• 从中国特色到走向世界:一代的有源定位变为二代的无源定位

    时事 > | Time Weekly - 2014-06-05 02:27:23
  • [摘要] 为了更易推广,北斗卫星导航系统不再显得那么“独特”,采用主流的无源定位技术的北斗二代,与其他卫星导航系统之间的兼容与互操作,将成为发展方向。

    本报记者 陈舒扬 发自北京

    截至目前,北斗导航系统共发射了16颗卫星,根据计划,到2020年左右,中国将要发射30余颗北斗导航卫星,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

    北斗导航系统建设的“三步走”是:2000年建成了卫星导航试验系统,即“北斗一代”;2012年底,“二代”系统覆盖了亚太地区;根据规划,第三步是在2020年左右,成为覆盖全球的、性能更好的国产导航系统。

    北斗一代到北斗二代经历了从有源定位到无源定位的转变,转变后依然保留了“一代”引以为豪的通信功能,这使其能够在公共通讯网络中断、没有其他卫星通讯的情况下,为用户提供通信服务。不过在市场应用上,这一特色似乎没有显示出太大的价值。

    为了更易推广,北斗卫星导航系统不再显得那么“独特”,采用主流的无源定位技术的北斗二代,与其他卫星导航系统之间的兼容与互操作,将成为发展方向。

    “一个终端走遍天下”

    刘少创是中国科学院遥感与数字地球研究所的研究员,2012年开始参与新疆罗布泊地区野生骆驼的监测与保护。他的工作内容之一便是利用卫星跟踪定位技术,监测野骆驼的运动轨迹。

    在对濒危野生动物的研究与保护中,使用卫星跟踪系统已较为常见。通过卫星跟踪系统,科研工作者可以了解野生动物的迁移路径、生活习性,了解它们面临的威胁,从而制定针对性的保护措施。

    这也是北斗导航系统的应用领域之一,媒体曾经报道,在对藏羚羊的研究和保护中,就使用了北斗卫星导航系统。

    相对于一般的手机或车载导航,在跟踪监测应用方面,除了定位,还需要通信功能。“北斗一代本身是有通讯功能的。”刘少创曾经考虑过使用北斗一代来跟踪野骆驼。

    从通讯功能这一点来讲,北斗一代独具优势,其应用史上最被称道的事件是:汶川地震发生以后的几天内,北斗一代系统是灾区和外界联系的唯一途径。

    这是源于北斗一代系统的双向通信设计。所谓双向通信,是指用户与用户、用户与中心控制系统间可实现双向简短数字报文通信;而GPS只可进行单向通信,即接收器只能被动接受卫星发来的信号,不能主动发出信号。

    据了解,之所以有这样的差异,是因为北斗一代和GPS等其他的卫星导航系统在定位原理上的不同。北斗一代采用有源定位技术,而GPS采用的是无源定位技术。简单地说,有源定位即终端需发射信号才能定位,无源定位即终端不发信号仅靠接收信号就能定位。

    “有源定位和短报文特色服务”曾被北斗卫星导航系统的新闻发言人冉承其称为北斗系统的“最大特色”。用冉承其的话说,“其他卫星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方,而北斗卫星导航系统除了让你自己知道在什么时间、什么地方之外,还可以将你的位置信息发送出去,使你想告知的其他人获知你的情况,解决了何人、何事、何地的问题。”也就是说,“靠北斗一个终端就可以走遍天下。”

    “野生动物跟踪、气象、水文观测都需要用到通讯功能,北斗就可以在这些领域发挥数据收集的作用。”刘少创告诉时代周报记者,北斗一代在气象、水文监测上已有较广泛的应用。

    但是北斗的工作原理也为它的推广带来了问题,由于设备必须包含发射机,从而在体积、重量、价格和功耗方面,北斗处于不利地位。

    也正是因为北斗一代“个大、耗电量太大”,刘少创最终选择给野生骆驼戴的跟踪器,是由GPS定位模块加上卫星通信模块组成的。他表示,至少目前,自己还没有找到更合适的基于北斗卫星导航系统的跟踪器产品。

    无源定位的“二代”

    “北斗一代”的正式名称是“北斗卫星导航试验系统”。1994年,中国正式开始这一系统的研制,并在2000年发射了两颗静止轨道卫星,实现了区域性的导航功能。北斗一代可实现的功能包括区域连续的导航定位、简短数字报文通信和授时。

    据了解,除了上文提到的弱点之外,北斗一代的双向通信还带来了用户容量有限、定位精度不足、实时性较差等问题,有源定位技术也使得用户在定位的同时无法保持无线电静默,不利于军事应用。

    “但是与其他卫星导航系统相比,该系统的投资要少得多,而且它还具有其他系统所不具备的位置报告和通信功能。因此,可以说北斗卫星导航试验系统是一个性能价格比较高的、具有中国特色的卫星导航系统。”北斗官方网站在介绍北斗一代时如是说。

    “有源定位对接收器的功耗、性能要求相对要高。”武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任施闯对时代周报记者表示,从推广上来讲,无源定位更有优势。

    2008年,新一代卫星导航系统即北斗二代正式立项建设,这一次采用的是与GPS等系统类似的无源定位系统:接收机被动接收到是卫星广播的导航信号,由接收终端来计算位置。

    “北斗二代保留了一代的通讯功能,定位的时候采用无源,通信的时候采用有源。”施闯告诉时代周报记者,北斗二代的设计并没有放弃一代的特色。

    根据官方介绍,北斗二代提供的服务包括开放服务和授权服务。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务;授权服务是“为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息”。2011年底,北斗二代开始试运行,向中国及周边地区提供服务;2012年底,北斗系统开始向亚太大部分地区正式提供服务。

    施闯表示,北斗二代的通信服务对军用民用都开放,“取决于应用,如果需要通讯功能,民用一样可以选择,只是一般手机、车载导航都不需要通讯功能。目前最大的用户在渔业,此外还有监测、管理、跟踪等有特殊需求的领域。”

    在刘少创看来,基于GPS的跟踪系统性能相对比较成熟,不过由于国家的支持,将来北斗系统在国内,定位精度等方面很有可能会超过GPS。

    “在区域定位上,北斗二代和GPS没有差别,地面基站增强后,定位精度会更高。”施闯介绍。“北斗地基增强系统”也可称为“北斗精密定位服务系统”,是北斗系统建设的组成部分,通俗地讲,是在地面建立站点,利用地面的“网络”来增强天上“网络”的定位导航精度,这一网络正在建设之中。

    最大的差距无疑是在市场应用上。北斗官方多有表示,北斗系统一直致力于和GPS等国外导航系统的兼容并用。据了解,2010年,在国际电信联盟的协调之下,GPS与北斗系统实现兼容;而为了推广的顺利,北斗和GPS系统的组合使用将成为市场的方向。




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