2003年3月20日，伊拉克戰(zhàn)爭爆發(fā)。大批轟炸機、戰(zhàn)斗機猛撲向伊拉克首都巴格達，用炸彈準(zhǔn)確地將一座建筑徹底摧毀，行動代號：“斬首行動”；4月，一架B-1B“槍騎兵”轟炸機臨時接到任務(wù)，用炸彈摧毀了另一座建筑。他們的目標(biāo)都是一個人：薩達姆。侯賽因，他們所使用的炸彈都是一種：聯(lián)合攻擊炸彈(JDAM)，這些炸彈之所以都能夠精確的打擊目標(biāo)，是因為他們都是通過衛(wèi)星定位來實現(xiàn)定位，提供這種定位服務(wù)的正是由24顆美國衛(wèi)星組成的全球定位系統(tǒng)--GPS。 2003年5月25日零時34分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功地將第三顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。前兩顆“北斗一號”衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空，運行至今導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作穩(wěn)定，狀態(tài)良好。這次發(fā)射的是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星。它與前兩顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。這標(biāo)志著我國成為繼美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)后，在世界上第三個建立了完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，該系統(tǒng)的建立對我國國民國防和經(jīng)濟建設(shè)將起到積極作用。我國早在60年代末就開展了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制工作，但由于多種原因而天折。在自行研制“子午儀”定位設(shè)備方面起步較晚，以致后來使用的大量設(shè)備中，基本上依賴進口。70年代后期以來，國內(nèi)開展了探討適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的體制研究。先后提出過單星、雙星、三星和3-5星的區(qū)域性系統(tǒng)方案，以及多星的全球系統(tǒng)的設(shè)想，并考慮到導(dǎo)航定位與通信等綜合運用問題，但是由于種種原因，這些方案和設(shè)想都沒能夠得到實現(xiàn)。1982年7月由美國三位科學(xué)家提出并于12月定名的GEOSTAR系統(tǒng)，就是這種兩顆衛(wèi)星的主動式衛(wèi)星定位系統(tǒng)。他們在實施的過程中，由于有更優(yōu)越的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的興起并且發(fā)展相當(dāng)迅速，使GEOSTAR系統(tǒng)不得不在1991年9月撤走資金，導(dǎo)致正在實施中的GEOSTA及系統(tǒng)宣告失敗。而我國的“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正是80年代提出的“雙星快速定位系統(tǒng)”的發(fā)展計劃。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的方案于1983年提出，突出持點是構(gòu)成系統(tǒng)的空間衛(wèi)星數(shù)目少、用戶終端設(shè)備簡單、一切復(fù)雜性均集中于地面中心處理站。“北斗一號”衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡短數(shù)字報文通信和授時服務(wù)的一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能是： 1、定時：快速確定用戶所在地的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。 2、通訊：用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間均可實現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信。 3、授時：中心控制系統(tǒng)定時播發(fā)授時信息，為定時用戶提供時延修正值。 “北斗一號”衛(wèi)星定位系統(tǒng)工作原理“北斗一號”衛(wèi)星定位系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星(800E和1400E)、一顆在軌備份衛(wèi)星(110.50E)、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機等部分組成。系統(tǒng)的工作過程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器項服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務(wù)內(nèi)容進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。 對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。 “北斗一號”的覆蓋范圍是北緯5°一55°，東經(jīng)70°一140°之間的心臟地區(qū)，上打下小，最寬處在北緯35°左右。其定位精度為水平精度100米(1σ)，設(shè)立標(biāo)校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75MHz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。 “北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)比較 1、覆蓋范圍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70°一140°，北緯5°一55°。GPS是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛(wèi)星(實際上最多能觀測到11穎)。 2、衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角距約60°。GPS是在6個軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55°，軌道面赤道角距60°。航衛(wèi)星為準(zhǔn)同步軌道，繞地球一周11小時58分。 3、定位原理：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動式雙向測距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。GPS是被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨立解算自己三維定位數(shù)據(jù)。“北斗一號”的這種工作原理帶來兩個方面的問題，一是用戶定位的同時失去了無線電隱蔽性，這在軍事上相當(dāng)不利，另一方面由于設(shè)備必須包含發(fā)射機，因此在體積、重量上、價格和功耗方面處于不利的地位。 4、定位精度：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。GPS三維定位精度P碼目前己由16m提高到6m，C/A碼目前己由25-100m提高到12m，授時精度日前約20ns。 5、用戶容量：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由于是主動雙向測距的詢問--應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備與地球同步衛(wèi)星之間不僅要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號，還要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號，這樣，系統(tǒng)的用戶容量取決于用戶允許的信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的響應(yīng)頻率。因此，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備容量是有限的。GPS是單向測距系統(tǒng)，用戶設(shè)備只要接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進行測距定位，因此GPS的用戶設(shè)備容量是無限的。 6、生存能力：和所有導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)一樣，“北斗一號”基于中心控制系統(tǒng)和衛(wèi)星的工作，但是“北斗一號”對中心控制系統(tǒng)的依賴性明顯要大很多，因為定位解算在那里而不是由用戶設(shè)備完成的。為了彌補這種系統(tǒng)易損性，GPS正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主控站被毀后GPS衛(wèi)星可以獨立運行。而“北斗一號”系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。 7、實時性：“北斗一號”用戶的定位申請要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時間延遲就更長了，因此對于高速運動體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點，其具備的短信通訊功能就是GPS所不具備的。 綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設(shè)備簡單價廉、能實現(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位、通訊等多用途，可滿足當(dāng)前我國陸、海、空運輸導(dǎo)航定位的需求。缺點是不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受一定限制。但最重要的是，“北斗一號”導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的研制成功標(biāo)志著我國打破了美、俄在此領(lǐng)域的壟斷地位，解決了中國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的有無問題。它是一個成功的、實用的、投資很少的初步起步系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)并不排斥國內(nèi)民用市場對GPS的廣泛使用。相反，在此基礎(chǔ)上還將建立中國的GPS廣域差分系統(tǒng)。可以使受SA干擾的GPS民用碼接收機的定位精度由百米級修正到數(shù)米級，可以更好的促進GPS在民間的利用。當(dāng)然，我們也需要認(rèn)識到，隨著我軍高技術(shù)武器的不斷發(fā)展，對導(dǎo)航定位的信息支持要求越來越高。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)僅是我國近期滿足四化建設(shè)需要的自主簡易導(dǎo)航系統(tǒng)，因此，我們必須在發(fā)展“北斗一號”的基礎(chǔ)上，借鑒國外GPS、GLONASS的成功經(jīng)驗，開發(fā)我國二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我們有理由相信，在不久的將來，具備先進性、適用性、軍民兩用、抗干擾性、抗繼毀性等特征的，適合我國的國情的“北斗二號”將會展現(xiàn)在大家面前，更加完善的我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也必將建立。 |
