• 從中國特色到走向世界:一代的有源定位變為二代的無源定位

    時事 > | Time Weekly - 2014-06-05 02:27:23
  • [摘要] 為了更易推廣,北斗衛星導航系統不再顯得那么“獨特”,采用主流的無源定位技術的北斗二代,與其他衛星導航系統之間的兼容與互操作,將成為發展方向。

    本報記者 陳舒揚 發自北京

    截至目前,北斗導航系統共發射了16顆衛星,根據計劃,到2020年左右,中國將要發射30余顆北斗導航衛星,建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。

    北斗導航系統建設的“三步走”是:2000年建成了衛星導航試驗系統,即“北斗一代”;2012年底,“二代”系統覆蓋了亞太地區;根據規劃,第三步是在2020年左右,成為覆蓋全球的、性能更好的國產導航系統。

    北斗一代到北斗二代經歷了從有源定位到無源定位的轉變,轉變后依然保留了“一代”引以為豪的通信功能,這使其能夠在公共通訊網絡中斷、沒有其他衛星通訊的情況下,為用戶提供通信服務。不過在市場應用上,這一特色似乎沒有顯示出太大的價值。

    為了更易推廣,北斗衛星導航系統不再顯得那么“獨特”,采用主流的無源定位技術的北斗二代,與其他衛星導航系統之間的兼容與互操作,將成為發展方向。

    “一個終端走遍天下”

    劉少創是中國科學院遙感與數字地球研究所的研究員,2012年開始參與新疆羅布泊地區野生駱駝的監測與保護。他的工作內容之一便是利用衛星跟蹤定位技術,監測野駱駝的運動軌跡。

    在對瀕危野生動物的研究與保護中,使用衛星跟蹤系統已較為常見。通過衛星跟蹤系統,科研工作者可以了解野生動物的遷移路徑、生活習性,了解它們面臨的威脅,從而制定針對性的保護措施。

    這也是北斗導航系統的應用領域之一,媒體曾經報道,在對藏羚羊的研究和保護中,就使用了北斗衛星導航系統。

    相對于一般的手機或車載導航,在跟蹤監測應用方面,除了定位,還需要通信功能。“北斗一代本身是有通訊功能的。”劉少創曾經考慮過使用北斗一代來跟蹤野駱駝。

    從通訊功能這一點來講,北斗一代獨具優勢,其應用史上最被稱道的事件是:汶川地震發生以后的幾天內,北斗一代系統是災區和外界聯系的唯一途徑。

    這是源于北斗一代系統的雙向通信設計。所謂雙向通信,是指用戶與用戶、用戶與中心控制系統間可實現雙向簡短數字報文通信;而GPS只可進行單向通信,即接收器只能被動接受衛星發來的信號,不能主動發出信號。

    據了解,之所以有這樣的差異,是因為北斗一代和GPS等其他的衛星導航系統在定位原理上的不同。北斗一代采用有源定位技術,而GPS采用的是無源定位技術。簡單地說,有源定位即終端需發射信號才能定位,無源定位即終端不發信號僅靠接收信號就能定位。

    “有源定位和短報文特色服務”曾被北斗衛星導航系統的新聞發言人冉承其稱為北斗系統的“最大特色”。用冉承其的話說,“其他衛星導航系統只是告訴你什么時間、在什么地方,而北斗衛星導航系統除了讓你自己知道在什么時間、什么地方之外,還可以將你的位置信息發送出去,使你想告知的其他人獲知你的情況,解決了何人、何事、何地的問題。”也就是說,“靠北斗一個終端就可以走遍天下。”

    “野生動物跟蹤、氣象、水文觀測都需要用到通訊功能,北斗就可以在這些領域發揮數據收集的作用。”劉少創告訴時代周報記者,北斗一代在氣象、水文監測上已有較廣泛的應用。

    但是北斗的工作原理也為它的推廣帶來了問題,由于設備必須包含發射機,從而在體積、重量、價格和功耗方面,北斗處于不利地位。

    也正是因為北斗一代“個大、耗電量太大”,劉少創最終選擇給野生駱駝戴的跟蹤器,是由GPS定位模塊加上衛星通信模塊組成的。他表示,至少目前,自己還沒有找到更合適的基于北斗衛星導航系統的跟蹤器產品。

    無源定位的“二代”

    “北斗一代”的正式名稱是“北斗衛星導航試驗系統”。1994年,中國正式開始這一系統的研制,并在2000年發射了兩顆靜止軌道衛星,實現了區域性的導航功能。北斗一代可實現的功能包括區域連續的導航定位、簡短數字報文通信和授時。

    據了解,除了上文提到的弱點之外,北斗一代的雙向通信還帶來了用戶容量有限、定位精度不足、實時性較差等問題,有源定位技術也使得用戶在定位的同時無法保持無線電靜默,不利于軍事應用。

    “但是與其他衛星導航系統相比,該系統的投資要少得多,而且它還具有其他系統所不具備的位置報告和通信功能。因此,可以說北斗衛星導航試驗系統是一個性能價格比較高的、具有中國特色的衛星導航系統。”北斗官方網站在介紹北斗一代時如是說。

    “有源定位對接收器的功耗、性能要求相對要高。”武漢大學衛星導航定位技術研究中心主任施闖對時代周報記者表示,從推廣上來講,無源定位更有優勢。

    2008年,新一代衛星導航系統即北斗二代正式立項建設,這一次采用的是與GPS等系統類似的無源定位系統:接收機被動接收到是衛星廣播的導航信號,由接收終端來計算位置。

    “北斗二代保留了一代的通訊功能,定位的時候采用無源,通信的時候采用有源。”施闖告訴時代周報記者,北斗二代的設計并沒有放棄一代的特色。

    根據官方介紹,北斗二代提供的服務包括開放服務和授權服務。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務;授權服務是“為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息”。2011年底,北斗二代開始試運行,向中國及周邊地區提供服務;2012年底,北斗系統開始向亞太大部分地區正式提供服務。

    施闖表示,北斗二代的通信服務對軍用民用都開放,“取決于應用,如果需要通訊功能,民用一樣可以選擇,只是一般手機、車載導航都不需要通訊功能。目前最大的用戶在漁業,此外還有監測、管理、跟蹤等有特殊需求的領域。”

    在劉少創看來,基于GPS的跟蹤系統性能相對比較成熟,不過由于國家的支持,將來北斗系統在國內,定位精度等方面很有可能會超過GPS。

    “在區域定位上,北斗二代和GPS沒有差別,地面基站增強后,定位精度會更高。”施闖介紹。“北斗地基增強系統”也可稱為“北斗精密定位服務系統”,是北斗系統建設的組成部分,通俗地講,是在地面建立站點,利用地面的“網絡”來增強天上“網絡”的定位導航精度,這一網絡正在建設之中。

    最大的差距無疑是在市場應用上。北斗官方多有表示,北斗系統一直致力于和GPS等國外導航系統的兼容并用。據了解,2010年,在國際電信聯盟的協調之下,GPS與北斗系統實現兼容;而為了推廣的順利,北斗和GPS系統的組合使用將成為市場的方向。




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