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北斗二代导航系统已具备提高军事用途生存能力
发布时间:2020/5/10 15:48:04     点击: ( 16 )
 1、引言

北斗卫星导航系统(简称:BDS是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用[6]BDS建设总体的规划中,2020年建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。其系统由空间段、地面段和用户段3个部分组成。目前北斗二号在轨卫星包括5颗地球同步轨道卫星(geostationary Earth orbit, GEO)5个倾斜地球同步轨道(inclined geo synchronous orbits, IGSO)4MEO卫星, 而北斗三号空间卫星结构设计由3GEO3 IGSO24MEO以及在轨备份卫星组成。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。2019129日,联合国全球卫星导航系统国际委员会(ICG)第十四届大会举办期间,中方在会上宣布,今年底北斗三号将完成所有中圆地球轨道卫星发射任务,北斗全球系统核心星座部署完成,明年北斗全球系统将全面建成。

201912161522分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭(及配套远征一号上面级),以一箭双星方式成功发射第五十二、五十三颗北斗导航卫星。至此,所有中圆地球轨道卫星全部发射完毕,标志着北斗三号全球系统核心星座部署完成,将进一步提升系统服务性能和用户体验,为实现全球组网奠定坚实基础。

2020391955分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十四颗导航卫星。卫星顺利进入预定轨道,后续将进行变轨、在轨测试、试验评估,适时入网提供服务。DBSGPS系统相比,中国北斗二代有许多自己的特点,尤其是定位精度优于美国GPS,但在今后的建设上还需进一步提高军事用途生存能力。

卫星导航系统是一种以卫星为导航台的无线电导航系统,除了能够提供众人熟知的米级的高精度位置信息外,还能够为用户提供优于0.1米/秒的高精度速度信息和优于50纳秒的高精度时间信息。普通用户只需要一次性付出几百元人民币购买一台卫星导航终端,就可以在任意时间、任意可接收卫星信号的地点免费获得自身的位置、速度和时间等信息。

由于众多突出优点,卫星导航已成为实现高精度、全天时、全天候、陆海空天一体、导航定位授时的最佳手段,广泛应用于经济社会和国防安全的各个领域。

在经济领域,卫星导航为通信、电力、金融等国家经济基础行业提供低成本、高精度的时间同步,为交通运输、商业物流、建筑工程、渔业生产、矿藏开发、资源普查、灾害监测、公共安全、生命救助、个人移动电话定位、竞技体育等各行各业提供高精度定位、测速服务。卫星导航已成为继移动通信和互联网之后信息产业第三个重要的经济增长点。

在国防领域,卫星导航已成为建设信息化军队、打赢信息化战争的重要基础和保证,在联合作战指挥、战场态势感知、军事载体及人员引导与定位、精确打击、情报侦察、战场目标属性识别等方面发挥着重要作用。卫星导航已成为军事战斗力的有机组成部分和作战效能倍增器。

2、今后20年卫星导航发展的趋势

在目前GPS系统取得了广泛而成功应用的基础上,美国于1999年提出了GPS现代化计划,对GPS进行全面改进。其改进的动力来源于导航战能力严重不足、应用需求不断提高和多个卫星导航系统之间的竞争加剧。其中提升导航战能力是最主要和最根本的出发点。此后,意在全面恢复和提升GLONASSGLONASS优先发展计划、建设中的Galileo等,均提出了与GPS现代化计划相似的发展目标。上述改进或建设中的卫星导航系统代表了今后20年卫星导航发展的趋势,它们的主要技术特点包括:

首先,系统性能进一步提升。提升的主要目标包括提高定位授时精度、提升弱信号接收能力、增强完好性等。

其次,导航战能力大幅度增强。1997年,美军针对GPS在使用过程中会受敌方干扰的情况,最早提出了导航战概念,即“在复杂电子环境中,使己方部队有效地利用卫星导航系统,同时阻止对方使用该系统”。美军的这一理论是在单一的GPS导航系统背景下提出的,在多系统并存的背景下,导航战的概念和理论体系也在不断深化。

最后,在国家PNT体系结构的框架下发展卫星导航系统。为解决目前导航手段众多但缺乏一体化定位导航授时(PNT)体系结构指导的问题,美国国防部和运输部于2006年联合发起了一项国家PNT体系结构研究。该项研究的目的是制定一个全面的国家层面的PNT体系结构,到2025年前后为美国提供更加有效和高效的PNT能力,并为现存的各种导航系统和服务探索一条渐进的发展道路。

这一研究体现出,美国已开始从高于卫星导航系统的角度综合考虑所有可能的PNT手段,并从整体优化的角度规划美国的国家PNT体系结构。这是卫星导航发展到一定阶段的必然要求,将对卫星导航系统的发展产生积极的作用。

3、北斗二号系统拥有自己的亮点

卫星导航系统作为国家安全与经济社会的核心基础设施,决不能依赖国外系统。我国卫星导航系统的建设分了三步走。第一步,北斗一号系统,已于2003年建成并投入运营;第二步,北斗二号区域系统,于2004年启动,预计2012年建成;第三步,覆盖全球、高精度的北斗二号全球系统,预计2020年建成。

已建成的北斗一号系统由两颗地球静止卫星、地面控制系统和用户终端等三部分组成,又称为“双星定位系统”。其用户终端定位时需要发射定位申请信号,由位于北京的地面中心站解算出用户位置,再通过卫星传送给用户。除了定位功能外,北斗一号还具有独特的卫星短消息通信功能,两个北斗用户哪怕相距遥远高山阻隔,只要都能看见北斗卫星,就能够在1秒内实现短消息通信。

北斗一号系统的建立,打破了美国和俄罗斯在这一领域的垄断地位,使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

北斗一号系统已连续稳定运行6年多,在部队边防巡逻、作战指挥、训练演习、后勤保障、抢险救灾等军事活动中发挥了重要作用,如在2008年汶川抗震救灾中,北斗一号导航系统就发挥了独特的优势。此外,北斗一号系统在渔政渔业、水文监测、森林防火等方面也得到了成功应用。

受工作原理限制,北斗一号工作区域局限于我国及周边地区,只能为中低动态用户提供定位服务,不具备测速功能,不能满足精确制导的需要。尚不能满足我国国防建设和国民经济建设长期发展的需求。

北斗二号系统包括区域和全球两个发展阶段,全球系统相对区域系统除了覆盖范围扩大外,其定位精度、导航战能力均有显著提升。它们的定位原理和GPSGLONASSGalileo完全相同,用户终端无须发射信号,仅需要同时接收四颗以上的卫星信号,即可解算出自身的位置。与此同时,北斗二号还保留并加强了北斗一号的短报文通信功能,这也是北斗二号不同于GPSGLONASSGalileo的一大特色。北斗二号建成之后将与GPSGLONASSGalileo系统并列成为四大全球卫星导航系统。

在应用方面,由于定位原理相同,精度相当,GPS目前所涉及的军民各种应用领域,北斗二号同样可以胜任。此外,强化后的短消息通信功能将成为北斗二号相对其他系统的一大亮点。

4、北斗系统发展面临的挑战

我国卫星导航系统的建设起步与美俄相比晚了约20年。经过十多年的努力,我国在技术上取得了长足的进步,系统建设和应用也取得了一系列成果,具备了全球系统建设的能力,但我们更应清醒地认识到我们所存在的不足和面临着的挑战:

第一,需大力强化北斗二号的导航战能力。北斗二号加速组网,将全面解决我国在卫星导航定位领域的有无问题。但军事导航系统的建设决不能满足于仅仅解决有无,还必须具备强对抗环境下的生存能力。要在未来导航对抗条件下立于不败之地,必须进一步加快导航战理论方法研究与工程实践的步伐。

第二,要高度重视国家基础产业的导航定位授时安全问题。我国的卫星导航应用近年来发展迅速,但是绝大多数应用都是建立在美国的GPS基础之上。通信、电力、金融、交通等经济基础性行业广泛依赖GPS进行授时,多个城市曾出现过GPS信号中断后移动通信网络瘫痪的严重事件。即使将来改用北斗系统进行授时,也只是摆脱了对GPS的依赖性,并没有从根本上解决易受电磁干扰这一卫星导航系统固有的脆弱性问题。因此,经济基础领域同样需要采用抗干扰设备或系统冗余备份等策略来提高其运行的安全稳定性。

第三,应加强自主创新,占领导航产业链上游。目前,GPS已占领中国卫星导航民用市场99%的份额,伽利略系统也瞄准了中国巨大的市场,北斗系统的应用面临着在夹缝中求生存的状况。北斗二号民用信号是公开信号,北斗二号导航终端的技术与GPS终端技术相似度很高,如果不能在导航终端和导航应用上掌握核心技术,我们仍然将处于导航终端产业链的下游。

综上所述,北斗二号卫星导航系统的加速组网,仍然还是我国卫星导航事业的起步。推动我国北斗卫星导航事业的快速发展,为我国国防安全与经济社会发展发挥重要作用,任重而道远。

                                                                                                    上办办公室 孙荣庆撰稿

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