中国“北斗”卫星导航为21世纪的我们“指路”

    这不是什么古诗词，而是来自热心网友的创作。这首诗所描述的，就是中国北斗卫星导航系统成功运行时的场景。

    太空之中的“北斗”，不仅为古人，也在为身处21世纪的我们“指路”。

    2012年5月8日，三艘中国拖网渔船在临近东经124°海域作业时，被朝鲜海军带入朝鲜海域扣押。事发后，朝鲜方面声称中国渔民越界。“没有办理朝鲜方面的许可证，我们根本不敢越过124°海域捕鱼，124°是极为敏感的海域，出海的人心中都有这条线。”大连当地的一位渔民在接收采访时曾这样告诉记者。

    有没有越过“警戒线”，就要看哪一方能够拿出证据了。

    事发后，来自23527号船上北斗卫星导航仪器所记录的船只运行轨迹显示，该船未越过东经124°线，确定在中国海域内。

    这里所说的“北斗”，就是我国自主研发并运营的北斗卫星导航系统(下称北斗导航)。目前，北斗导航产业正沿着国防应用、行业应用和大众应用三阶段逐步展开。

    国防使命：与生俱来

    在天文学中，北斗七星指的是大熊座七颗明亮的恒星。自古以来，北斗七星就是人们指示方向和认识星座的重要标志。古籍《冠子》曾这样记载北斗七星：“斗杓东指，天下皆春;斗杓南指，天下皆夏;斗杓西指，天下皆秋;斗杓北指，天下皆冬。”

    中国人对北斗七星的认知和热爱，使得“北斗卫星导航系统”不仅听起来具有浓郁的“最炫民族风”，而且也能够让人感受到其所蕴含的科研成就和战略地位。

    在浩瀚的宇宙中，环绕地球部署着三套全球卫星导航系统：其一，是我们耳熟能详的全球定位系统(GPS，Global Positioning System)，由美国国防部研制和维护;其二，是全球导航卫星系统，其又被称之为GLONASS(格洛纳斯系统)，由俄罗斯政府负责运营;最后，就是我国研发并运营的北斗导航，它分为“北斗一号”和“北斗二号”两个系统，两者的区别在于，北斗一号覆盖区域仅限于中国，精度较低;北斗二号则定位于全球性的卫星导航系统，精度也高于GPS。

    除此之外，欧盟也在建造自己的全球卫星定位系统伽利略定位系统(Galileo)，日本和印度也在进行着这方面的工作。

    从争夺土地、海洋资源，到占领制空权，如今，已经有越来越多的国家认识到，发展宇宙空间技术，已经成为保证国家安全的一个重要步骤。因此，不依赖他人的系统，争取自己的主动权，成为了中国发展自有卫星导航系统的初衷和基础。

    中国科学院院士杨元喜认为：“一个国家必须有自己独立的坐标系统。而要确定这个坐标系统，卫星导航是最重要的手段之一。”

    实际上，中国在卫星导航方面的研发从20世纪60年代就已经开始，然而由于各种原因，这一被命名为“灯塔”的项目很快就停摆了。1983年，已故电子学家、空间系统工程专家、中国科学院院士陈芳允提出了利用地球同步卫星进行导航定位的设想。3年后的1986年，关于启动国产卫星导航系统的报告得以提交。在随后的8年中，中国科学家开始进行相关的技术研究、理论推演和专项实验。1994年，这一项目得以立项，并被取名为“北斗”。

    在北斗卫星导航系统得以立项的同时，由24颗卫星组成的美国GPS系统已经建成，采用的是4颗卫星的伪距定位原理。如果按照这个原理推演，要满足中国幅员辽阔的区域性定位，“北斗”就需要9~12颗卫星。为了减轻系统负担，中国科学家们开始寻求利用更少的卫星数组建导航系统的办法。最终，陈芳允院士所提出的“利用两颗卫星就可以解决地面定位问题”的方案得以采纳。

    在北斗导航系统建设的道路上，科研人员们曾经遇到了几只不同的“拦路虎”。首先，卫星没有大口径多波束天线技术，用户发射功率需要40瓦以上，无法工程化和实用化，也没有地面数字高程图的技术储备，在无线电技术方面也缺乏相应指导。此外，在中国赤道上空有90颗卫星可选，但是却找不到可放两颗卫星的轨道位置，同时也没有频率可供我国使用。最后，“双星定位”技术有4个不同的使用频率、6种不同的设备，但是却没有一种精确传播时延校正的理论，更没有成熟技术可借鉴。

    按照北斗卫星导航系统工程副总设计师谭述森的话说，“要完成一个复杂的工程，就要解决随之而来的一系列的科技难题。”

    最终，在我国科研人员艰苦的攻关之下，北斗卫星导航系统最终克服了重重困难，成功应用于国防科工等方面。2011年12月27日，我国宣布北斗二号系统试运行，开始向中国及周边地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务;2012年计划发射6颗组网卫星，并于年底形成覆盖亚太大部分地区的服务能力，提供正式运行服务，精度达到10米;2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

    相较其它全球卫星导航系统，北斗二号系统独到之处就是不仅能够提供定位、导航、授时等功能，而且还提供类似于短信的短报文通信功能。

    按照规划，北斗二号卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。