扫码订阅

以前一提到卫星定位导航,人们就会想到GPS[GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称],但是现在,GPS已经专指美国的卫星导航定位系统了,全球卫星定位导航系统有了一个新的称呼:GNSS[全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)],它是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的。 “中国北斗卫星导航系统”COMPASS与美国的GPS、俄罗斯的Glonass(格洛纳斯)、欧洲的Galileo(伽利略)并称为全球四大卫星定位系统(我将它们称为四大天王)。

四大天王各有千秋,可谓个个身怀绝技。

俄罗斯的格洛纳斯继承于前苏联。正式组网比美国的GPS还早,但由于苏联解体特别是财力不足,几乎被判死刑,多年来一直半死不活,后随俄罗斯经济好转而逐渐恢复元气。它用24颗卫星实现全球定位服务,包括21颗工作星和3颗备份星,分布于3个圆形轨道面上,这3个轨道平面两两相隔120°,同平面内的卫星之间相隔45°。每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上运行,轨道周期为11小时15分钟,地面控制部分全部都在俄罗斯境内。由于使用使用频分多址(FDMA)的方式,卫星发射的载波频率不同。卫星靠频率不同来区分可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰,因而,具有更强的抗干扰能力,但这种方式太占用频率,后来向美国妥协,逐渐向采用两种频率信号的方式过渡以让出一些频率。

美国的GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统,信号采用码分多址体制,每颗卫星的信号频率和调制方式相同,不同卫星的信号靠不同的伪码区分。共有24颗卫星,21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上,保证了任何一台接收机都能同时接收到4颗卫星的信号。由于美国财大气粗,计划得以顺利实施,让它率先成为唯一可以实用的卫星导航系统,由于除了GPS之外,没有第二套系统可以选择,使GPS占领了全球的市场,掌控了卫星导航的天下,今天它仍是一支独大。由于中国和欧洲加入卫星导航(四大天王都使用中轨道2万千米左右这一空间),所以轨道和频率资源显得更趋紧张,看来应该同美国谈判:GPS让出3个轨道空间(就像俄罗斯让出频率一样)。遗憾的是这种情况并没发生,倒是中国和欧盟在争夺剩下的轨道和频率。

中国的卫星导航系统设计起源于上世纪60年代,几乎与美国同步,但由于文化大革命和财力等原因而下马了。1983年,陈芳允院士创造性地提出了双星定位设计方案:利用两颗地球静止轨道卫星实现区域导航定位。北斗一号应运而生,中国建成了世界上第三个卫星导航系统。这个系统的空间卫星数目少、用户终端设备简单、一切复杂性均集中于地面中心处理站,成本低,维护简单且费用少,适合中国国情。这个系统的绝招是使用静止卫星方便通信,加入了120个字符的短报文通信功能。这在茫茫大海、沙漠戈壁和高山及地面通信系统遭到破坏的灾害现场具有不可估量的作用,在汶川地震等救灾工作中大展身手就是最好的证明。但北斗一号也有其缺陷:只能为终端用户提供经度和纬度,无法提供高度数据;只能覆盖中国及其周边地区,不能覆盖两极地区,赤道附近定位精度差;无法在高速移动的平台上使用,用户无法保持无线电静默,因而不能满足高动态和保密的军事用户要求;用户数量受一定限制。为了克服这些限制,我们又走向了另一个极端:建设使用卫星数量最多的北斗二号全球导航定位系统(共35颗卫星:5颗静止轨道卫星,30颗非静止轨道卫星)。这样一来投资也大维护成本也高。

北斗二号系统未来完成后就将拥有35颗左右的卫星(来源于人民网)

伽利略定位系统(Galileo Positioning System),是由欧盟主导的一个正在建造中的全球卫星导航系统。计划发射30颗卫星(27颗为工作卫星,3颗为候补卫星),分布在3个轨道上,每个轨道面上有10颗卫星,9颗正常工作,1颗运行备用;轨道面倾角56度。卫星高度为24126公里,精度1米,比美国的(10米)还高10倍,为当今世界之最。参与此计划的不但有韩国、中国,日本、阿根廷、澳大利亚、俄罗斯等国也在内。伽利略系统将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统,因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。在四大系统中,伽利略是国际化程度最高的。

另外,印度一边参与俄罗斯的格洛纳斯系统,一边发展自己的导航系统;日本也借助GPS搞自己的准天顶导航系统。

目前的导航现状是全球性的、区域性的系统百花齐放,GPS独树一帜的现状有可能被打破,但执行者可能不是中国,事实上,中国有可能被PK出局。原因如下:

一、 自鸦片战争之后一直到现在,我们许多人并没有真正站起来,尤其是在科技方面,即使先进了,我们有些人有时候也习惯于把自己当做一个追赶者,甘于落后。比如北斗本是排在第三位的全球性导航定位系统,不论是从提出时间,还是从建设进度上或规划上,我们都名副其实。可一直有中国人(还有的是顶级专家)硬是把北斗排在那个连何时能投入使用都是未知数的伽利略之后。

二、 我们缺少比尔盖茨、乔布斯、戴尔等一类的人才,北斗市场打不开。操作系统有许多,为何微软一枝独秀呢?乔布斯的成功并不是因为他创新了什么或发明了什么,他并不是第一个吃螃蟹的人,他的成功归功于优秀的设计和推销;戴尔更是后起之秀,把IBM抛弃了的东西耍的光芒四射。

三、 我们缺少爱迪生、西门子、诺贝尔等人才。北斗有可能重复网景浏览器的悲剧:作为浏览器的开创者竟被IE打败。北斗使用静止卫星作为导航星是一个了不起的创新,短报文只是一个过渡或补充,就像中文寻呼机那样,作为模拟通讯机“大哥大”的补充,成就了今天手机的辉煌。短报文应该扩展到140个字符,以便于与微博对接,为什么是140个字符而不是120个呢?140个能表达清楚一个完整简单的意思,且经济划算,即使120个字符,如果可以与QQ聊天对接,就这两样,几亿的用户很快就能搞定。北斗的用户接收机大,我们把它作为一个劣势,为什么放弃他的优势呢?手机做得太小,看电影就不方便了,既然大,把数字地图装在里面,战场上不就可以显示更大区域的作战态势了吗?拿在手里是笨了点,但是装上镜头摄像、作为MP4、MP5等看电影怎么样呢?现在车用GPS无法发送信息,信息调度员都是打电话给司机,如果有了北斗,一个短报文就解决了呢!中国人多、车多,那儿堵塞交通了,交警只需一个短信群发功能将短信发送给堵塞区域附近的司机,堵车问题就瞬间解决了。谁还再用GPS,有病呀?打不开市场,是因为你没有好产品,因为你不会推销。

四、 北斗精度赶不上GPS和伽利略,你技低一筹,打仗时候要付出很大牺牲的,怎么办呢?增强呀!日本不就干这事吗?依托GPS只需发射两颗卫星就可以建立一个区域导航系统,这还是用我们的创新呢!中东发生战事,替伊朗发射两颗导航卫星,依托我们现有的导航卫星,中东地区瞬间可以提高数倍精度。

五、 只要一次技术创新或者进步,现在的导航卫星就可能由庞然大物变成小不点,导航系统可能是这样:静止卫星主要的功能是通信,非静止轨道卫星都是小卫星,发送信号成为小菜一碟了。GPS就可能像铱星系统那样被淘汰了。

六、 现在卫星导航好像就是航天人的事情似的,其实电子等行业可能更重要。一个芯片或一个算法的突破,将全球各个系统信号置于统一的算法中,一次接受十几到几十个卫星的信号,经过解算,说不定定位精度能达到厘米、毫米甚至微米呢。伽利略导航不是正在这样做吗?我们也做北斗和GPS,但我们似乎把北斗当做GPS的替补了。在这方面能取得突破的往往是以色列和美国,中国往往没戏。非典时期,我们有第一手的资料和第一流的设备和第一流的人才,结果在破译病毒方面却全面落败。

希望中国这次能抓住机遇。

本文内容于 2012/1/28 20:13:07 被小编Z编辑

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]
发表评论
发表评论

网友评论仅供其表达个人看法,并不表明铁血立场。

全部评论
加载更多评论
更多精彩内容