圈以外的人士，包括用户。

好像他们对整个北斗系统的了解不是特别多，或者说不是特别系统，存在了很多问题，所以我觉得宣传是一方面，建设也很重要，让客户以及更多的人了解北斗，这样才可以使用。

我主要向大家宣传卫星导航系统，也就是北斗系统。

因为在座很多都是产业界的人士，我尽量联系一下产业方面的情况和思路。

我是学校工作的，通俗讲叫做“书呆子”这个跟产业不大沾边，有讲的不到位的希望大家理解，同时也请批评。

产业的发展是成败的标志，我指的是卫星导航系统。

卫星导航系统成功在于广泛的应用，并且取得效益。

这个效益不仅仅是芯片制造商的效益，也不仅仅是整机的提供商的效益，还有应用在铁路上，对铁路性能的提高产生什么样的效益，对大坝监测上以及水力发电有什么效益，我理解这个是有广义的。

另外就是相关产业的发展是广泛应用的标志，作为卫星导航系统，应用的方面很多。

但是相关产业的发展，标志着广泛应用的程度如何。

比如说卡片相机用的很多，这个说明数字摄影取得很大的应用。

现在很多人提出这样的问题，当然可能不是会议的，会议的时候不提，现在GPS已经占领了市场，北斗产业究竟怎么发展？说的更直截了当一点，不说我的身价性命，就是这点家当投进去保险吗？这样的问题我不能回答。

我提供北斗的情况，请大家自己做结论。

关于GPS占领市场，北斗到底有没有出路的问题，使我想到彩电的问题。

80年代是日本的彩电占领我们国家的市场，那个时候只要看彩电不是东芝就是夏普的，到了90年代国产彩电占领了市场，短短的10年，我们靠什么夺回的市场？一个是相对优越的性能，我说的相对优越，不是整个系统的性能完全超过日本，是说在我们中国显示的更优越。

日本彩电因为日本发射台离的都比较近，接受机灵敏度不需要很高，信号强度够了。

但是在80、90年代的时候，我们国家还不是数字电视，信号并不是很强，距离也比较远，因此就出现一个信号。

日本的彩电有雪花，我们国产的彩电没有。

优越不优越？优越，老百姓就认这个，其实这个就是局部的优越，就是灵敏度提高了。

所以相对优越的性能是可以做到的，还有一个就是相对低廉的价格。

彩电是做到了，我想我们的卫星导航产业应该也可以做到。

另外是方便快捷的服务，因为我们的生产商、销售商就在本地，因此你只要出了问题，你打电话就会有人来维修。

靠着这三条，十年的时间我们把日本的彩电市场赶走，我们把彩电市场夺回来了。

卫星导航系统的性能，是性能相对优越的基础，我们说性能要优越包括两个方面，一个是我的接收机、我的用户系统，我的整个系统性能好，还有一方面就是产业界有自主权的，就是心里有数的，但是没有数的就是整体的性能如何。

关于北斗卫星导航系统怎么样，有人说不错，又是我们国产的、自主知识产权、双赢等等一大堆，如果有人对我这么说我是不信的，你光给出这样的结论和标题我信不过，就是得拿出具体的东西，我自己会判断，就是究竟有没有优势，我试图在这方面做点尝试，因此我的报告没有结论，我只介绍情况。

在座的专业可能差距比较大，我简单把卫星导航系统说一遍，卫星导航系统是由一定数量分布的卫星，包括卫星的高度、卫星的倾角、卫星的轨道组成的空间部分，这个叫做卫星星座，比如GPS是由24颗组成的，叫做中轨卫星MEO。

还有一部分是地面监测站不断观测所有的卫星，对所有卫星计算轨道，计算钟差。

通过注入站将轨道、钟差参数注入到卫星，用户接收机利用卫星发播的测距信号测距，依靠卫星的位置，用测量的距离解算自身的位置。

如果简单点就是这三点。

避短扬长的北斗星座设计，一般都是扬长避短，为什么是避短扬长呢？这个是故意的，合适不合适大家来判断。

首先说发展的瓶颈，我这里侧重讲不利条件，这个也是和大家习惯不是很一致，首先强调我们有多少有利条件，然后再想有什么不利条件。

作为我的观点来讲，不利条件更重要。

因为你漏掉一个有利的条件，后果很可能是没能锦上添花的。

如果你漏掉一一个不利的条件，后果可能是颠覆性的。

作为发展卫星导航，因为我们是后发展的，在我们前面有GPS，我们完全可以发展GPS发展我们国家自己的系统，我们也学习，但是不能完全照搬。

全面照搬是最简单的问题，也是最省事的问题。

但是我们学习GPS还是遇到一些问题，这个是很难在全球布设监测站，我们说高精度定轨需要卫星全弧段的监测。

比如我就测一小段，这个圆画不准的。

有一个实际的数据，卫星位置的误差，左边是有监测数据的，右边是没有监测数据，完全靠外推的，我观测一小段推一段，这个位置误差会很大，一旦没有监测数据，误差会急剧增加。

对于绕地球的GPS卫星是中轨道卫星，东西旋转。

对于这样监测站要全球分布，这一点美国可以做，我们做起来有困难。

我们很难做到全球分布。

第二个问题就是星载原子钟相对滞后，依靠卫星的位置，通过测距来解算定位，测距怎么测？就是依靠信号传播的距离，距离=传播时间×光速，如果数字错一点，那个误差就大多了。

所以对于星上的钟，所有的信号都是根据钟来发播的，那就要求很稳定的度星载原子钟，那就是10的13次方，大约就是百万年差一秒。

我们国家星载原子钟发展相对滞后，我们也都从美国、欧洲进口很高精度的原子钟，他们知道我们要搞卫星导航系统，结果就禁运了，一台也不卖给我们。

像这样的两个问题，我说可以算是两个瓶颈问题，这样的问题很难在短时间解决。

全球布站，我们很难短时间内发展，这个确实有一定困难。

我们是想试图从星座设计来寻求绕过瓶颈的办法，当然试图的途径很多，都曾经进行过探视，但是这条路我们走通了。

提到星座设计我们首先有三种卫星轨道，这是全球的图。

一种是中轨卫星轨道MEO，高度是两万千米，像GPS，计划中的伽利略都是这样的高度，绕着全球转。

还有一种轨道是同步卫星轨道，这个是3万6千千米，就是要在赤道面上，同时要维持这个高度。

同步卫星就是跟着地球一起转的高度，只有在这个高度才能跟地球自转一致起来，从地球上来看就是不动的。

还有倾斜轨道的同步卫星IGSO，这个高度同GEO一样，只不过不在赤道上，GEO是在赤道上，倾斜的角度我们采用是55度，在地面上观察轨道是像“八字型的”的轨道，从地面上观察来讲是有不同的特点。

MEO是从东到西绕着全球转，GEO卫星是始终不动的，在我们国家上空发一个GEO，我们随时随地都可以看到的。

IGSO卫星是南北转，而且有一定的弧度范围.我们说如果选择MEO或者IGSO轨道，如果可能绕过前面讲的两个瓶颈。

因为这两个卫星不是东西跑，是南北跑，这个总跑不出我们国家，会离开我们国家的境内，但是不远，我们可以看得见，就是可以监测的到。

这样我们就增加了跟踪弧段，IGSO和GEO我可以跟踪，如果和GPS一样的MEO，我们观测的弧段那只占全弧段的40%，那个精度就差了。

在国内设站的情况下，可以实现对GEO和IGSO的全弧度监测，这样就解决了我们没有办法在全球布站的问题，这样降低了星载原子钟的要求，要想取得准确的时间，我可以表好，比如说是欧米茄，我也可以天天和中央人民广播电视台对表，一个是表好，一个是勤对，如果不能勤对，那就是表好。

但是如果GEO和IGSO我随时可以看得见，我随时都可以对表，因此在国内设站的条件下，可以实现勤对表。

这样降低了对星载原子钟的技术要求，给我们国家发展高精度原子钟争取了时间，不是不发展，我们还是要发展。

但是想立刻拿出来，这个拿不出来。

这个不像包饺子，这个需要一个国家，有时候需要十年，甚至更长。

国外比我们时间还要长，我们必须要一个发展的时间。

我们既然避开了两个发展的瓶颈，我们还要充分发挥GEO和IGSO的利用率高的特点，我们不是搞全球系统，而是一个区域系统，我们一会可以看到这个区域系统究竟有多大。

对于区域系统来讲，我们说这两种卫星的利用率是可以达到80%以上的，对于MEO我们国家的区域系统来讲40%，差了一倍。

利用率高就意味着我们可以用比较少的卫星来达到同样的效能，这个是划算的，投入性能比也比较好。

在具体设计当中，经过了很多的探测，五个GEO和五个IGSO也就是十个卫星取得了满意的效果，对于覆盖区域大体上也接近地球的三分之一。

作为北斗二号，第一期就是区域系统，第二期就是全球系统。

第一期星座就是5GEO+5IGSO。

在赤道上分布了五个红点，就是地球同步卫星，同时在蓝色的地方是IGSO卫星，红色是不动，蓝色是沿着轨道运动。

如果说按照测距误差是两米的话，我们可以达到，甚至更高一点，我们估计一下这个系统究竟怎么样？我们给了一个图，这里分成几种颜色，绿色、蓝色、红色，绿色里面是由数字组成的。

如果是6，这个就表示24小时之内最大的标准差是6米。

蓝色的6，这个就不是6米了，是定位精度16米，红色6是26米。

我们最关心的是橙色的，为什么最关心这个呢？这里有很多的蓝色的符号，都是美军在我们国家周边的军事基地，美军军事基地放在这里我们不关心行吗？不关心我们很可能会得到和伊拉克、利比亚、科索沃一样的结局。

所以把最关心的放在这里，我们基本上6米到7米的样子，我们精度GPS也是一样。

刚才我们还讲了，采用这种卫星是利用率非常高，充分利用了利用率高的特点，其实这不是最早的方案，最早的方案是采用地球同步卫星和美国GPS一样大MEO卫星，这个方案已经上报给江泽民，而且得到了首肯。

4GEO+12MEO效果是一样，我们最关心就是北半球，也就是说用16颗卫星还赶不上10颗卫星的性能好，就是我们重新发挥了IGSO和GEO利用率高的特点。

总结起来就是前面的避短扬长，避开我们的瓶颈，扬长高利用率。

区域系统有区域系统的优势，系统级的广域差分，这个是美国人为了降低民用精度搞的SA，这个就是人为加入轨道误差和钟差误差，就是从30米降低到100米，美国民用最开始测试是30米，结果达到的是20多米。

但是美国军方认为这个不行，因为民用美国人可以用，那世界其他军方也可以用，那就是降低到100米，当时为了解决这个问题，其实也是美国先提出来的，就是差分。

最后发现比较好就是广域差分，广域差分原理很简单，就是布测一些参考站，这些站我是精确知道的，我也是利用GPS定位，利用你不对我来反求出来卫星轨道偏了多少。

为了做到这一点，需要建立差分参考站，像我们国家需要20来个。

另外需要计算中心，还要通过注入站向地球同步卫星发射，把数据发射给卫星，地球同步卫星再告诉用户，这个同步卫星是GPS以外的。

参考站观测卫星，通过注入同步卫星向用户发播修正参数，精度从100m提高至5m左右。