北斗導(dǎo)航：一代的有源定位變?yōu)槎臒o源定位
2014-06-06 15:42:26 來源:
中金在線 
目前，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)共發(fā)射了16顆衛(wèi)星，根據(jù)計劃，到2020年左右，中國將要發(fā)射30余顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的“三步走”是：2000年建成了衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，即“北斗一代”;2012年底，“二代”系統(tǒng)覆蓋了亞太地區(qū);根據(jù)規(guī)劃，第三步是在2020年左右，成為覆蓋全球的、性能更好的國產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)。
北斗一代到北斗二代經(jīng)歷了從有源定位到無源定位的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)中斷、沒有其他衛(wèi)星通訊的情況下，為用戶提供通信服務(wù)。不過在市場應(yīng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不再顯得那么“獨(dú)特”，采用主流的無源定位技術(shù)的北斗二代，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間的兼容與互操作，將成為發(fā)展方向。
“一個終端走遍天下”
劉少創(chuàng)是中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所的研究員，2012年開始參與新疆羅布泊地區(qū)野生駱駝的監(jiān)測與保護(hù)。他的工作內(nèi)容之一便是利用衛(wèi)星跟蹤定位技術(shù)，監(jiān)測野駱駝的運(yùn)動軌跡。
在對瀕危野生動物的研究與保護(hù)中，使用衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)已較為常見。通過衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)，科研工作者可以了解野生動物的遷移路徑、生活習(xí)性，了解它們面臨的威脅，從而制定針對性的保護(hù)措施。
這也是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域之一，媒體曾經(jīng)報道，在對藏羚羊的研究和保護(hù)中，就使用了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
相對于一般的手機(jī)或車載導(dǎo)航，在跟蹤監(jiān)測應(yīng)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(chuàng)曾經(jīng)考慮過使用北斗一代來跟蹤野駱駝。
從通訊功能這一點(diǎn)來講，北斗一代獨(dú)具優(yōu)勢，其應(yīng)用史上最被稱道的事件是：汶川地震發(fā)生以后的幾天內(nèi)，北斗一代系統(tǒng)是災(zāi)區(qū)和外界聯(lián)系的唯一途徑。
這是源于北斗一代系統(tǒng)的雙向通信設(shè)計。所謂雙向通信，是指用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)雙向簡短數(shù)字報文通信;而GPS只可進(jìn)行單向通信，即接收器只能被動接受衛(wèi)星發(fā)來的信號，不能主動發(fā)出信號。
據(jù)了解，之所以有這樣的差異，是因?yàn)楸倍芬淮虶PS等其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在定位原理上的不同。北斗一代采用有源定位技術(shù)，而GPS采用的是無源定位技術(shù)。簡單地說，有源定位即終端需發(fā)射信號才能定位，無源定位即終端不發(fā)信號僅靠接收信號就能定位。
“有源定位和短報文特色服務(wù)”曾被北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新聞發(fā)言人冉承其稱為北斗系統(tǒng)的“最大特色”。用冉承其的話說，“其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只是告訴你什么時間、在什么地方，而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(fā)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(lǐng)域發(fā)揮數(shù)據(jù)收集的作用。”劉少創(chuàng)告訴時代周報記者，北斗一代在氣象、水文監(jiān)測上已有較廣泛的應(yīng)用。
但是北斗的工作原理也為它的推廣帶來了問題，由于設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，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?yàn)楸倍芬淮?ldquo;個大、耗電量太大”，劉少創(chuàng)最終選擇給野生駱駝戴的跟蹤器，是由GPS定位模塊加上衛(wèi)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的跟蹤器產(chǎn)品。
無源定位的“二代”
“北斗一代”的正式名稱是“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)”。1994年，中國正式開始這一系統(tǒng)的研制，并在2000年發(fā)射了兩顆靜止軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域性的導(dǎo)航功能。北斗一代可實(shí)現(xiàn)的功能包括區(qū)域連續(xù)的導(dǎo)航定位、簡短數(shù)字報文通信和授時。
據(jù)了解，除了上文提到的弱點(diǎn)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(shí)時性較差等問題，有源定位技術(shù)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(yīng)用。
“但是與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的投資要少得多，而且它還具有其他系統(tǒng)所不具備的位置報告和通信功能。因此，可以說北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)是一個性能價格比較高的、具有中國特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。”北斗官方網(wǎng)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(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)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(yōu)勢。
2008年，新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即北斗二代正式立項(xiàng)建設(shè)，這一次采用的是與GPS等系統(tǒng)類似的無源定位系統(tǒng)：接收機(jī)被動接收到是衛(wèi)星廣播的導(dǎo)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(shè)計并沒有放棄一代的特色。
根據(jù)官方介紹，北斗二代提供的服務(wù)包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測速和授時服務(wù);授權(quán)服務(wù)是“為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息”。2011年底，北斗二代開始試運(yùn)行，向中國及周邊地區(qū)提供服務(wù);2012年底，北斗系統(tǒng)開始向亞太大部分地區(qū)正式提供服務(wù)。
施闖表示，北斗二代的通信服務(wù)對軍用民用都開放，“取決于應(yīng)用，如果需要通訊功能，民用一樣可以選擇，只是一般手機(jī)、車載導(dǎo)航都不需要通訊功能。目前最大的用戶在漁業(yè)，此外還有監(jiān)測、管理、跟蹤等有特殊需求的領(lǐng)域。”
在劉少創(chuàng)看來，基于GPS的跟蹤系統(tǒng)性能相對比較成熟，不過由于國家的支持，將來北斗系統(tǒng)在國內(nèi)，定位精度等方面很有可能會超過GPS。
“在區(qū)域定位上，北斗二代和GPS沒有差別，地面基站增強(qiáng)后，定位精度會更高。”施闖介紹。“北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”也可稱為“北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)”，是北斗系統(tǒng)建設(shè)的組成部分，通俗地講，是在地面建立站點(diǎn)，利用地面的“網(wǎng)絡(luò)”來增強(qiáng)天上“網(wǎng)絡(luò)”的定位導(dǎo)航精度，這一網(wǎng)絡(luò)正在建設(shè)之中。
最大的差距無疑是在市場應(yīng)用上。北斗官方多有表示，北斗系統(tǒng)一直致力于和GPS等國外導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容并用。據(jù)了解，2010年，在國際電信聯(lián)盟的協(xié)調(diào)之下，GPS與北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容;而為了推廣的順利，北斗和GPS系統(tǒng)的組合使用將成為市場的方向。
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