楊元喜:中國科學院院士、大地測量學家、相關觀測抗差估計系列理論體系和自適應抗差導航定位理論體系原創者、西安測繪研究所研究員
2014年11月23日,國際海事組織海上安全委員會審議通過了對北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)認可的航行安全通函,這標志著北斗衛星導航系統正式成為繼美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)之后第三個成熟的衛星導航系統,正式成為全球無線電導航系統的組成部分,并取得了面向海事應用的國際合法地位,成為服務世界航海用戶的衛星導航系統。
為了走向國際化,中國為北斗衛星導航系統制定了“三步走”的發展規劃,從1994年開始發展的試驗系統(第一代系統)到2004年的正式系統(第二代系統),經歷了“兩步走”的中國北斗衛星導航系統根據計劃,將在2020年實現全球的衛星導航功能。那么北斗走向國際化需要哪些要素呢?
中國科學院院士、大地測量學家、相關觀測抗差估計系列理論體系和自適應抗差導航定位理論體系原創者楊元喜認為,北斗走向全球這是個必然,北斗的區域導航系統的作用是有限的,要想讓北斗為全球提供服務就必須解決幾個重要的核心問題。
頻率設計
頻率資源是非常有限的,要讓北斗走向全球,必須在國際電聯的框架下實現全球的無線電之間兼容互操作,否則它就會受到干擾,就會與其他衛星導航系統之間出現不兼容現象,影響導航定位的性能。楊院士強調,北斗走向全球要設計優化合理的頻率,要盡量和現有導航系統的頻率實現兼容與互操作。
全球跟蹤和定軌
楊院士表示北斗要走向全球,只靠我們中國境內的跟蹤站是不足以跟蹤衛星軌道和精確測定衛星軌道的。衛星導航定位首當其沖的是要有高精度的軌道,沒有高精度的衛星軌道,地面定位、高精度定位是不可能實現的,所以解決全球導航定位問題必須解決北斗衛星的全球跟蹤和定軌問題。
自主導航定位
在采訪中,楊院士強調北斗要走向全球還要解決未來在特定的情況下,北斗衛星導航系統要能夠基本維持正常運作的問題,這就要求北斗要實現自主導航定位功能。
中國的北斗是世界的北斗,我國的北斗衛星導航不僅為中國人民做出貢獻,也為世界人民做出了貢獻。北斗衛星導航系統的出現使衛星導航的覆蓋廣度、密度、可視數量與安全保障都有了提升。北斗與其他衛星導航系統配合使用還增加了容錯能力、系統誤差的補償能力、異常誤差的探測能力。
北斗衛星導航系統與現有的衛星導航系統相比有其顯著特色。它的特色之一來自于衛星和地面中心運控系統之間的通信鏈路,這個鏈路的設計是基于中國當時用兩顆同步衛星實現在中國境內以及周邊地區的導航定位。楊院士說,因為利用兩顆衛星定位,用戶必須要申請定位,定位中心幫助用戶確定其位置,這就需要鏈路,所以用戶需要向衛星發射信號,并通過衛星轉發到地面用戶中心,地面用戶中心幫助用戶算出位置來,就是這樣一個鏈路成全了我們北斗的特色系統。此外,它還可以實現位置報告功能,因為所有用戶的位置都是中心站測出來的,所以中心站自然就獲得了用戶的位置 ,并向用戶報告位置,如此實現了位置跟蹤。北斗還具有短報文通訊功能,同樣是由于衛星和地面用戶,衛星和中心站的通信鏈路,使用戶和用戶、用戶和運控中心之間進行短報文的通信。它的另一個特色功能叫做雙向授時服務功能,該功能同樣也是靠鏈路實現的。一般的導航系統是單向授時,北斗可以實現雙向授時,這樣就可以減少很多系統誤差,所以說我國的北斗衛星導航系統的授時精度遠遠高于其他系統。
中國的北斗是個復雜的科學工程,它將促進多學科的融合與發展。同時,北斗工程也將會為國家的經濟建設提供重要的支撐,帶來巨大的經濟效益,為中國的電子信息產業的發展提供強有力的支持!