解放军信息工程大学测绘学院教授许其凤解说“北斗“
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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,