浅谈北斗卫星导航通信定位系统

杂谈北斗卫星导航通信定位系统

北斗系统对于中国广大民众来讲不是一个陌生的名词，从2010年开始北斗民用的推广，使普通百姓从各种宣传渠道开始了解北斗。然而不得不说，到目前为止，北斗民用推广并不是十分成功，北斗民用主要还是行业，而对于蓬勃发展的个人通信来讲，北斗还很少，2015年3月中国的手机用户已经达到12.9亿，普遍支持GPS；汽车保有量2014年底达到1.54亿量，前装北斗导航系统的也屈指可数。本文将从个人的角度谈一下北斗的发展史和个人对北斗发展的想法。

1．发展历史——历经20年建设，北斗发展初见成效中国的北斗是从1994年开始的，到2015年已经20多年了，进行了两代建设，目前实际在轨19颗卫星，包括RDSS和RNSS两种系统。

读者一定迷惑于RDSS和RNSS，这两个英文缩写的全称分别是RDSS：Radio Determination Satellite Service；RNSS：Radio Navigation Satellite System。翻译成中文就是RDSS--无线测定卫星业务；RNSS——无线导航卫星系统。

RNSS实际的原理和GPS一样，采用多点定位方式；而RDSS则是中国的独创。为什么中国有和美国不一样的东西，我们下面简单了解一下北斗的发展史。

首先得说一下GPS，GPS可以说是美国重大发明之一。我记得大概1998年时，我和老师几个第一次长途，开车去青岛，那叫一个发懵，拿着青岛地图一个路口一个路口对应，还要不断地问人；而现在自驾多简单，用个百度导航或高德导航，开个上千公里，到一个从未去过的城市，能毫不费力的找到目的地，这些多亏了GPS。

美国的GPS从1973年开始建设，到1993年底已实现了全球覆盖，初期服务于军事目的，进入到2000年以后，广泛的开始民用，目前在定位、导航、授时等多领域发挥巨大作用。

GPS的核心始终是服务于军事的，GPS的使用，使美国的导弹可以攻击误差在米级以下，无人机可以准确飞行到全球任何位置。

中国是在一九八几年开始知道GPS，也领悟到了重大的军事意义，但是受限于当时国家经济条件和当时重点是发展国民经济（算上卫星成本和发射成本，一次发射大概10几亿人民币），一直无法下建设决心。如何低成本快速进行中国的定位导航系统建设，成为了军事科研工作者的重大任务，这种建设思想，使中国建设了技术独特的RDSS系统。

1983年陈芳允院士等人提出“双星定位系统”，给出了只利用两颗地球同步轨道卫星和地面总站配合的方案即可实现定位的方案，在此方案中，采用主动式定位，由目标主动发送短报文到两颗卫星，两颗卫星将定位申请转发至地面卫星总站，卫星总站通过计算两颗卫星延时和地面匹配等技术算出目标所在位置，然后通过卫星短报文告知目标用户。

这种方案有优点也有缺点，优点是卫星数目可减少到2颗，可以低成本、快速的进行系统建设；确定也很明显，如下：

a) 主动式定位，要求目标用户具备卫星短报文收发能力，终端设备技术复杂、成本高；

使用不灵活

b) 主动式定位，终端发送信号到卫星，卫星转发至卫星总站，卫星信号的转发能力、多

用户的无线识别能力、多用户处理能力等限制了用户数目，因此可并发的数目一定是

有限的

c) 2颗卫星+地面匹配的方式，精度不如多颗卫星交叉方式；

d) 静止轨道轨位申请也是需要国际协调大问题，中国始终受到欧美的压制

考虑到当时的现实条件，中国决定进行双星系统建设，1994年正式立项，2000年发射两

颗试验卫星，到2004年RDSS北斗卫星导航定位系统正式投入运营。

北斗导航定位系统的建成，在军事和行业领域发挥了巨大作用，例如中国的导弹可以不再依赖于GPS进行定位，使中国摆脱了美国的潜在威胁。这种威胁是现实存在的，1996年，我军在一次导弹发射过程中出现问题，最终发现原因是美国改变了作战区域所在的GPS信号。这次事件的发生，也使中国更加意识到自主定位导航系统的战略意义和现实重要性。

上边说过，从定位导航角度来讲RDSS存在一些缺陷，因此中国从2000年开始进行北斗RNSS系统规划，因为到2000年，中国开始有钱了，也可以搞军事建设了。

然而中国在RNSS的建设过程中仍然走了弯路，因为我们没有坚持独立自主的原则，所以被欧洲耍了一道。

1999年欧洲启动“伽利略项目”，目标与GPS抗衡，在当时法德两国欲全球多极化目标下，与中国也进行了友好合作，中国2004年参与到伽利略项目中，计划投资2.3亿欧元，实际进行投资7000万欧元，欲把伽利略作为全球定位导航系统，北斗作为区域定位导航系统；

然而2005年开始，法德领导人更替，又回到亲美策略；在伽利略各项实施上对中国设置障碍，最后导致中国下决心独立发展北斗的全球RNSS系统。

无数的事实告诉我们，像中国这样一个大国，在关键领域必须要实现独立自主，崇洋媚外只能是丧权辱国。在这里表扬一下在狱中的刘志军同志，还要向曾经的航天人、华为、中兴等独立自主、不断创新致以敬意；同时对那些造飞机不如买飞机的和所有的合资汽车厂无限鄙视，你们注定被钉在历史耻辱柱上。技术换市场，市场是被人家占领了，技术你们掌握了什么，反而是你们自己中饱私囊，可耻！！！！

话题扯远了，还是回来说北斗。

2004年中国开始第二代北斗系统建设，2007年即发射第一颗二代星，到2015年8月，在轨卫星数目达到19颗，实现了重点区域覆盖和全球实验星开始，目标到2020年实现全球覆盖。而到目前为止，欧洲的伽利略才在位6颗。

当前的服务区域如下图

2．北斗民用思路——发挥特色、开拓创新

北斗系统推广民用多年，在一些领域得到了应用，例如在海上渔船，安装北斗设备后可以定时的位置报告，使岸上可以管控渔船，同时可通过北斗短报文进行气象报告发布、

进行通信等；在水利水文可实现无信号区域自动的信息上报等等。

但是，如本文开头所述，与GPS得到广泛应用相比，北斗的应用还少之又少。主要的原因有几点：

1．单独北斗RNSS终端芯片成本高、体积大、功耗高：主要原因是原有北斗芯片主要由国内的厂家生产，相对于国际大厂家，我国在工艺方面落后，因此会体积大和功耗高；至于成本，缺少批量应用所以分摊成本会偏高；

2．多模北斗RNSS芯片国内产品不占优、国际产品未得到充分验证：如高通、MTK等宣布基带芯片是多模的，同时支持GPS、北斗等；然而在实际终端上射频是否支持了北斗、终端是否针对北斗进行了算法处理等，无法得到充分验证；而国内的多模芯片在手机上的应用不是很普遍

3．RDSS解决方案存在成本高、技术复杂、体积大、功耗高等问题，而且RDSS还面临着设备许可和运营许可问题

就北斗如何进一步发展，本文提出

1．以积极的态度去看待北斗民用发展

“中国的北斗，世界的北斗”

1）北斗将为更广泛的人群、更广泛的行业提供服务；

2）北斗系统将为人们创造一种更为简单、丰富的生活方式；

3）北斗系统兼具RDSS和RNSS可在各自领域和两者联合领域发挥作用；

4）通过更广泛的民用，将不断提升改进原有的系统

2．推动个人通信终端RNSS要强调融合，与GPS共同发展

在个人通信领域，主要是手机和车载设备的RNSS设备应用上，要强调与GPS融合，这样主流厂家都会支持融合芯片的发展，从而促进北斗的广泛应用，融合中要注意以下几点

1）北斗与GPS对个人来讲是合作关系，更多地星座可以为个人提供更好的定位精度和更快的定位时间；算法上要解决好联合系统定位、单独系统定位；

2）对于在中国境内的手机导航，要鼓励首先联合导航、北斗导航，

3）对于国内大的通信终端企业和导航通信软件企业引导北斗应用

3．推动行业RNSS要发挥独特技术优势，占领高精定位、室内定位

之前说过北斗RNSS相对于GPS存在一定劣势，但是在行业应用上，北斗有GPS 无法比拟的优势

1）出于国家安全考虑，行业应尽量采用北斗定位而非GPS定位；

2）在特定领域，如高精定位、室内定位，北斗应发挥自身灵活优势进行先发进入，技术创新，塑造北斗领先形象；

4．发挥北斗RDSS通信优势，促进个人卫星通信发展

前文提到过北斗RDSS在容量、精度方面相对与RNSS存在一定差距，然而RDSS 的短报文却是北斗系统的独特优势。

最初为了低成本快速，采用双星系统，引入短报文功能，不知建设者们是否想到了RDSS可以给终端用户提供简单的卫星通信功能。

个人卫星通信是原美国摩托罗拉提出的，并建设了铱星系统，后来海事卫星、Thruya 等也开展了个人卫星通信；个人卫星通信在海上、沙漠、山区、林区等广大无线网络缺失地区都有广泛需求。

北斗的RDSS目前还只能提供短报文功能，但是已经解决了在无线网络确实情况下