中國北斗導航衛星花費近千億元!為何與美國GPS系統完全不一樣

@ 2015-10-31

圖為中國發射北斗導航衛星

北斗衛星導航系統是中國自行研製的第一款全球衛星導航系統,它的誕生,使中國成為繼美國GPS和俄羅斯格洛納斯衛星導航系統之後,世界上第3個投入使用的衛星導航系統,北斗導航系統的發展經過了兩個階段,一個是第一代北斗導航系統,也被稱為北斗一號導航試驗系統,即有源區域衛星定位系統,該項目1994年正式立項,2000年發射2顆試驗衛星後,在2003年又發射了北斗試驗衛星作為備份,北斗一號試驗衛星定位系統的組件,為中國發展更全面的北斗二號全球衛星導航系統奠定了堅實的技術基礎。

北斗一號導航試驗系統完成組建後,其定位精度超過100米,不過使用地面參照站校準後的精度降低到20米,與當時美國的GPS民用系統相當,該系統不僅能為用戶提供自身的地理定位,還能向外界發送自己的位置和簡訊,授時精度20納秒,定位時間為1秒。由於北斗一號是是採用少量衛星來實現自身的有源定位,因此,北斗一號導航衛星的系統成本較低,性能也並不完善,比如在定位精度、定位頻率次數、隱蔽性、用戶容量等方面受到了一定的限制。

圖為中國北斗導航衛星示意圖

此外,由於北斗一號無測速功能,因此不具備對精確制導武器的遠程指導功能,這也使得中國在了解了衛星導航系統的工作原理和北斗一號存在的問題後,在其基礎上發展國產第二代衛星導航系統北斗二號,也稱為北斗衛星導航系統,發展該衛星導航系統的目的是準備對用戶提供全球提供無源定位能力,與美國GPS全球衛星定位系統相類似。

北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成,北斗衛星導航系統計劃由35顆衛星組成,其中包括27顆中地球軌道衛星、5顆靜止軌道衛星和3顆傾斜同步軌道衛星,在2012年底北斗正式對亞太地區開通導航服務時,已經發射了16顆相關衛星,這些衛星的發射和使用,讓北斗導航衛星可以在全球範圍內為用戶提供全時段、全天候、高精度、高可靠性的導航測速、授時和短報文通信等服務,其授時精度10納秒,測速精度0.2米/秒,定位精度10米左右。

圖為中國北斗導航衛星發展圖譜

2014年11月23日,國際海事組織審議通過了對北斗衛星導航系統認可的航行安全通函,這標誌著北斗衛星導航系統取得了面向海事應用的合法國際地位,成為全球無線電導航系統的重要組成部分,也使得中國北斗衛星導航系統成為繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略之後,聯合國委員會已認定的全球四大衛星導航供應商,這款由中國自主研製、建造並且獨立運行的全球衛星導航系統,真正意義上走到了世界舞台。

雖然北斗衛星導航一開始就對外稱是軍民兩用系統,但不可否認,在中國96年台海危機因東風飛彈GPS受到美國強烈干擾之後,決心發展北斗衛星導航系統更多的就是為了軍事用途,包括美國GPS最初也是為了軍用,因此,中國北斗衛星的軍事用途色彩更加濃重,該項目的主要參與者有中國人民解放軍總裝備部、總參謀部、國防科技大學、中國科學院、中國航天科技集團公司、國家國防科技工業局、中國電子科技集團公司等。

圖為北斗導航衛星工作畫面

2012年北斗對亞太正式提供服務之前,中國已經對北斗系統的共花費了數百億人民幣,到2020年中國北斗實現全球定位服務時,估計還將為此投入四五百億人民幣以上,可以看得出來,北斗是中國不惜重金打造出來的重要軍民裝備之一,使中國導航衛星走上了一條獨立自主發展的道路上,它的誕生使中國徹底擺脫了對美國GPS的依賴,從這個層面上來說就已經有重大的戰略意義了。

不過北斗存在的問題也是比較大的,從官方公布的北斗信息來看,該系統是一個雙向系統,因此,可能會對北斗的發展產生較大的問題,也可能因為這種雙向系統導致北斗的使用上不利於國防安全,在這裡,我把自己的疑惑或者擔憂闡述一下,一方面表達一下對這方面的疑惑,另一方面也希望高手能給以解答,共同討論,北斗至少現在存著五大使用缺陷:

圖為北斗導航衛星工作原理圖

1、我們知道北斗是雙向系統,用戶必須向軌道上的衛星發射信號後,經過反覆快速計算才能實現高精度定位,這種使用方式在戰時可能會暴露用戶的地理信息,因為用戶發射的信號北斗衛星可以收到,其他國家的導航衛星也可能會收到,尤其是在軍事上執行秘密行動時,要求必須保持無線電靜默狀態,這就使得軍事行動人員只能被動接收信號,不能主動發送信號,因為一旦開啟主動無線電信號,極有可能會被對方偵測到,從而導致行動的失敗,當年車臣叛軍首領就是使用衛星電話時,被俄羅斯情報部門偵測到其所在位置,俄羅斯發射的飛彈順著其衛星信號打了過了,直接命中目標。

2、同樣是因為北斗的雙向系統,這也可能會引起其系統癱瘓,如果北斗系統在短時間之內受到海量信息的攻擊,極有可能是失去作用,這一大和網絡攻擊有點相似,在平時使用時可能不太會出現這種情況,但在戰時,敵方要是使用反制措施,通過海量地面終端或者信號輻射發生器,輸送海量請求假信息,正常的定位信息極有可能會被這些惡意攻擊而被埋沒。

圖為美國GPS導航衛星

3、相比較美國GPS衛星導航系統是單項系統,北斗採用雙向系統後,直接導致定位時間延時較久,這其中最直接的一個後果就是難以有效的對高速運行的物體實施精準定位,比如高速飛行的巡航飛彈,如果通過雙向體統提供精確定位,等到衛星將目標的信息計算完畢傳輸給飛彈時,因為信號的研製,高速飛行的飛彈可能早就飛離了目標上空,這就表明北斗衛星導航系統在武器制導方面還存在缺陷。

4、雙向系統存在的另一個缺點是衛星信號的通信容量受到限制,就想網絡寬頻一樣,共用一個寬頻,使用的人多了,自然分給每個人的信號就差,因為通信的信道是有限的,這就決定北斗衛星的服務客戶總數上受到限制,難以做到無限制、海量客戶的服務,對於人數在230萬的解放軍,如果做到人手一個,會不會因此受到限制,至於真正做到全民普及或者服務於全球用戶,當前採用雙向系統的北斗能不能滿足用戶需求,這是一個大問題,美國GPS之所以能夠為全球提供無線服務,最重要的一點就是因為GPS是單項系統,用戶只接受信號就可以了,這使得GPS在使用上幾乎沒有上線。

5、最後,雙向系統還有一個硬傷,就是用戶終端要求有發射功能,使得終端在設計時體積就很大,而GPS的終端卻能做得很小,可以小到一節電池一樣,這樣對比下來,攜帶一個較大的北斗終端,並不能獲得良好的用戶體驗,這也讓用戶在選擇北斗導航系統時,面臨一個難以接受的問題。


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