許其鳳:北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要磨合期
2012年7月27日,戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)(濱海)論壇于天津?yàn)I海會(huì)展中心隆重舉行,中國(guó)工程院院士、解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師許其鳳出席了論壇,就北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)方向和思路進(jìn)行了探討。
下面是許其鳳院士的精彩發(fā)言。
許其鳳:感謝大會(huì)給我這樣一個(gè)機(jī)會(huì),來(lái)宣傳一下北斗。為什么說(shuō)這樣話呢?因?yàn)檫@兩年我接觸一些業(yè)務(wù)圈以外的人士,包括用戶。好像他們對(duì)整個(gè)北斗系統(tǒng)的了解不是特別多,或者說(shuō)不是特別系統(tǒng),存在了很多問(wèn)題,所以我覺(jué)得宣傳一是方面,建設(shè)也很重要,讓客戶以及更多的人了解北斗,這樣才可以使用。
我主要向大家宣傳衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),也就是北斗系統(tǒng)。因?yàn)樵谧芏喽际钱a(chǎn)業(yè)界的人士,我盡量聯(lián)系一下產(chǎn)業(yè)方面的情況和思路。
我是學(xué)校工作的,通俗講叫做“書呆子”這個(gè)跟產(chǎn)業(yè)不大沾邊,有講的不到位的希望大家理解,同時(shí)也請(qǐng)批評(píng)。
產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是成敗的標(biāo)志,我指的是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成功在于廣泛的應(yīng)用,并且取得效益。這個(gè)效益不僅僅是芯片制造商的效益,也不僅僅是整機(jī)的提供商的效益,還有應(yīng)用在鐵路上,對(duì)鐵路性能的提高產(chǎn)生什么樣的效益,對(duì)大壩監(jiān)測(cè)上以及水力發(fā)電有什么效益,我理解這個(gè)是有廣義的。
另外就是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是廣泛應(yīng)用的標(biāo)志,作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),應(yīng)用的方面很多。但是相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,標(biāo)志著廣泛應(yīng)用的程度如何。比如說(shuō)卡片相機(jī)用的很多,這個(gè)說(shuō)明數(shù)字?jǐn)z影取得很大的應(yīng)用。現(xiàn)在很多人提出這樣的問(wèn)題,當(dāng)然可能不是會(huì)議的,會(huì)議的時(shí)候不提,現(xiàn)在GPS已經(jīng)占領(lǐng)了市場(chǎng),北斗產(chǎn)業(yè)究竟怎么發(fā)展?說(shuō)的更直接了當(dāng)一點(diǎn),不說(shuō)我的身價(jià)性命,就是這點(diǎn)家當(dāng)投進(jìn)去保險(xiǎn)嗎?這樣的問(wèn)題我不能回答。我提供北斗的情況,請(qǐng)大家自己做結(jié)論。
關(guān)于GPS占領(lǐng)市場(chǎng),北斗到底有沒(méi)有出路的問(wèn)題,使我想到彩電的問(wèn)題。80年代是日本的彩電占領(lǐng)我們國(guó)家的市場(chǎng),那個(gè)時(shí)候只要看彩電不是東芝就是夏普的,到了90年代國(guó)產(chǎn)彩電占領(lǐng)了市場(chǎng),短短的10年,我們靠什么奪回的市場(chǎng)?一個(gè)是相對(duì)優(yōu)越的性能,我說(shuō)的相對(duì)優(yōu)越,不是整個(gè)系統(tǒng)的性能完全超過(guò)日本,是說(shuō)在我們中國(guó)顯示的更優(yōu)越。
日本彩電因?yàn)槿毡景l(fā)射臺(tái)離的都比較近,接受機(jī)靈敏度不需要很高,信號(hào)強(qiáng)度夠了。但是在80、90年代的時(shí)候,我們國(guó)家還不是數(shù)字電視,信號(hào)并不是很強(qiáng),距離也比較遠(yuǎn),因此就出現(xiàn)一個(gè)信號(hào)。日本的彩電有雪花,我們國(guó)產(chǎn)的彩電沒(méi)有。優(yōu)越不優(yōu)越??jī)?yōu)越,老百姓就認(rèn)這個(gè),其實(shí)這個(gè)就是局部的優(yōu)越,就是靈敏度提高了。
所以相對(duì)優(yōu)越的性能是可以做到的,還有一個(gè)就是相對(duì)低廉的價(jià)格。彩電是做到了,我想我們的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)應(yīng)該也可以做到。另外是方便快捷的服務(wù),因?yàn)槲覀兊纳a(chǎn)商、銷售商就在本地,因此你只要出了問(wèn)題,你打電話就會(huì)有人來(lái)維修。靠著這三條,十年的時(shí)間我們把日本的彩電市場(chǎng)趕走,我們把彩電市場(chǎng)奪回來(lái)了。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能,是性能相對(duì)優(yōu)越的基礎(chǔ),我們說(shuō)性能要優(yōu)越包括兩個(gè)方面,一個(gè)是我的接收機(jī)、我的用戶系統(tǒng),我的整個(gè)系統(tǒng)性能好,還有一方面就是產(chǎn)業(yè)界有自主權(quán)的,就是心里有數(shù)的,但是沒(méi)有數(shù)的就是整體的性能如何。
關(guān)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)怎么樣,有人說(shuō)不錯(cuò),又是我們國(guó)產(chǎn)的、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、雙贏等等一大堆,如果有人對(duì)我這么說(shuō)我是不信的,你光給出這樣的結(jié)論和標(biāo)題我信不過(guò),就是得拿出具體的東西,我自己會(huì)判斷,就是究竟有沒(méi)有優(yōu)勢(shì),我試圖在這方面做點(diǎn)嘗試,因此我的報(bào)告沒(méi)有結(jié)論,我只介紹情況。
在座的可能差距比較大,我簡(jiǎn)單把衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)說(shuō)一遍,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由一定數(shù)量分布的衛(wèi)星,包括衛(wèi)星的高度、衛(wèi)星的傾角、衛(wèi)星的軌道組成的空間部分,這個(gè)叫做衛(wèi)星星座,比如GPS是由24顆組成的,叫做中軌衛(wèi)星MEO。還有一部分是地面監(jiān)測(cè)站不斷觀測(cè)所有的衛(wèi)星,對(duì)所有衛(wèi)星計(jì)算軌道,計(jì)算鐘差。
通過(guò)注入站將軌道、鐘差參數(shù)注入到衛(wèi)星,用戶接收機(jī)利用衛(wèi)星發(fā)播的測(cè)距信號(hào)測(cè)距,依靠衛(wèi)星的位置,用測(cè)量的距離解算自身的位置。如果簡(jiǎn)單點(diǎn)就是這三點(diǎn)。
避短揚(yáng)長(zhǎng)的北斗星座設(shè)計(jì),一般都是揚(yáng)長(zhǎng)避短,為什么是避短揚(yáng)長(zhǎng)呢?這個(gè)是故意的,合適不合適大家來(lái)判斷。首先說(shuō)發(fā)展的瓶頸,我這里側(cè)重講不利條件,這個(gè)也是和大家習(xí)慣不是很一致,首先強(qiáng)調(diào)我們有多少有利條件,然后再想有什么不利條件。作為我的觀點(diǎn)來(lái)講,不利條件更重要。
因?yàn)槟懵┑粢粋€(gè)有利的條件,后果很可能是沒(méi)能錦上添花的。如果你漏掉一一個(gè)不利的條件,后果可能是顛覆性的。作為發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航,因?yàn)槲覀兪呛蟀l(fā)展的,在我們前面有GPS,我們完全可以發(fā)展GPS發(fā)展我們國(guó)家自己的系統(tǒng),我們也學(xué)習(xí),但是不能完全照搬。全部照搬是簡(jiǎn)單的問(wèn)題,也是省事的問(wèn)題。但是我們學(xué)習(xí)GPS還是遇到一些問(wèn)題,這個(gè)是很難在全球布設(shè)監(jiān)測(cè)站,我們說(shuō)高精度定軌需要衛(wèi)星全弧段的監(jiān)測(cè)。比如我就測(cè)一小段,這個(gè)圓畫不準(zhǔn)的。
有一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù),衛(wèi)星位置的誤差,左邊是有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的,右邊是沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),完全靠外推的,我觀測(cè)一小段推一段,這個(gè)位置誤差會(huì)很大,一旦沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),誤差會(huì)急劇增加。
對(duì)于繞地球的GPS衛(wèi)星是中軌道衛(wèi)星,東西旋轉(zhuǎn)。對(duì)于這樣監(jiān)測(cè)站要全球分布,這一點(diǎn)美國(guó)可以做,我們做起來(lái)有困難。我們很難做到全球分布。
第2個(gè)問(wèn)題就是星載原子鐘相對(duì)滯后,依靠衛(wèi)星的位置,通過(guò)測(cè)距來(lái)解算定位,測(cè)距怎么測(cè)?就是依靠信號(hào)傳播的距離,距離=傳播時(shí)間×光速,如果數(shù)字錯(cuò)一點(diǎn),那個(gè)誤差就大多了。所以對(duì)于星上的鐘,所有的信號(hào)都是根據(jù)鐘來(lái)發(fā)播的,那就要求很穩(wěn)定的度星載原子鐘,那就是10的13次方,大約就是百萬(wàn)年差一秒。
我們國(guó)家星載原子鐘發(fā)展相對(duì)滯后,我們也都從美國(guó)、歐洲進(jìn)口很高精度的原子鐘,他們知道我們要搞衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),結(jié)果就禁運(yùn)了,一臺(tái)也不賣給我們。像這樣的兩個(gè)問(wèn)題,我說(shuō)可以算是兩個(gè)瓶頸問(wèn)題,這樣的問(wèn)題很難在短時(shí)間解決。全球布站,我們很難短時(shí)間內(nèi)發(fā)展,這個(gè)確實(shí)有一定困難。
我們是想試圖從星座設(shè)計(jì)來(lái)尋求繞過(guò)瓶頸的辦法,當(dāng)然試圖的途徑很多,都曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)探視,但是這條路我們走通了。
提到星座設(shè)計(jì)我們首先有三種衛(wèi)星軌道,這是全球的圖。一種是中軌衛(wèi)星軌道MEO,高度是兩萬(wàn)千米,像GPS,計(jì)劃鐘伽利略都是這樣的高度,繞著全球轉(zhuǎn)。
還有一種軌道是同步衛(wèi)星軌道,這個(gè)是3萬(wàn)6千千米,就是要在赤道面上,同時(shí)要維持這個(gè)高度。同步衛(wèi)星就是跟著地球一起轉(zhuǎn)的高度,只有在這個(gè)高度才能跟地球自轉(zhuǎn)一致起來(lái),從地球上來(lái)看就是不動(dòng)的。
還有傾斜軌道的同步衛(wèi)星IGSO,這個(gè)高度同GEO一樣,只不過(guò)不在赤道上,GEO是在赤道上,傾斜的角度我們采用是55度,在地面上觀察軌道是像“八字型的”的軌道,從地面上觀察來(lái)講是有不同的特點(diǎn)。MEO是從東到西繞著全球轉(zhuǎn),GEO衛(wèi)星是始終不動(dòng)的,在我們國(guó)家上空發(fā)一個(gè)GEO,我們隨時(shí)隨地都可以看到的。IGSO衛(wèi)星是南北轉(zhuǎn),而且有一定的弧度范圍.
我們說(shuō)如果選擇MEO或者IGSO軌道,如果可能繞過(guò)前面講的兩個(gè)瓶頸。因?yàn)檫@兩個(gè)衛(wèi)星不是東西跑,是南北跑,這個(gè)總跑不出我們國(guó)家,會(huì)離開(kāi)我們國(guó)家的境內(nèi),但是不遠(yuǎn),我們可以看得見(jiàn),就是可以監(jiān)測(cè)的到。這樣我們就增加了跟蹤弧段,IGSO和GEO我可以跟蹤,如果和GPS一樣的MEO,我們觀測(cè)的弧段那只占全弧段的40%,那個(gè)精度就差了。
在國(guó)內(nèi)設(shè)站的情況下,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)GEO和IGSO的全弧度監(jiān)測(cè),這樣就解決了我們沒(méi)有辦法在全球布站的問(wèn)題,這樣降低了星載原子鐘的要求,要想取得準(zhǔn)確的時(shí)間,我可以表好,比如說(shuō)是歐米茄,我也可以天天和中央人民廣播電視臺(tái)對(duì)表,一個(gè)是表好,一個(gè)是勤對(duì),如果不能勤對(duì),那就是表好。但是如果GEO和IGSO我隨時(shí)可以看得見(jiàn),我隨時(shí)都可以對(duì)表,因此在國(guó)內(nèi)設(shè)站的條件下,可以實(shí)現(xiàn)勤對(duì)表。這樣降低了對(duì)星載原子鐘的技術(shù)要求,給我們國(guó)家發(fā)展高精度原子鐘爭(zhēng)取了時(shí)間,不是不發(fā)展,我們還是要發(fā)展。但是想立刻拿出來(lái),這個(gè)拿不出來(lái)。這個(gè)不像包餃子,這個(gè)需要一個(gè)國(guó)家,有時(shí)候需要十年,甚到更長(zhǎng)。國(guó)外比我們時(shí)間還要長(zhǎng),我們要一個(gè)發(fā)展的時(shí)間。
我們既然避開(kāi)了兩個(gè)發(fā)展的瓶頸,我們還要充分發(fā)揮GEO和IGSO的利用率高的特點(diǎn),我們不是搞全球系統(tǒng),而是一個(gè)區(qū)域系統(tǒng),我們一會(huì)可以看到這個(gè)區(qū)域系統(tǒng)究竟有多大。
對(duì)于區(qū)域系統(tǒng)來(lái)講,我們說(shuō)這兩種衛(wèi)星的利用率是可以達(dá)到80%以上的,對(duì)于MEO我們國(guó)家的區(qū)域系統(tǒng)來(lái)講40%,差了一倍。利用率高就意味著我們可以用比較少的衛(wèi)星來(lái)達(dá)到同樣的效能,這個(gè)是劃算的,投入性能比也比較好。
在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中,經(jīng)過(guò)了很多的探測(cè),五個(gè)GEO和五個(gè)IGSO也就是十個(gè)衛(wèi)星取得了滿意的效果,對(duì)于覆蓋區(qū)域大體上也接近地球的三分之一。
作為北斗二號(hào),期就是區(qū)域系統(tǒng),第2期就是全球系統(tǒng)。期星座就是5GEO+5IGSO。在赤道上分布了五個(gè)紅點(diǎn),就是地球同步衛(wèi)星,同時(shí)在藍(lán)色的地方是IGSO衛(wèi)星,紅色是不動(dòng),藍(lán)色是沿著軌道運(yùn)動(dòng)。
如果說(shuō)按照測(cè)距誤差是兩米的話,我們可以達(dá)到,甚到更高一點(diǎn),我們估計(jì)一下這個(gè)系統(tǒng)究竟怎么樣?我們給了一個(gè)圖,這里分成幾種顏色,綠色、藍(lán)色、紅色,綠色里面是由數(shù)字組成的。如果是6,這個(gè)就表示24小時(shí)之內(nèi)大的標(biāo)準(zhǔn)差是6米。藍(lán)色的6,這個(gè)就不是6米了,是定位精度16米,紅色6是26米。我們關(guān)心的是橙色的,為什么關(guān)心這個(gè)呢?這里有很多的藍(lán)色的符號(hào),都是美軍在我們國(guó)家周邊的軍事基地,美軍軍事基地放在這里我們不關(guān)心行嗎?不關(guān)心我們很可能會(huì)得到和伊拉克、利比亞、科索沃一樣的結(jié)局。所以把關(guān)心的放在這里,我們基本上6米到7米的樣子,我們精度GPS也是一樣。
剛才我們還講了,采用這種衛(wèi)星是利用率非常高,充分利用了利用率高的特點(diǎn),其實(shí)這不是早的方案,早的方案是采用地球同步衛(wèi)星和美國(guó)GPS一樣大MEO衛(wèi)星,這個(gè)方案已經(jīng)上報(bào)給江澤民,而且得到了首肯。
4GEO+12MEO效果是一樣,我們關(guān)心就是北半球,也就是說(shuō)用16顆衛(wèi)星還趕不上10顆衛(wèi)星的性能好,就是我們重新發(fā)揮了IGSO和GEO利用率高的特點(diǎn)??偨Y(jié)起來(lái)就是前面的避短揚(yáng)長(zhǎng),避開(kāi)我們的瓶頸,揚(yáng)長(zhǎng)高利用率。
區(qū)域系統(tǒng)有區(qū)域系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),系統(tǒng)級(jí)的廣域差分,這個(gè)是美國(guó)人為了降低民用精度搞的SA,這個(gè)就是人為加入軌道誤差和鐘差誤差,就是從30米降低到100米,美國(guó)民用開(kāi)始測(cè)試是30米,結(jié)果達(dá)到的是20多米。但是美國(guó)軍方認(rèn)為這個(gè)不行,因?yàn)槊裼妹绹?guó)人可以用,那世界其他軍方也可以用,那就是降低到100米,當(dāng)時(shí)為了解決這個(gè)問(wèn)題,其實(shí)也是美國(guó)先提出來(lái)的,就是差分。后發(fā)現(xiàn)比較好就是廣域差分,廣域差分原理很簡(jiǎn)單,就是布測(cè)一些參考站,這些站我是精確知道的,我也是利用GPS定位,利用你不對(duì)我來(lái)反求出來(lái)衛(wèi)星軌道偏了多少。為了做到這一點(diǎn),需要建立差分參考站,像我們國(guó)家需要20來(lái)個(gè)。
另外需要計(jì)算中心,還要通過(guò)注入站向地球同步衛(wèi)星發(fā)射,把數(shù)據(jù)發(fā)射給衛(wèi)星,地球同步衛(wèi)星再告訴用戶,這個(gè)同步衛(wèi)星是GPS以外的。參考站觀測(cè)衛(wèi)星,通過(guò)注入同步衛(wèi)星向用戶發(fā)播修正參數(shù),精度從100m提高到5m左右。
廣域差分有一個(gè)特點(diǎn),就是區(qū)域的,不是全球的,我的用戶在監(jiān)測(cè)站范圍之內(nèi)用這個(gè)東西,另外是用戶級(jí)的系統(tǒng),GPS系統(tǒng)已經(jīng)建成了,如果要增強(qiáng),就是進(jìn)差分站搞注入中心,再發(fā)同步衛(wèi)星,但是發(fā)播的信號(hào)是一樣的,所以不是原來(lái)的系統(tǒng)級(jí),是一個(gè)用戶級(jí)的系統(tǒng)。它的功能是可以提高軌道和鐘差的精度。它只能提供參考站內(nèi)的用戶,站外就不靈。你是靠站來(lái)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星,求出修正值,我們說(shuō)MEO衛(wèi)星是東西轉(zhuǎn)的,如果轉(zhuǎn)到東邊,你東邊用戶可以看到這個(gè)衛(wèi)星,但是你監(jiān)測(cè)站測(cè)不到這顆衛(wèi)星,因此就沒(méi)有修正值,用起來(lái)就不太好用,用戶跑到美國(guó)在我們這豪無(wú)辦法。
美國(guó)人像歐洲搞的系統(tǒng)都是這樣,要建立廣域差分系統(tǒng),需要建立參考站、計(jì)算中心、注入站、同步衛(wèi)星,我們計(jì)算中心有了、導(dǎo)航系統(tǒng)本身有計(jì)算中心,導(dǎo)航系統(tǒng)本身有注入站,導(dǎo)航系統(tǒng)本身就有五顆地球同步衛(wèi)星,因此我們就建立一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的廣域差分的系統(tǒng),就在建北斗系統(tǒng)的時(shí)候,就把廣域差分系統(tǒng)融在里面。一般叫做二級(jí)監(jiān)測(cè)站,指的就是這個(gè)。
應(yīng)該說(shuō)這是我們建成的個(gè)系統(tǒng)級(jí)的廣域差分系統(tǒng),顯然這個(gè)投資要少的多,性能也會(huì)好的多。同時(shí)不僅僅是對(duì)一個(gè)系統(tǒng),只對(duì)北斗進(jìn)行廣域差分服務(wù),因?yàn)橥叫l(wèi)星多,因此在信號(hào)編排格式的時(shí)候,既可以為北斗發(fā)播差分信息,也可以為GPS,同樣也可以為伽利略發(fā)播差分信息,就是有可能能夠?yàn)槿齻€(gè)系統(tǒng)服務(wù)的廣域差分系統(tǒng)。
同時(shí)可以為北斗全覆蓋區(qū)提供差分服務(wù),就是我們覆蓋區(qū)是比我們國(guó)土要大的多的區(qū)域,按照一般的廣域差分你在國(guó)土內(nèi)。不管用戶在東邊還是在西邊,你看到的衛(wèi)星就是十顆IGSO和GEO,這十顆在國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)站隨時(shí)隨地都可以監(jiān)測(cè),我可以為廣大的區(qū)域提供廣域差分服務(wù),這個(gè)是以前的廣域差分系統(tǒng)所沒(méi)能做到的,當(dāng)然只限北斗,對(duì)GPS不靈,對(duì)伽利略也不靈,也就是監(jiān)測(cè)站的范圍之內(nèi),對(duì)北斗可以更廣泛一些。
另外在建設(shè)階段可以規(guī)避一些風(fēng)險(xiǎn),主要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)就是軌道開(kāi)始的時(shí)候可能測(cè)不準(zhǔn),我們的鐘差也可能測(cè)不準(zhǔn),廣域可以進(jìn)行很好的修正,可以規(guī)避一時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)所帶來(lái)的影響,達(dá)到很好的結(jié)果。正像我們前面講的,在GPS做廣域差分的時(shí)候,我們可以從100米提高到5米,我們開(kāi)始做也不到于差到這個(gè)程度,從某種意義上講,這個(gè)是很主要的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的的措施。
我們講到北斗的情況,盡管是很簡(jiǎn)略的,我們可以把北斗的特點(diǎn)綜合的講的敘述一下。實(shí)際上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是很復(fù)雜的系統(tǒng),有很多方方面面的問(wèn)題。
個(gè)是繞過(guò)發(fā)展階段技術(shù)瓶頸,充分利用區(qū)域的有利條件。
第2個(gè)是性能投入比比較高的系統(tǒng)。
第三個(gè)是具有系統(tǒng)級(jí)廣域差分的系統(tǒng),覆蓋大的差分導(dǎo)航系統(tǒng)。
另外能夠規(guī)避主要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),具有位置報(bào)告的功能。位置報(bào)告北斗1號(hào)就具備,北斗2號(hào)繼續(xù)使用下來(lái)。位置報(bào)告就是搞GPS,如果一個(gè)車出去了,我可以知道我現(xiàn)在在哪?但是我家里不知道,要想讓我家里知道,那就需要通訊設(shè)備。但是作為一個(gè)系統(tǒng)本身,就具備這樣的功能,這個(gè)是很重要的。
如果說(shuō)我需要位置報(bào)告,需要把我的位置報(bào)告給指揮部,比如我漁船出海了,我需要把位置隨時(shí)報(bào)告給指揮部,如果有臺(tái)風(fēng)指揮部會(huì)隨時(shí)告訴我,這個(gè)就很重要了。手機(jī)系統(tǒng)到海上都不靈了,因?yàn)闆](méi)有基站,衛(wèi)星系統(tǒng)可以,可以通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)。但是衛(wèi)星設(shè)備有多大呢?GPS用戶機(jī)手掌這么大,GPS輔助設(shè)備大很多,我說(shuō)的是衛(wèi)星通訊設(shè)備,而不是手機(jī)。如果沒(méi)有基站怎么辦?還有就是很重要的備份手段。
比如說(shuō)汶川地震的時(shí)候,很多通訊手段不靈了,所以中央不知道汶川震到什么程度,災(zāi)情怎么樣,多大范圍都不知道。早把消息傳出來(lái)的是我們搶險(xiǎn)部隊(duì)帶的北斗接收機(jī),相當(dāng)于短信發(fā)播出來(lái)的,這個(gè)是早得到的消息。當(dāng)然也有遺憾,這種消息報(bào)了幾天就沒(méi)有了,因?yàn)闆](méi)電了。當(dāng)然北斗1號(hào)耗電量比較大,這個(gè)也是不足的地方,這個(gè)也是具有優(yōu)勢(shì)的地方。
北斗是個(gè)實(shí)現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),美國(guó)人GPS現(xiàn)代化要增加一個(gè)頻率,為什么發(fā)播這個(gè)頻率,因?yàn)槊裼糜锰幒艽?,只有一個(gè)頻率,消除不了電頻層。當(dāng)然第三頻還有一個(gè)作用就是搜索。盡管美國(guó)人個(gè)提出來(lái)的,但是很可能我們是個(gè)實(shí)現(xiàn)的。美國(guó)人這么早提出來(lái),為什么實(shí)現(xiàn)不了呢?這里我猜可有點(diǎn)原因,因?yàn)槊绹?guó)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)上去了,壞一個(gè)發(fā)一個(gè)三頻衛(wèi)星上去,要全壞了,那得壞30個(gè)。那倉(cāng)庫(kù)存了十幾、二十個(gè)衛(wèi)星,那些存的衛(wèi)星不是第三代的,不是現(xiàn)代化的,因此從經(jīng)濟(jì)上考慮,現(xiàn)在把庫(kù)存放上去,開(kāi)始達(dá)到壽命期的衛(wèi)星補(bǔ)發(fā)還不是現(xiàn)代化的,這樣看來(lái)可能還需要一段時(shí)間,但是我們現(xiàn)在就是三頻發(fā)射。
剛才說(shuō)了優(yōu)勢(shì)的地方,也有不足的地方。一個(gè)是GEO衛(wèi)星工作期間有斷點(diǎn),按照規(guī)定GEO需要軌道微調(diào),因?yàn)樘焐现挥幸粋€(gè)赤道,高度是三萬(wàn)六千公尺,所有通訊衛(wèi)星都擠在圓弧上,所以電聯(lián)有規(guī)定,每個(gè)衛(wèi)星有一個(gè)規(guī)定,你向左、右不能偏出一度,衛(wèi)星一偏0.1度,就馬上調(diào)整回來(lái)。這是按照規(guī)定要做的,這個(gè)不是我們的事,我們只是遵守。但是有一段時(shí)間會(huì)影響到定軌精度,我們能夠達(dá)到衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng),需要兩天到三天的觀測(cè)數(shù)據(jù),但是只要進(jìn)行軌道微調(diào),這個(gè)從現(xiàn)在開(kāi)始就不是原來(lái)的軌道,而是新的軌道。
對(duì)于新的軌道觀測(cè)兩天到三天的數(shù)據(jù),你才能訂出比較準(zhǔn)確的有滿足條件。那這三天你衛(wèi)星怎么辦?這衛(wèi)星不能用了,這就是一個(gè)問(wèn)題。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)在的辦法就是快速定軌,就是精度差這么一點(diǎn),但是我也能用,而且這個(gè)工作還再繼續(xù)進(jìn)行,我們爭(zhēng)取更短的時(shí)間,使得工作的斷點(diǎn)盡量縮短。我們通過(guò)系統(tǒng)級(jí)廣域差分,新軌道廣域差分不需要很長(zhǎng)的時(shí)間,很短時(shí)間就可以測(cè)出來(lái),甚到幾秒鐘就可以測(cè)出來(lái),這時(shí)候一旦發(fā)生軌道微調(diào),我就可以用這套系統(tǒng)及時(shí)發(fā)布修正值,這個(gè)需要更高的數(shù)據(jù)更新率,原來(lái)就不太適用,這個(gè)是可以解決的技術(shù)。
第2位置報(bào)告或者短信通信含有小功率的發(fā)射,這個(gè)比北斗1號(hào)壓縮更短了,而且資源有限。我們?cè)诒倍?號(hào)宣傳的時(shí)候講,通訊可以進(jìn)行短報(bào)文,用戶真的發(fā)展起來(lái),你會(huì)發(fā)現(xiàn)不夠用。那時(shí)候說(shuō)是150萬(wàn)/小時(shí)次服務(wù),但是我們時(shí)間每小時(shí)的數(shù)還除3600秒,就是每秒可以服務(wù)多少,這樣的容量大家都用,都用就塞滿了,就服務(wù)不了。北斗2號(hào)同步衛(wèi)星5個(gè),另外在報(bào)文上可以做點(diǎn)文章。
還有一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)榘l(fā)射功率,就容易暴露。從軍事來(lái)講容易被對(duì)方偵查到,或者有被偵查到的可能。再有就是功耗體積都不容易下來(lái),解決辦法就是按需求分配。并不是所有的用戶都需要報(bào)告,并不是所有的用戶都需要短信,你不必都拿這種接受器,也不必都生產(chǎn)這種接受器,而且我也不是每秒都來(lái)發(fā)報(bào),或者每分鐘都報(bào)告,你汽車跑出去了,三五分鐘報(bào)告一次足夠了,有的甚到半小時(shí)都沒(méi)有動(dòng)。比如我指揮全球的系統(tǒng),就沒(méi)有必要幾秒鐘報(bào)告一次,這個(gè)也是按需求分配。另外合理的控制和利用資源,這個(gè)資源是有限的,就是怎么樣合理的控制。
比如普遍的短信不能發(fā)了,這個(gè)不是笑話,真有這種事。還有局部地區(qū)功率增強(qiáng)遜于GPS,我在天津地區(qū)的信號(hào)可以增強(qiáng),GPS可以增強(qiáng)30分貝,我們只可以增強(qiáng)15分貝的樣子,我們抗干擾能力不如GPS,這個(gè)等待二期工程的改進(jìn)。
還有就是一些技術(shù)細(xì)節(jié)和銜接的問(wèn)題,作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),需要發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)的磨合期,請(qǐng)大家耐心一點(diǎn),不是系統(tǒng)發(fā)在天上就達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo),對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)不大容易做到這一點(diǎn)。我們的技術(shù)指標(biāo)是按照美國(guó)GPS差不多的指標(biāo)來(lái)定的,但是美國(guó)人從發(fā)射衛(wèi)星開(kāi)始,到達(dá)到所謂的技術(shù)指標(biāo),是發(fā)展二三十年,一開(kāi)始就沒(méi)有這個(gè)精度,也沒(méi)有這個(gè)性能,所以對(duì)于各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和級(jí)別用戶要有耐心。
當(dāng)然也有性急的同行,去年我就聽(tīng)到這樣的報(bào)告,就是北斗和GPS放在一起比,北斗不如GPS,這個(gè)話不是這么說(shuō)的。我說(shuō)你做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,北斗做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有幾顆,他說(shuō)有5顆,如果用GPS相比,你用GPS12顆衛(wèi)星和北斗5顆比,這個(gè)怎么對(duì)比?這個(gè)就是年輕同志太性急,如果對(duì)比我建議放在見(jiàn)面,這種實(shí)驗(yàn)做的很有意義,但是不能用來(lái)對(duì)比,而是證明北斗系統(tǒng)可以工作的,到于精度以后再說(shuō)。
也就是說(shuō)北斗系統(tǒng)不會(huì)像GPS這么成熟,也就需要一定的磨合期。我認(rèn)為優(yōu)勢(shì)的地方和不足的地方都如實(shí)報(bào)告給大家。
我們2020年要搞全球系統(tǒng),北斗2號(hào)的二期工程,我們區(qū)域增強(qiáng)的全球系統(tǒng),全球都可以導(dǎo)航,就是在我所關(guān)心的區(qū)域的精度好、性能好超出其他地區(qū)。因?yàn)檐娪?、民用都是我?guó)在內(nèi)的較大的區(qū)域性,我們?cè)鰪?qiáng)就是把類似于GPS的系統(tǒng),比如27顆MEO全球轉(zhuǎn)的衛(wèi)星,又把IGSO和GEO加起來(lái)了,這樣就是兩個(gè)區(qū)域星座的疊加,這個(gè)性能要好多了。比如說(shuō)GPS衛(wèi)星27顆我可以全都看到,再疊加這8顆衛(wèi)星我就可以看到35顆衛(wèi)星。
星際鏈路示意,我們衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距,這樣就構(gòu)成一個(gè)高精度的多面體,我監(jiān)測(cè)站觀測(cè)可以看的見(jiàn)的衛(wèi)星,中心站對(duì)諸衛(wèi)星進(jìn)行定軌,這就是一種方式。
此文關(guān)鍵字:北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星接收機(jī) 北斗導(dǎo)航產(chǎn)業(yè) 許其鳳院士
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