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北斗衛星導航系統發展前景廣闊

作者:  瀏覽量:3173  發布時間:2017-04-13

       北斗系統總設計師孫家棟院士指出,北斗衛星導航或將成為我國繼高鐵、核電之后的第三張國家名片,并將為我國“一帶一路”建設提供新的科技支撐。那么,領跑世界的北斗衛星導航科技為何而生,有哪些看點,應用和發展前景如何呢?
自主創新 開放兼容
發展現狀
       北斗衛星導航系統是我國自主發展,獨立運行的全球衛星導航系統,可為用戶提供高精度、全天時、全天候的導航、定位、授時和通信服務,是國家信息化基礎建設的重要組成部分,是國家安全和現代國防的重大技術支撐系統,也是國家經濟安全的重要保障。
       北斗衛星導航系統是目前世界上四大全球衛星導航系統之一,這四大系統包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略和中國的北斗。GPS自1973年開始到1995年建成,共有24顆工作衛星和4顆備用衛星;GLONASS系統自上世紀80年代開始建設,到1995年完成,由24顆衛星組成,但由于俄羅斯過去幾年經費的不足,目前天上正常運行的衛星只有18顆;伽利略系統于1999年開始醞釀,原計劃到2008年建成,由30顆衛星組成,但到2016年底總共發射了18顆衛星,預計2020年完成。
       北斗衛星導航系統已經進入第二代第二階段的建設,第一代是1994年到2000年的雙星系統,只能提供中國本土的粗略定位;第二代分兩個階段,第一階段從2004年開始到2012年建成,是由16顆衛星組成的可以覆蓋亞太地區的區域性衛星導航系統,第二階段是覆蓋全球的衛星導航定位系統。目前,第二代北斗衛星導航系統已經累計發射23顆衛星(含第一階段的16顆),計劃到2020年完成35顆衛星的全球覆蓋。由于一箭多星技術的成熟,這一計劃有可能提前完成,其中2017年就有可能發射6到8顆衛星。
       此外,北斗系統與有關國家合作拓展衛星導航頻率資源,2000年以來,先后與20余個國家、地區和國際組織,300余個衛星網絡進行了有效協調。在系統建設、應用等各領域與其他衛星導航系統開展全方位合作與交流,加強兼容與互操作,實現資源共享、優勢互補、技術進步。
星參北斗 位聯世界
優勢及其面臨的競爭
       中國的北斗衛星導航系統與其他幾個系統相比,具有以下特色和優勢。第一,具有短報文通信功能,這使得用戶在沙漠、海洋、森林等正常通訊無法覆蓋的區域可以實現位置信息的回傳,從而達到報警和救援的目的。第二,新一代衛星在技術和管理上具有諸多創新,星載原子鐘采用氫原子鐘使得精度可以提高幾倍,由目前的10米提升至2.5米;除此外,衛星新增自主運行管理能力,既可不依賴地面控制系統,而靠空間運行衛星的星間鏈路構成管理新體系,這可以減少對地面測控站的依賴,有效降低系統運行管理成本和地面測控站發生災難時對衛星的影響。第三,覆蓋全國的地基增強系統(CORS站)可以提供米級定位,可隨時隨地為實現高精度毫米級定位提供技術保障。第四,北斗是全球首個面向大眾提供免費三頻導航的系統,使得高精度的實現更加靈活方便,而GPS和伽利略部分頻點需要商用授權。
       當然,北斗系統也面臨來自美國GPS和歐洲伽利略的競爭。這個競爭主要包括兩個方面,第一是和美國GPS的競爭,美國的GPS目前也正在升級換代,預計到2020年實現GPS3,也就是第三代的布局。GPS3與以前的GPS相比,具有很大的優勢,精度大大提高,甚至可以實現室內定位,而中國的北斗要在2020年實現室內定位還有差距;GPS3衛星徹底實現了軍碼和民碼的分離,為屏蔽民碼打開方便之門,這意味著戰時那些利用GPS民碼制導的武器將可能被直接掐斷定位信號。第二是和歐洲伽利略系統的競爭,這個競爭主要是系統建成并提供全球導航定位服務能力的先后之爭,誰先布置完畢,誰先獲取應用市場和經濟利益。
天上好用 地上用好
應用及前景
在大眾化領域的應用及前景
       近年來,隨著北斗芯片及終端的小型化、低功耗、低成本等技術的發展和車聯網、物聯網等產業快速興起,北斗導航產品正全面走向大眾化應用。在大眾消費類領域,諸如智能手機、平板電腦、掌上終端、可穿戴設備、車載導航和監控等方面的應用越來越廣泛。
       北斗在車載領域的應用首先是由國家推動的“兩客一?!保◤氖侣糜蔚陌?、三類以上班線客車和運輸危險化學品、煙花爆竹、民用爆炸物品的道路專用車輛)?!皟煽鸵晃!避囕v作為特殊專用車輛,其運營安全事關經濟發展和社會穩定,加強這些車輛安全運營監管是重中之重。在過去的4年中,全國各地都在強制推廣“兩客一?!避囕v安裝兼容GPS和北斗的監控設備,至2016年底,全國已經有1000多萬輛“兩客一?!避囕v被裝上北斗監控設備,有效確保了這一領域的道路運輸安全。
       在汽車導航方面,2016年國內汽車導航后裝市場終端銷量超過1000萬臺,汽車導航前裝市場終端銷量接近400萬臺。2016年底,中國汽車保有量已達2.9億輛,且保持年均約15%增速,預計2020年中國汽車保有量將突破5億輛。北斗在汽車電子市場領域前景非常廣闊,市場規??蛇_幾千億級。
       定位導航已成為智能手機、個人穿戴設備的必備功能。據統計,2015年國內具有衛星導航定位功能的智能手機銷售量已達4.4億臺,現在大概80%的手機有定位功能,其中30%左右開通了北斗導航。由此催生的各種基于北斗位置的應用服務,將更加強化北斗在未來智能手機發展中的重要地位。
在國家安全治理方面的應用及前景。
       北斗導航系統安全、可靠、穩定,適合軍隊、公安、消防等關鍵部門開展規?;纳疃葢?。北斗應用在公安系統中,可實現警用車輛和人員信息的綜合采集和管理,可以監管到每一輛車和每一個人的實時位置和軌跡,在調度和監控方面大大提高透明度和效率,從而大大提高公安機關的快速響應能力,以及精確指揮、多警種協同作戰、應急處突和規范執法的服務能力。
       北斗應用在對社區矯正、監獄、嫌疑人或其他有問題的人員監管時,可有效解決這些人員定位難,脫管、漏管、監管成本大等問題,極大地提高司法行政工作的管理和服務水平。目前,陜西、四川、安徽、河南、河北、江蘇、云南等多個省份的北斗公安車輛監控或司法社區矯正項目已紛紛落地實施,全國其他省份也在大力普及和推廣當中。
在智慧城市建設方面的應用
       近年來,國家在大力推動智慧城市的建設,而北斗定位是智慧城市建設的基本元素之一。采用北斗技術可以實現智能交通,它可以應用于城市各種車輛的監管、緊急救護、網絡約車、小孩老人的看護、食品安全運輸監管、餐廚剩余物尤其是地溝油的監管、重要物品或危險品的運輸監管、智慧物流配送、智慧停車導引等各個領域。
       在智能交通方面,它可以用于治理交通擁堵。在城市擁堵路段、如果劃出擁堵收費的車道或者收費區域,同時提供非擁堵不收費路段的信息,可以適時引導車輛在非擁堵路段行駛,從而緩解局部交通狀況。而這一措施的實現,需要依靠高精度的北斗定位和導航技術。近年來興起的“共享單車”也是智能交通領域的一大盛事,它是共享經濟的一個典型,該項目的實施和普及也離不開定位和其他網絡技術。
       在物流配送方面,目前從城市周邊的集散地到城市每一家每一戶的配送大都采用的是不能保障安全的三輪車或其他低端車輛,如果統一升級到電動汽車,以及采用北斗技術將城市內運行的物流空車信息與物流配送要求相結合,不但能實現物流配送的全面升級,還能為改善城市市容以及環保作出貢獻。
在“一帶一路”建設中的作用
       目前,在“一帶一路”沿線國家GPS系統雖然占據大片市場,但北斗技術在特定領域已顯示出更優越的性能。比如在低緯度地區北斗的定位效果比GPS優越已獲得業內公認,而低緯度地區覆蓋的東南亞、南亞正好是“一帶一路”沿線國家。導航產業在這些國家和地區擁有龐大的潛在應用市場,而這些國家和地區多數并沒有能力自行組織大規模、高水平的應用,現有的應用規模較小。隨著“一帶一路”建設的持續推進,將有更多的產業需要用到“北斗系統及其位置信息服務”。
       同時,北斗系統將于2018年形成“一帶一路”沿線國家全球初始服務的基本能力,到2020年形成全球的服務能力。對國內北斗相關企業來講,圍繞“一帶一路”戰略,積極推進北斗產業海外布局,順應多系統兼容的產品發展趨勢,積極與GPS、GLONASS、伽利略等其他衛星導航系統的標準與技術進行對接,開發多系統兼容的產品,這些對北斗產業發展具有重大意義。
       未來在國家“一帶一路”等戰略發展帶動下,在國防建設、安全應急、智慧城市、區域產業經濟轉型升級等許多方面,北斗產品和服務正越來越多地邁向國際,產業發展迎來千載難逢的機遇。
智能定位 高效互通
在軍事方面的應用
       北斗衛星導航系統是精確武器制導和海陸空等全軍聯合作戰的關鍵技術保障,它確保了國家重要戰略平臺可靠的任務執行能力。在導彈制導方面,北斗導航系統可以作用于機動式彈道導彈、遠程巡航導彈、航母編隊、遠程戰略轟炸機及彈道導彈核潛艇等全程或某些特殊時刻的精確定位或位置校準。對于固定目標的打擊,采用全球衛星導航系統可以大大提高精度,用戶只要輸入目標的坐標,導彈可以自動尋找和精準地打擊目標,精度達到幾米,甚至更高。同樣,對于飛機上的航空炸彈,如果沒有采用衛星導航系統或激光制導等方式,其命中率是極低的,炸中一個目標可能要投幾十枚,甚至上百枚炸彈。而采用導航衛星制導或激光制導后,就可以實現智能化,基本可以做到百發百中。地面上的炮彈和火箭彈也如此,采用衛星導航系統,可以實現炮彈或火箭彈的智能化,大大提高命中率。
       對于海軍方面應用,北斗系統不但為所有艦艇、船只提供可靠的導航,它獨有的雙向短報文通信功能也為艦艇編隊之間,以及艦艇船只與陸地之間的通信聯絡提供了全新的方式。以前觀通部門只能通過發報或者通過特殊衛星渠道傳輸信息,其流程復雜、信息更新速度慢;而北斗系統保密性好,發報速度快,可以滿足一般性報文通信需要,使其通信時間大大縮短。北斗系統為海軍水面艦艇部隊提升戰斗力提供了有力的信息支撐。
       在陸??章摵献鲬鸱矫?,由于北斗系統能夠為所有陸軍的車輛、坦克、裝甲,海軍的船只、艦艇、航母,空軍的戰斗機、無人機,以及所有的海陸空參戰人員等提供導航和定位,通過數據鏈系統,可以將它們全部連于一體,實現現代化的、遠程指揮的海陸空全譜系聯合作戰。同時,通過將參戰人員的生命體征與位置信息,以及無人機搜救相結合,可以實現高效率的戰場救援。
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