今天（12月27日）上午，在國務(wù)院新聞辦公室舉行的新聞發(fā)布會上，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其表示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)今日正式提供區(qū)域服務(wù)。從規(guī)模和技術(shù)水平看，中國衛(wèi)星導(dǎo)航能力達到了美蘇冷戰(zhàn)末期的發(fā)展水平，補上了超級大國不可缺少的一門“必修課”。從近年發(fā)展速度來看，北斗系統(tǒng)的發(fā)展速度世界第一，將在十年內(nèi)完成全球組網(wǎng)，壓倒除美國之外的所有國家，成為和GPS系統(tǒng)平起平坐的世界性衛(wèi)星導(dǎo)航系。

第一代衛(wèi)星導(dǎo)航

1、美蘇爭霸

1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了人造衛(wèi)星，按照預(yù)定軌道環(huán)繞全球，同時向全球發(fā)射了供測控的無線電信號。衛(wèi)星導(dǎo)航幾乎克服了以往導(dǎo)航技術(shù)的全部缺點。

衛(wèi)星因為可以按照預(yù)定頻率、方向發(fā)射無線電波，而不僅是可見光，解決了惡劣天氣下導(dǎo)航難題，而通過多顆衛(wèi)星組網(wǎng)，可以組成真正覆蓋全球的導(dǎo)航網(wǎng)。并且衛(wèi)星導(dǎo)航的接收方可以從電波中推算自身位置等信息。也就是說衛(wèi)星平臺下，可以全球范圍內(nèi)各種條件下接受導(dǎo)航。所以，在第一顆衛(wèi)星發(fā)射后不到1年，美國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射的同時，美國就開始研制第一代衛(wèi)星導(dǎo)航臺——NNSS系統(tǒng)（美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)）。1960年，人造衛(wèi)星僅僅出現(xiàn)了3年，美國就發(fā)射了第一顆“子午儀”衛(wèi)星（因沿子午線飛行而得名）。到1967年，美國海軍已經(jīng)擁有了了6顆“子午儀”衛(wèi)星，初步完成了全球組網(wǎng)。

冷戰(zhàn)的另一方蘇聯(lián)從1965年開始連續(xù)發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星，組成了12顆衛(wèi)星的導(dǎo)航體系(CICADA系統(tǒng))。為世界提供了另一套第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

1967年，美國開放了衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，全世界的船只都立刻接受了新的技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航用戶迅速增長到10萬左右，包括大部分世界遠洋貨輪。衛(wèi)星技術(shù)在出現(xiàn)后不到10年內(nèi)就對民用經(jīng)濟產(chǎn)生了顯著的促進。

2、北斗一代

中國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星在1970年，比美蘇晚了10多年。所以，美蘇第一代衛(wèi)星導(dǎo)航體系開始運行的時候，中國的航天發(fā)射能力和測控技術(shù)還遠不足以滿足衛(wèi)星導(dǎo)航體系的需求，只能被動地使用別國的衛(wèi)星導(dǎo)航。當(dāng)時中蘇關(guān)系緊張，中美關(guān)系緩和，所以中國的船只、探險隊大多使用西方技術(shù)，追蹤美國的衛(wèi)星信號定位。

直到21世紀的第一年，中國在冷戰(zhàn)后的新局面下才開始建立本國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗導(dǎo)航。不過，由于資源相對有限，從2000年10月到2007年2月，中國一共只發(fā)射了4顆導(dǎo)航衛(wèi)星，分布在較高的同步軌道上，采取雙星定位方式導(dǎo)航。

定位一個點需要三個坐標(biāo)，三個方程，兩個衛(wèi)星提供的瞬時數(shù)據(jù)顯然不夠用，所以北斗系統(tǒng)要在預(yù)先設(shè)定的電子地圖上讀出高程信息才能使用。這意味著衛(wèi)星和用戶之間不是單向的發(fā)送——接收關(guān)系，而是要進行雙向溝通。

因此，雖然北斗系統(tǒng)利用了幾十年來計算機技術(shù)的進步，要勝于美蘇第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但這一系統(tǒng)存在如下問題：第一，限于衛(wèi)星數(shù)量，只能對中國及周邊地區(qū)進行導(dǎo)航；第二，作為軍民兩用的系統(tǒng)，導(dǎo)航和軍事要求的靜默之間存在沖突；第三，雙向溝通效率較低，不適用于快速移動的目標(biāo)。

不過,從建設(shè)之初起，北斗系統(tǒng)（一代）就被定位為一個驗證技術(shù)，積累經(jīng)驗的試驗性工程。在北斗系統(tǒng)的最后一顆實驗性衛(wèi)星上，中國安裝了用于精確定位的激光反射鏡，為下一代導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)的部署做好了準備。

第二代衛(wèi)星導(dǎo)航

1、一代衛(wèi)星導(dǎo)航的不足

第一代衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)雖然是劃時代的進步，但也存在許多不足。第一個問題就是衛(wèi)星數(shù)量不足。不管是美國還是蘇聯(lián)，實際上都只能連續(xù)覆蓋地球一部分交通繁忙的地區(qū)，衛(wèi)星對高緯度地區(qū)的覆蓋率不夠。

衛(wèi)星數(shù)量進一步限制了導(dǎo)航原理——導(dǎo)航對象同時只觀測一顆衛(wèi)星，根據(jù)衛(wèi)星和自身的相對運動軌跡來判斷自身的位置。結(jié)果，精確的定位往往要持續(xù)一段時間才能做出。在這期間，導(dǎo)航對象的運動就不得不被忽略，這給導(dǎo)航精度帶來了很大的誤差。高精度的定位必須在停止運動的情況下才能做出。

而且，當(dāng)時無線電信號處理能力較差，多顆衛(wèi)星之間信號很可能相互干擾，因此不能簡單增加衛(wèi)星數(shù)量。還有像原子鐘精度、軌道測定精度都會限制衛(wèi)星導(dǎo)航的精度。簡而言之，第一代衛(wèi)星導(dǎo)航還不能完全取代傳統(tǒng)導(dǎo)航，直到第二代衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)出現(xiàn)。

2、二代衛(wèi)星導(dǎo)航的前提及優(yōu)勢

第二代衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)自70年代末開始組建，依然是美蘇各建一套。美蘇各自于1979年和1982年發(fā)射了自己的第一顆二代衛(wèi)星。美國的就是我們熟知的GPS（Global Positioning System 全球?qū)Ш较到y(tǒng)）。蘇聯(lián)的簡稱為a，即俄語全球?qū)Ш较到y(tǒng)的縮寫。

第二代衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)能夠出現(xiàn)，技術(shù)前提是美蘇強大的航天發(fā)射能力?；镜娜?qū)Ш骄W(wǎng)至少需要18顆衛(wèi)星來維持，再加上必要的候補衛(wèi)星，同時要有近30顆衛(wèi)星在軌，才能可靠地對全球99%以上的地區(qū)提供導(dǎo)航信號。而且衛(wèi)星會老化，衛(wèi)星軌道會因為頂層大氣的摩擦而變形，每年都要發(fā)射新的衛(wèi)星來更新系統(tǒng)。美蘇光是為了技術(shù)驗證，就各自發(fā)射了十多顆作為消耗品的人造衛(wèi)星。從技術(shù)定型到勉強組網(wǎng)，蘇聯(lián)（俄羅斯）足足發(fā)射了54顆衛(wèi)星。如果做不到批量生產(chǎn)衛(wèi)星和火箭，做不到高頻率的航天發(fā)射，那么不要說建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)，就連維護都做不到。90年代的俄羅斯就差點因此把格洛納斯系統(tǒng)報廢。

如此之多的導(dǎo)航衛(wèi)星，可以在天空沒有遮擋的情況下，保證地球上的用戶任何時候都能接收到來自四顆衛(wèi)星的信號。每個信號源都可以測出從衛(wèi)星到用戶的時間，再乘以光速（無線電波的速度）就是到衛(wèi)星的距離。根據(jù)簡單的數(shù)學(xué)原理，兩個球面交匯于弧線，三個球面交匯于點。所以同時取得三個衛(wèi)星信號就能夠確定任何一點的坐標(biāo)。為了保證用戶的時鐘和衛(wèi)星時鐘一致，第四個衛(wèi)星信號可以用來校正系統(tǒng)時間。于是4個衛(wèi)星信號就可以保證高精度的定位。再通過對衛(wèi)星信號變化率的測量，用戶就能知道當(dāng)下的運行方向和速度。

衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)隨時是預(yù)先設(shè)定好的，但也在緩慢變動。所以，任何一個時刻衛(wèi)星的位置也是個變量。為了保證三個“球面”的球心位置準確，衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號實際上是一段內(nèi)容豐富的電文，向用戶隨時通報衛(wèi)星的位置。衛(wèi)星本身本身不具備計算能力，所以分布在全球的測控站必須隨時監(jiān)測衛(wèi)星的運行，根據(jù)各種環(huán)境的微小變化來計算軌道，再把軌道信心傳遞給衛(wèi)星，由衛(wèi)星傳送給用戶。在計算中，地球各部分引力的微小變化、太陽活動對電離層的影響、甚至衛(wèi)星高速運動帶來的相對論效應(yīng)都必須納入考慮。如果沒有豐富的地球物理數(shù)據(jù)以及強大的計算、通訊能力，衛(wèi)星導(dǎo)航的數(shù)據(jù)很快就會被誤差淹沒。所以，只有少數(shù)國家能夠開發(fā)導(dǎo)航衛(wèi)星。其中能籌建到足夠的資金、組織足夠發(fā)射能力的國家就更少了。

冷戰(zhàn)的結(jié)果是蘇聯(lián)解體，美國全勝，所以真正能夠提供穩(wěn)定服務(wù)的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，幾十年來只有GPS一種。俄羅斯繼承了蘇聯(lián)的格洛納斯體系后，一直不能正常地建設(shè)維護，可用衛(wèi)星一度不到10顆。直到近年石油價格高漲，普京才能調(diào)集足夠的資源來重建衛(wèi)星導(dǎo)航體系。2007年，俄羅斯造出了合格的格洛納斯車載信號接收機。去年12月，格洛納斯衛(wèi)星達到了設(shè)計中的24顆在軌數(shù)量，2012年1月，俄羅斯終于可以宣布格洛納斯系統(tǒng)正式運營。和北斗系統(tǒng)開始導(dǎo)航服務(wù)的時間幾乎相同。