中国卫星导航产业该如何突围
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作者: 曹 冲
今年4月15日零点16分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道。据中国卫星导航工程中心有关负责人介绍，2009年前后我国将再发射12颗北斗导航定位卫星，2010年北斗导航定位系统即可为我国及周边地区提供基本服务，在此基础上逐步发展到为全球服务，这标志着我国已成为继美国、俄罗斯和欧洲之后自主研制建立卫星导航系统的国家。有专家评论说，建立中国自己的全球导航定位系统，不管军用还是民用，不管发展国家的经济还是维护国家安全，都具有极为重要的意义。让北斗导航定位系统尽早投入使用，其重要意义不亚于载人航天和嫦娥登月工程。
世界导航卫星产业现状如何?中国卫星导航之路该如何走?本刊特约卫星导航专家撰文分析。
人类从其诞生以来。便有从一个地方到另一个地方迁徙的事，即导航的问题。人类的导航史经历了从利用地形地物来定位的石器导航时代，利用日月星辰来定位的天文导航时代，到达现代的无线电导航时代，并且从地面导航进入卫星导航发展阶段。
GPS应用仅仅受到想象力的限制
从1978年2月22日发射第一颗GPS(全球定位系统)卫星，至今已经30多年，GPS进入了而立之年。在以GPS为代表的卫星导航系统及其产业快速发展的今天，卫星导航业已进入了人们的日常生活。GPS得到如此广泛的使用，形成如此深远的影响，产生如此巨大的经济和社会效益，就连当时的策划设计者也觉得大大“出乎意料”，乃至GPS的始作甬者感慨万千地说，“GPS的应用仅仅受到人们想象力的限制”，这句名言得到无数事实的证明，也成为人们开拓思维和创造力宝库的鼓动词和动员令。
GPS应用经历了从军用到军民两用的发展路程。随着卫星导航技术和产业的发展进步，卫星导航的重要作用与日俱增，能提高生产效能，促进环境保护，改善生活质量，真正成为国家的安全守护神、军力倍增器、经济放大器，成为现代信息社会的重大基础设施和关键技术支撑系统，与阿波罗登月飞行和航天飞机并列为20世纪最有影响力的三大航天工程，也是当今世界发展最快的三大信息产业(蜂窝通信、互联网和卫星导航)之一，是高成长、高效能、前不可限量的可实现跨越式发展的新兴产业。
GPS是从美国海军导航卫星系统(NNSS)子午仪(Transit)发展过来的，子午仪卫星导航的概念是从苏联第一颗人造卫星信号接收得到的启发形成的。GPS概念的形成，是其总体设计者对于许多要素的反复研究比较后才确定的，其中包括有源或无源系统的选择，定位方法是多普勒、双曲线还是三角测量，信号为脉冲还是连续波，载频选定在L波段或者其余频段，卫星轨道使用低轨道、中轨道还是静地轨道等等。GPS系统和产业的发展，主要得益于几大关键技术，它们是：轨道可预测的稳定的空间平台，超稳定的原子时钟，CDMA扩频信号，以及大规模集成电路。GPS系统的主要组成部分分为：空间段，运控段和用户段。空间段是指卫星星座，GPS星座的额定卫星数量为24颗，分置在6个轨道面内，由于GPS许多卫星的工作寿命远大于设计寿命，因此，目前在轨工作卫星数量为31颗。GPS卫星轨道高度为20000多千米，轨道周期接近12小时。GPS运控段主要是为了管理卫星星座，由主控站、系列监测站和上行注入站，维持系统的正常工作。用户段是指用户接收机和终端，由于GPS提供标准定位服务(SPS)和精密定位服务(PPS)，前者主要供民用，后者主要供军用，军民使用的是不同的终端，军用信号是加密的，民用信号则是免费开放给终端用户使用。GPS系统的主要性能参数为：信号覆盖率、可用性、精度、连续性、完好性。GPS策划设计距今已有30多年，当年的系统设计主要是技术牵引，现在的大环境已经大不相同了，进入需求推动的发展新时代。所以，卫星导航系统应该从总体顶层设计和指标体系上实现与时俱进的改变、改造和改进与完善。
1995年GPS宣布全面投入工作，翌年便开始GPS现代化计划，2000年5月1日实施现代化计划第一个行动，终止可用性选择(SA)这一人为恶化精度的举措，使得民用定位精度提高近一个数量级，达到十米以内。
GPS现代化计划主要目标是提高空间段卫星和运控段的水平。GPSP星已经推出两代(BlockⅡ和BlockⅡ)六种型号(BlockⅠ、BlockⅡ、BlockⅡA、BlockⅡR、BlockⅡR-M和BlockⅡF)，后续将实施新一代GPSⅢ卫星系列。BlockⅠ共发射11个卫星(其中有一个发射失败)，组成试验星座。GPS正式工作的卫星是从BlockⅡ卫星开始的。至今，GPS卫星发射数量业已超过50个，尚在工作的卫星为31个。GPSⅢ卫星在2013年才开始发射。运控段的现代化主要是大力提升运控系统的性能水平和增加监测站全球覆盖能力。GPS现代化的主要目标是：将军民信号分开，利于各自的应用和发展；频点从L1和L2两个增加到3个，新增加的频点为L5；民用信号从1个(L1C/A)增加到4个(L1C/A、L2C、L5、L1C)；性能大幅度提高，尤其是在可靠性和安全性方面。
世界“导航俱乐部”的三大转变
鉴于卫星导航的独特的重要性和无法替代性，许多大国纷纷建立自己的卫星导航系统，卫星导航系统及其产业明显出现三大转变趋势：从单一的GPS时代转变为多星座并存兼容的GNSS(全球导航系统)新时代，导致卫星导航体系全球化和增强多模化；从以卫星导航为应用主体转变为PNT(定位、导航、授时)与移动通信和因特网等信息载体融合的新阶段，导致信息融合化和产业一体化；从经销应用产品为主逐步转变为运营服务为主的新局面，导致应用规模化和服务大众化。三大趋势发展的直接结果是使应用领域扩大，应用规模跃升，大众化市场和产业化服务迅速形成。
2007年4月14日和2009年4月15日我国分别发射第一、二个Compass(北斗)导航卫星，标志着中国正式进入全球导航卫星系统(GNSS)俱乐部，成为第四个成员国，也可能是最后一个成员，至少在2020年前只有GPS(美国)、GLONASS(俄罗斯)、Galileo(欧洲)和Compass(中国)四大系统能形成全球规模的系统，其它系统仅仅作为区域系统和广域增强系统加入。
GNSS是全球导航卫星系统的英文缩写，也是所有卫星导航系统的统称，包括全球系统(GPS/GLONASS/Galileo/Compass)、区域系统(QZSS/IRNSS)和广域增强系统(WAAS/EGNOS/SDCM/MSAS/GAGAN/NiSatCOM1-1)。在2020年
前，全球星座基本上有四大系统，其中美国GPS将实现GPSⅢ计划，预计星座的卫星数达到30颗中轨卫星。俄国的GLONSS目前在轨工作卫星解决20个，预计在2010年恢复到24颗卫星额定工作状态，GLONASS正在实现现代化和K星计划，在L1与L5上实现与GPS兼容，改为CDMA制式，从2010年开始发第一个信号为CDMA制式的GLONASS-K星，最终在2017年前后达到24颗中轨卫星均具备CDMA信号的额定状态。欧洲Galileo全球星座为30颗中轨卫星，目前正处在在轨验证阶段，计划在201 3年投入全面运营，有可能还会往后推。中国的Compass全球系统至少有30颗卫星组成，其中有中轨卫星、静地卫星(GEO)和倾斜轨道(IGSO)卫星。中国北斗的特点是，具有位置报告功能，即有双向短信通信能力，而且由于有地球静止轨道卫星，所以能实现广域增强功能，并实现BD/GPS/GLONASS/Galileo一揽子增强，从而在全球、大区域，小区域达到有所不同的精度目标。中国的北斗卫星导航系统的实施，为两步走方式，实施先区域、后全球的平滑过渡的策略。北斗区域系统有可能在201 1年建成，然后伺机向全球系统逐步过渡，会有较长的一段路要走。
除了四大全球系统之外，美俄欧分别建有各自星基增强系统WAAS、SDCM、EGNOS，日本和印度各自建设自己的区域系统QZSS、
IRNSS，和GPS星基增强系统MSAS、GAGAN，尼日利亚也有一个GPS星基增强卫星NiSatCom-1。
中国如何迈向导航强国
卫星导航系统及其产业的三大转变会对我国的系统与产业产生重大影响。GPS向GNSS转变是三大转变中最重要的转变，创造了一个既竞争，又互补的国际大环境。北斗导航系统是GNSS的重要组成部分之一，我们必须在建设它的同时，充分利用国际上的有用资源，推进我国的产业和开拓国内外市场，最佳的解决方案是，在系统上，实现与其它GNSS的兼容、互用和可互换，尤其是在接收机上形成产业化的北斗/GNSS兼容机系列，利用国外系统培育我们的市场，催生我们的系统，壮大我们的产业，锻炼我们的竞争力。
卫星导航实现与多手段的融合，必然会从根本上改进和提高应用水平和服务质量，大幅度扩展其应用范围，首先是与通信的融合，有益于室内外导航定位的无缝融合，有利于卫星导航、无线通信和因特网等三大信息产业的联合重组创新，迅速形成规模化产业。特别是在北斗导航系统的推进过程中，在最近的3年～5年内，卫星导航与移动通信的结合会结出丰硕的成果，形成网络导航应用和服务的大产业。
卫星导航产业最终的产业大发展，是在其增值增效，综合服务，实现服务产业化，为平安中国、小康社会、和谐世界服务。服务大产业和服务产业化是北斗二代专项的重要目标之一。既是一个近期目标，也是一个长远目标，要不断地持续推动和促进。
在北斗导航系统及其产业的建设和推进中，我们一定要卫星导航“四化”工作。所谓“四化”，既是发展方针，也是目标要求，这就是：技术国际化，产品国产化，应用大众化，市场全球化。产品国产化是当前工作的重点，技术国际化是产业发展的重要前提条件，应用大众化是我们的主要目标和努力方向，市场全球化是实现从导航大国向强国转变的重要途径与标志。
所谓的产品国产化，就是说要求实现芯片、终端和软件的国产化，重中之重是芯片和软件的国产化。芯片的重要性是不言而喻的，而且这里一定要做成系列芯片。有的要与其他系统融合的，还要达到国际领先水平。软件之所以列为重中之重，因为在这方面我们太落后、太需要了，而恰恰我们对这方面往往太不重视。我们在软件方面，不仅仅需要与终端配合的嵌入式软件，我们在应用系统的系统软件方面的水平和能力远远不能满足市场的客观需求，更谈不上满足长远发展和持续发展的需要。只有经过产品国产化过程的历练，我们才能形成产业发展的硬实力和软实力，才能形成并提升我们的核心竞争力。
技术国际化也是个重要瓶颈，技术国际化解决不好，会永远落后、永远被动、永无出头之日，尤其在技术飞速进步的今天。与系统技术相比，我们在应用技术上落后程度要好一些，大概为8年左右，我们应该集国家之力，适当引进国内外高端人才与技术，认真加强对外合作交流，大力推动国内联合共赢，大力推进集成创新、自主创新和引进消化再重新，在2015年左右赶上和达到国际领先水平是完全办得到的事。技术国际化主要强调一定要整合国内外一流的技术，形成一流的产品，保障先进性和实用性，塑造中国特色的主流产品，把国产终端进入汽车前装市场和中国国产GPS或BD/GPS兼容机芯片进入批量化生产手机列为国产化的重大项目目标，从根本上推动中国卫星导航应用与服务行业的产业化发展。
卫星导航市场主要分为专业型和大众化(含安全性)两大市场，真正能形成规模化产业的则是大众化市场，我们之所以要重点做大众化这一块，因为我国的潜在的市场优势是在大众化市场，而今后3年～5年是大众化应用产业发展的最佳时机，其应用产品和服务产品两大领域，会产生巨大的经济和社会效益。
笔者认为，中国的卫星导航产业一定要走全球化发展道路。实现国内外两大市场一起抓，共同发展，既然中国市场如此巨大。一旦我们做好了，则在世界上会具有很强的竞争力。我们一定要坚持国内外两大市场都要抓，两手都要硬的指导原则，将市场全球化目标完完全全落到实处，这也是我们建设北斗全球导航系统的初衷。
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