北斗导航卫星应用前瞻

北斗导航卫星应用前瞻

摘要:本文基于笔者多年从事北斗导航卫星应用的相关工作经验,以北斗导航卫星应用前瞻为研究对象,论文首先分析了北斗-1和北斗-2系统的发展和应用现状,进而推演了未来的发展趋势,相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词:北斗导航卫星应用

卫星导航系统是信息时代国家经济建设的重要支柱,是直接关系到国家安全和经济发展的核心技术与支撑系统,是全球竞争和大国利益的焦点之一。我国自行研制的“北斗卫星导航系统”(英文名:Bei-Dou Navigation Satellite System,缩写为BDS)从2003年4月正式运营、全面对民用用户开放,已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。

1 北斗-1系统应用发展回顾

1.1 系统概况

1994-2002年是我国北斗-1系统的攻关研制时期,2000年发射了两颗试验卫星,整个系统于2002年进入试运行阶段,2003年正式开通运行,之后又发射了两颗备份星,目前在轨卫星总数为4颗。

北斗-1系统具有三个主要特点:(1)区域覆盖。采用静止轨道卫星,覆盖区域包括我国领土及周边地区。(2)采用有源定位导航体制,即用

户终端需要发射入站(返程)信号。系统具有定位、授时功能,但不具备测速功能。(3)具有短信报文通信功能。这些特点对北斗-1系统的应用和产业化产生了重要的影响。

1.2 应用情况

2003年,北斗-1系统对民用领域开放,打破了美国、俄罗斯在卫星导航领域的垄断地位,使我国成为世界上第3个拥有独立自主卫星导航系统的国家,开辟了我国卫星导航应用的新篇章。北斗-1系统在我国国防建设和经济社会发展中发挥了积极作用。特别是在2008年汶川抗震救灾中,北斗-1系统成为抗震救灾和指挥保障的重要手段。救灾部队利用该系统成功为灾区一线和指挥部建立了实时信息通道,为抗震救灾提供了实时的监控定位、导航、远程监测、灾害预警及公共应急信息服务,在指挥决策、搜救、医疗等方面发挥了独特的优势和不可替代的作用。

总体来说,北斗-1系统的应用具有如下特点:

(1)由于北斗-1系统具有GPS等系统不能比拟的短信报文通信功能优势,因此，目前的典型民事应用主要集中于数据采集、监测类应用和监控、指挥调度类应用,充分发挥了“北斗”系统的通信优势。(2)由于北斗-1系统在2008年汶川抗震救灾中发挥了显著的作用,1年多来该系统在灾害应急救援方面的应用获得了各方重视,预计应用装备将会大幅增加。(3)目前,北斗-1系统的主要用户是涉及国家安全和经

济安全的政府部门、军方和行业用户,由于终端价格的竞争劣势等原因,尚未能进入大众化的民用商业领域。(4)北斗-1系统在民用领域的定位导航应用较少,其主要原因是系统采用有源定位体制,导致终端价格较高,定位精度与GPS相比处于劣势。(5)北斗-1系统具有比GPS 更强的授时功能,但目前在通信、银行、电力等国家关键行业并未得到普及应用。国家基础网络的时频系统与经济安全息息相关,授时领域应该是“北斗”系统急需普及的大市场。(6)从应用技术方面来说,北斗-1系统的各种应用大多是集成了“地理信息系统”(GIS)、北斗“GPS、遥感(RS)、通信(Communication),即“3S+C”的综合应用系统,这也正体现了导航应用技术的发展趋势。

1.3 应用产业特点分析

近几年,我国的卫星导航应用得到了飞速发展。特别是在近5年间,卫星导航技术的应用已渗透到国民经济的诸多领域,已融入到我国现代信息社会建设的进程之中,具备了一定的产业化基础。我国卫星导航市场由2000年的不足10亿元人民币发展到2005年的约120亿元人民币,目前年产值达到22714亿元人民币,产业年增长率约为25%;终端年销量超过230万套,其中“北斗”系统注册用户超过316万台套。但是,目前我国导航的主用系统仍然是GPS,且我国导航年产值仅占全球的5%,终端保有量仅占全球的1%,终端产品98%以上是进口产品,自主知识产权比率不到1%,“北斗”系统的国内导航市场份额不到1%;然而,我国导航从业企业数量却超过1000家,比国外卫星导航产品生

产企业总数还高数倍,呈现出低水平重复建设和无序竞争的状态。

综上所述,目前我国卫星导航产业的特点是:

(1)行业用户正在从应用GPS向应用“北斗”系统转化。(2)GPS产品依靠其市场先发优势和成熟技术、低价位产品,仍然是大众化的民用商业导航市场的主导。(3)我国导航产业虽然发展迅速,但目前整体导航市场尚不成熟,尚未形成协调有序的应用产业链和规模化市场环境,也未形成国家级的导航骨干企业。

2 北斗-2导航系统发展现状

2.1 系统概况

北斗-2系统分两个阶段建设:区域导航系统建设阶段,该系统将在2010年完成,目前已发射两颗卫星,最终由约12颗卫星组成,覆盖亚太地区;全球导航系统建设阶段,该系统将在2015—2020年建成,最终由约35颗卫星组成。整个系统的特点如下:

(1)由区域覆盖(亚太地区)逐渐转向全球覆盖。(2)采用类似于GPS、“伽利略”(Galileo)系统的无源定位导航体制,将发射4个频点的导航信号。(3)系统地球静止轨道(GEO)卫星发射北斗-2、GPS、“伽利略”广域差分信息和完好性信息,差分定位精度可达1 m。(4)继承北斗-1系统的短信报文通信功能,并将扩充通信容量。

2.2 应用技术研究情况

目前,北斗-2系统地面基础设施建设已经初步完成。地面运控系统研制完成,并已通过了模拟测试系统的测试,在两颗在轨卫星的发射和运行中得到了验证;地面广域差分和完好性监测站网已初步建成,可通过在轨运行的地球静止轨道卫星发播广域差分信息和完好性信息。国家有关主管部门组织开展了北斗-2系统各类用户机技术攻关和设备研制,现已转入正样阶段,其中包括北斗-2基本型用户机、定位导航“通信双模型用户机、北斗-2”GPS兼容型用户机、北斗-2高动态用户机、抗干扰用户机、监测型用户机、北斗-2便携式自主导航设备(PND)等。

下一阶段工作将转向北斗-2系统应用演示示范工程建设,目前正在开展行业应用演示示范系统方案的论证工作。在国际合作和对外宣传推广方面,已建立国际合作协调机制,并正在建设“北斗”系统对外宣传机制和平台。北斗-2系统的国家主管部门每年派人参加全球导航卫星系统(GNSS)国际委员会(ICG)会议,参与协商全球导航卫星系统合作问题;从2006年开始已与美国、欧盟、俄罗斯开展多轮会谈,洽谈解决“北斗”、GPS、“伽利略”、GLONASS系统的兼容互操作问题;正在开展“北斗”系统官方网站建设,作为对外公布相关政策、系统进展情况,以及宣传推广“北斗”系统应用和开展国际合作的窗口。

3 “北斗”系统应用发展前瞻