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    谭述森院士:中国的北斗也是世界的北斗

    2018-08-29 09:27:16 来源: 泰伯网
    聊聊
    北斗全球组网后,我们还需要GPS吗?未来的太空战争中国准备好了吗?通信、导航、遥感各自为政如何解决?目前,中国已经拥有一个可以公开和欧洲、美国人竞争的通信频率,你知道是什么吗?
     
    如果你也对上述问题有同样的疑惑,恭喜,你来对地方了。
     

    近日,北斗二号的主要参与者中国工程院院士谭述森,在中国卫星导航定位协会举办的第一个会员活动日上,做了题为《北斗系统历史性成就与转型贡献》的学术报告,详细讲述了中国北斗的发展历程、21世纪全球GNSS领域的三大成就、叙利亚太空战争给中国航天的启示、中国航天与美国和欧洲的差距、以及新一代北斗的全新使命。
     
    谭述森院士是北斗卫星导航定位总站高级工程师,是我国北斗卫星导航系统主要开拓者和建设者,北斗一代地面应用系统副总设计师、北斗二代工程副总设计师、中国第二代卫星导航系统重大专项工程副总设计师。谭院士这一生为中国北斗事业乃至世界GNSS导航事业,做出来巨大贡献。
     
    现在,就让我们一起聆听谭述森院士对中国北斗全球导航系统的解读。
     
    1. 北斗系统的三步走
     
    北斗的发展历史,是一个持续创新、开拓进取的历程。
     
    第一步,北斗一号——中国卫星导航系统。1994年立项,2003年建成并正式运行,3颗GEO卫星组成了全球第三个卫星导航系统,覆盖中国国土及周边。首次解决了“我们在哪里”的根本问题。
     
    第二步,北斗二号——区域卫星导航系统。2004年立项,2012年建成并开始进行区域服务,包含14颗卫星,覆盖亚太地区。北斗二号确立了北斗的技术体制,实现了连续导航与定位报告双模融合、三频信号全星座播发。在服务性能上与GPS相当,部分关键性能上实现超越。
     
    第三步,北斗三号——全球卫星导航系统。2009年立项,计划于2020年建成,包含35颗卫星,覆盖全球。北斗三号将实现高精度定位授时、航行跟踪、生命救援。
     
    2. 21世纪GNSS的三大成就
     
    第一大成就:成功构建四大全球系统。
     
    进入21世纪后,GNSS领域由2个全球系统增加到4个全球系统、两个区域系统、以及若干个星级增强系统(SBAS)。
     
    其中美国GPS和俄罗斯格洛纳斯早已建成,但这两个系统的卫星和地面设施的更新并没有停止。而欧洲伽利略经过上个月的发射,卫星总数达到26颗,其中约有22颗卫星可以正常提供服务,从卫星数量上也可称得上全球系统了,同时,伽利略计划2019年宣布全球运行,如果计划成功,就会比中国还要提前成功构建全球系统。
     
    第二大成就:GNSS达成了互操作共识。
     
    每个对北斗三号系统充满期待的人,都会有这样一个疑问:
     
    当2020年北斗三号系统实现全球组网后,我们是否就不再需要GPS了?
     
    谭院士明确的告诉我们:不会。
     
    四大全球导航系统和两个区域导航系统,共有卫星140多颗,这个数量太多了。卫星数量太多,不但不能提高定位精度,同时还会相互干扰,所以,世界各国正在达成GNSS互操作共识。
     
    所谓的互操作,就是每个系统都把最好的卫星贡献出来,达成一定的协议,组成包含70-80颗导航卫星的全球系统,这样每个系统都可以用相同结构的卫星导航信号,同时相比每一个单独系统,精度提高一倍。具体来说,互操作后精度将达到全球动态分米级、静态厘米级、局域测量毫米级。
     
    因此,我们不能说有了北斗之后就不需要GPS,那不是我们的初衷,也不是世界的北斗的初衷。
     
    目前,中国北斗系统和其他三个全球导航系统,已经成功签订了互操作协议。2010年9月,在成都签署北斗与GPS兼容与互操作协议;2015年1月,在捷克布拉格,签署北斗与伽利略兼容与互操作协议;2015年9月,在莫斯科签署北斗和格洛纳斯兼容与互操作协议。中国北斗真正成为了世界的北斗。
     
    第三大成就:北斗Bs频率获得全球导航合法地位。
     
    2012年1月,WAC-2012大会上通过了中国Bs频率(2483.5MHz- 2500MHz)全球RNSS导航服务业务决议,中国军用导航频率带宽由全球第四位(28MHz)跃升至第二位(44.5MHz)。
     
    中国拥有了这个频率以后,意味着在今后的全球生命救援、航行跟踪、战场跟踪、导弹跟踪、武器跟踪等方面,我们有了一个可以公开和欧洲、美国人竞争的通信频率,为导航与通信深度融合提供了机会,国家航行安全获得主控权。目前,北斗三个轨道的卫星都搭载了Bs。
     
    因此,获得Bs频率对于中国人来说,可谓是GNSS领域的一大盛事。
     
    3. 智能时代的通导遥一体化势在必行
     
    现在社会已经走过机械化、信息化,到了智能时代,在这个时代,通信、导航和遥感还能各自为政吗?谭院士通过无人驾驶汽车案例告诉我们:无论是市场还是战场,三者都不能再单打独斗,我们需要根据任务导向去做导航系统,来提高北斗导航系统的服务能力。另外,中国不可能再建一个通信系统,所以中国北斗不仅要做好导航,还要承担通信系统功能,包括北斗Ka链路和L/S链路。
     
    无人驾驶汽车,就是一个完整的通导遥结合体。
     
    美国GPS在1994年就已经建成,也就是说从那个时候开始,他们就开始思考“GPS怎么用”这个问题,而无人驾驶就是他们选定的应用领域之一,因为无人驾驶既可以用在民用领域,也可以走向战场。
     
    无人驾驶是代表航天系统的一个重要应用场景,这一技术实现后,未来作战方式将会发生巨大变化,包括前不久叙利亚战争中,没有见到一个士兵,同时用过的武器全部被自动销毁,未来的战场是一个什么样的局面?美国和特朗普比我们想得更早、更清楚。
     
    无人驾驶汽车至少要解决三个问题:一是芯片,这是我们的痛;第二要用网络传输,至少能视频传输;第三是要有高精度电子地图。在这些基础上,通过电子大脑的融合计算与决策才能完成无人驾驶。
     
    所以GNSS的应用应该与工业制造同步发展,如果说中国2025的制造没有完成,那我们要想在无人驾驶领域里面有所作为,是非常困难的。
     
    无人驾驶汽车上,装有摄像头、激光雷达、定位器、测距器,还有导航系统。其中高精度导航属于导航领域,高精度地图属于导航和遥感,高灵敏传感器属于遥感,电子数字技术属于导航、通信和遥感,高速网络技术属于通信,可以说一台无人驾驶汽车,就是通信导航遥感走向融合的具体物化。
     
    4. 各国航天现状对比
     
    美国:

    美国之所以成为航天强国,是因为美国正确的航天策略。美国的航天策略,一是理论、二是技术、三是要制定相应的政策。而从上世纪九十年代开始,中国人就再不关心理论研究,但理论却是一切技术和应用的基础。
     
    美国对航天的定义是,借助大型类永久性航天平台,利用无线电波或者电磁波(含红外、可见光、紫外线)传播特色以及电子数字技术,实现对地球及其他星体的探测,完成对地球及其他星体的认知,从而制定太空战略与战役策略。
     
    这个定义的关键是美国使用了电磁波技术,无论是导航、通信、遥感,如果不与电子技术打交道,很难实现突破。
     
    目前,美国拥有卫星593颗,卫星数量居全球首位,但对于航天的重视却更加突出。美国制定了《空间对抗作战条例》,建立了航天部队,2017年特朗普上任后又宣布恢复“国家航天委员会”,今年4月在叙利亚完成以天对地的战役后, 6月组建“太空部队”,成为美国第六军种,NASA航天局负责航天装备。
     
    俄罗斯:
     
    俄罗斯也是一个老牌航天大国,现有卫星135颗。俄罗斯也成立了独立太空军,并制定了空军作战条令。
     
    欧洲:
     
    欧洲也有欧盟航天机构,统一管理欧洲航天各项事宜。
     
    中国:
     
    中国航天系统经过40多年的发展,取得了很大成绩,局部技术进步显著,卫星总数超过200颗(包括北斗),此外,一些民间机构也宣称要发射一千多颗小卫星。
     
    但是中国应该关心的问题还有很多,比如中国航天战略目标是什么?这一点有没有看得那么清楚;另外,谁是领导中国航天的最高权利机构?这些问题都需要我们深思。
     
    此外,行业隔离严重,遥感卫星覆盖利用率低,缺乏最佳全球移动通信频率,没有实现资源共享的全球高速数据链。比如,中国现在的通信、导航、遥感是三支队伍,互不干涉。遥感卫星本来就是全球覆盖,结果因为没有网络,所以只能在头顶上下载部分遥感影像,利用率非常低,所以即使我们建成了一个全球上百颗卫星组成的遥感系统,发挥的作用非常有限,也造成了极大浪费。再如,全球L、S移动通信频率共132MHz,中国除北斗占有33MHz外,其他系统没有合法频率,无法构建全球移动通信系统。
     
    所以说中国仍然不算是一个航天强国,中国最强的对手还是美国。但中国建立航天系统的目的不是为了战争,而是免战,在和平环境中,更多的是为了话语权。
     
    因此,现在中国已经有了一个基础的北斗系统,应该让它多做一点事情,比如为遥感开辟高速公路,辅助信息下载,为作战指挥提供力量。这些事情我们在北斗一号就做过了,现在需要把它不断壮大,要少花钱、花一个系统的钱,只建一个导航系统,但一定要能够得到又是同频、又是遥感、又是生命救援等多项的受益,这就是我们的发展方向。
     
    5. 北斗转型助力航天战略回归
     
    为什么要进行北斗转型?一是要充分发挥北斗时空基准的基础性价值,二是要打破世界导航、通信、遥感独立建设行业固化的藩篱,三是要为所有航天器提供公共数据链。
     
    北斗转型总体目标是北斗多用。北斗卫星导航系统不再是单一的导航系统,它应该是多功能的卫星无线电全球系统,它应该承担卫星无线电导航、航行跟踪、指挥调度、生命救援、快速通信、天基物联,未来的战咯目标是成为近地空间全域物联网的公共数据库。这些都是现在社会的迫切需求,也是中国的短板,而中国不可能建那么多航天系统,只有在北斗现有基础上构成全球系统,我认为这是最合适的。
     
    因此,我们要重新定义新时代的北斗功能:它是一个定位精度达亚米级的世界一流卫星导航系统;它应该提供统一时空基准的天基物联网;还应该是获得对地球认知的天基无线电全球系统,是获得制太空权的国家重器,从而辅助制天权、制海权、制陆地权;未来北斗天基物联网模块将实现太空物与太空物的联网、太空物与地球物的联网。
     
    所以国家的航天装备体系应该是由北斗系统作为时空基准和数据链的基础,支撑空天预警、空天遥感、空天探测、空天通信、空天打击等目标,要让中国的北斗成为世界的北斗,我认为我们就应该担当起航天系统整体的任务,才能说是世界的北斗。(中测网 史婉婉)
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