北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是我國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。與美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略一起,成為國際GNSS四大衛星導航系統。
我國的北斗系統按照“三步走”的發展戰略,第一步,2000年建成了北斗衛星導航試驗系統,使中國成為世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。第二步,區域性衛星導航系統建設,形成覆蓋亞太大部分地區的服務能力。2012年12月27日,北斗衛星導航系統開始向亞太大部分地區正式提供連續無源定位、導航、授時等服務。第三步,全球衛星導航系統建設,計劃2020年左右,北斗衛星導航系統形成全球覆蓋能力。
按照規劃,“北斗”衛星導航定位系統將有5顆靜止軌道衛星(GEO)和30顆非靜止軌道衛星組成,30顆非靜止軌道衛星又細分為27顆中軌道衛星(MEO)和3顆傾斜軌道同步衛星(IGSO)組成,共有三種運行軌道。截至目前,我國已成功發射22顆北斗導航衛星。
北斗衛星導航系統優勢
在全球衛星導航定位系統中,美國的GPS技術成熟,且免費對民用領域開放,因而得到了廣泛應用。在這樣的背景下,北斗系統的建設有哪些意義?與GPS系統相比,北斗衛星導航系統有哪些特點及優勢?
安全性無疑是最主要的因素。衛星導航廣泛應用于軍事、國防領域以及交通、農林、漁業、等重要民用領域,自主可控應該是衛星導航系統的首要條件。
從技術上角度來說,北斗系統相較GPS有兩個方面的主要優勢:
(1)三頻信號。北斗使用的是三頻信號,而GPS使用的則是雙頻信號,這是兩者的不同,也是北斗的重要優點之一。三頻信號的作用是,可以更好的消除高階電離層延遲影響,從而提高定位可靠性,增強數據預處理能力,提高模糊度的固定效率。
(2)有源定位。有源定位就是接收機自己需要發射信息與衛星通信,無源定位不需要。北斗二代使用的是無源定位,當能觀測到的衛星質量很差時,且數量較少時(至少要4顆衛星),仍然可以實現定位。北斗衛星導航的短報文通信服務,最重要的就是雙向通信服務了,在重大緊急事件中重用非常之大。這是北斗所獨有的功能,是北斗導航定位系統的著名且重要的優點。
北斗衛星導航芯片發展
近年來,隨著國家對北斗導航的大力扶持,北斗衛星導航系統在民用領域得到了快速的發展。在地理勘測、海事、農業、交通等諸多領域得到了越來越多的應用。但是,在消費領域,北斗系統的應用任然與GPS有較大差距。究其原因,核心芯片及模組在價格上相較GPS系統的劣勢是主要原因。近年來,越來越多的國內企業開始瞄準北斗芯片和板卡市場,在國家政策和專項的扶持下,企業的研發技術水平有了極大地提升,國產化程度日益提高。2015年5月,和芯星通發布全球首款全系統多核高精度GNSS導航定位芯片Nebulas II (UC4C0)。2015年8月,夢芯科技自主研發的北斗40 nm SoC定位芯片實現量產,它可同時支持美國GPS、中國北斗和俄羅斯GLONASS等衛星定位系統。2015年11月,中海達成功研制北斗高精度衛星導航板卡,可在高精度北斗衛星導航領域實現關鍵核心部件的進口替代,可支持中國自主建設的北斗系統獨立定位和國際主流衛星導航系統GPS/GLONASS/北斗多系統聯合定位。
多系統兼容芯片具有抗干擾、高輸出率等特性,可以實現高精度GNSS測量儀器小型化,尤其適合對于對體積、功耗、性能和成本有著較高要求的無人機、GIS信息采集、車道級導航、農機自動駕駛等應用領域的多模多頻高精度定位定向專業應用。2013至2015年,北斗兼容機芯片的銷量分別達到135萬套、527萬套和1326萬套,實現了數量級的增長。目前,與美國GPS或俄羅斯GLONASS兼容的北斗兼容機在汽車前裝、智能手機、高精度應用、泛在位置服務和國際市場五方面實現了根本性突破。具有北斗定位功能的終端銷量跨越了百萬臺、千萬臺和億臺三大臺階[1]。
北斗國際化進程
2015年3月,中國首顆新一代北斗導航衛星在西昌衛星發射中心發射升空,順利進入預定軌道,標志著北斗導航系統由亞太區域運行向全球拓展。北斗全球系統工程建設積極推進。預計在2020年前后將實現5顆地球靜止軌道和30顆地球非靜止軌道衛星全球組網,實現全球區域覆蓋。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。
隨著全球導航系統布局的逐步發展,北斗衛星導航系統應用的國際化進程也在不斷提速。目前北斗主要通過三大途徑參與國際合作。一是在雙邊層面持續與各衛星導航系統開展兼容與互操作協調,共同為用戶提供更加優質的服務。二是在多邊層面積極推動北斗導航系統進入國際海事、國際民航、移動通信等國際組織?!洞d北斗接收機設備性能標準》2014年已通過國際海事組織批準,北斗系統正式成為國際海事組織認可的第三個全球衛星導航系統?!∪欠e極推動北斗系統服務國際社會。中國已與韓國、澳大利亞、印尼、巴基斯坦、新加坡、阿聯酋、尼日利亞等開展合作,幫助東南亞、南亞地區一些國家進行衛星導航應用的方案設計,在當地推廣普及北斗應用、建設地基增強系統。
目前,北斗系統已在東盟各國逐步打開局面,泰國、馬來西亞、印度尼西亞等國都將逐步引入該系統。其中,泰國在2015年3月與光谷北斗簽署《“中國-東盟北斗科技城”戰略合作框架協議》,將建設面向東盟、以泰國為主的北斗應用和服務產業支撐平臺,推進北斗在東盟地區通信、交通、農業、旅游、航運、金融、電力、急救、公共安全、物流、物聯網等關鍵領域和重點行業的應用。
未來五年,北斗衛星導航與位置服務產業將實現跨越式發展,市場國際化和服務全球化將得以實現,應用深度和廣度都將有大幅度提升,市場潛力將得到極大的釋放,產業競爭能力將有質的提升。產業鏈結構將逐步趨于穩定成熟。
參考文獻:
[1] 田軼. 2015年中國北斗產業回顧與展望[DB/OL].[2016-05-06] http://www.ccidnet.com/2016/0225/10100793.shtml