作者“奧卡姆剃刀”,科學(xué)松鼠會會員,通信專業(yè)教師,用了兩個月的業(yè)余時間,查閱了大量公開發(fā)行的資料,梳理出了這篇全面介紹北斗衛(wèi)星的科普長文。
國際上有一個高大上的俱樂部,它只有四個會員,卻吸引了各國首腦的關(guān)注和眾多頂級科學(xué)家工程師的研究,這個俱樂部就是GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)),四個會員分別是美國GPS、歐洲伽利略GALILEO、俄羅斯格洛納斯GLONASS、中國北斗COMPASS。
中國北斗是個新會員,同時也是發(fā)展勢頭最猛的會員,北斗是咋回事?對我們的生活有什么影響?這是一個很有意思的話題。關(guān)于北斗,學(xué)術(shù)期刊上的文章有很多了,但專業(yè)文章的術(shù)語太多,普通人讀不懂,而且也不會有興趣去讀。
媒體和網(wǎng)絡(luò)上也有一些介紹性的文章,多數(shù)是彰顯政府成就的宣傳稿,內(nèi)容比較零散,不便于讀者全面了解,而且很多文章的說法并不準(zhǔn)確,顯然是非專業(yè)人士寫的??萍紙?bào)道不是由科技人士撰寫,而是文科出身的記者捉筆,這種現(xiàn)象是國內(nèi)科技報(bào)道的痼疾。
因?yàn)閷I(yè)的原因,我一直關(guān)注著北斗,而且多年通信專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)實(shí)踐,培養(yǎng)了我將復(fù)雜的專業(yè)問題用通俗的語言描述出來的特長。我利用了兩個月的業(yè)余時間,查閱了大量公開發(fā)行的資料,梳理出了這篇全面介紹北斗衛(wèi)星的科普長文。
1、從GPS說起
1957年10月4日,蘇聯(lián)發(fā)射了全世界第一顆人造地球衛(wèi)星,開創(chuàng)了人類的空間世紀(jì)。美國對此密切關(guān)注,有一位名叫比爾.蓋伊的數(shù)學(xué)家和一位叫喬治.威芬巴赫的物理學(xué)家,他們在霍普斯金的應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象,那就是這顆衛(wèi)星的頻率出現(xiàn)了偏移,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是相對運(yùn)動引起的多普勒頻移效應(yīng)。
這兩位科學(xué)家對此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)如果在地面上架設(shè)多部接收機(jī),就可以根據(jù)接收到的信號的不同頻差推算出這個衛(wèi)星的具體位置,他們很高興地把這個研究成果告訴了實(shí)驗(yàn)室主任弗蘭克.麥克盧爾,說他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤。
弗蘭克主任當(dāng)時在做海軍的一項(xiàng)研究,研究內(nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置,聽到兩位科學(xué)家的匯報(bào)后他眼前一亮,既然你們能夠發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪里,如果把問題反過來,衛(wèi)星就能發(fā)現(xiàn)你們在哪里,海軍軍艦定位的問題有思路了!
GPS系統(tǒng)就按這種思路啟動了,方案中需要解決的第一個問題就是:衛(wèi)星該采用低、中、高哪種軌道?如果采用低軌道的話,發(fā)射成本比較低,精度比較高,但若覆蓋全球的話則需要200顆衛(wèi)星,這樣浩大工程實(shí)在是負(fù)擔(dān)不起。
如果采用高軌道,理論上三顆衛(wèi)星就能覆蓋全球,但除了高軌道衛(wèi)星的發(fā)射難度大之外,更主要的是定位精度會很低,原因有兩個:一是軌道太高會導(dǎo)致測量誤差大,二是靜止軌道與地面物體的相對速度很小,不利于使用多普勒頻移的解算方法。
中軌道是比較折衷的方案,覆蓋全球只需要24-36顆衛(wèi)星,由于軌道是運(yùn)動的,即使地面的物體不動,但相對衛(wèi)星的速度也很大,這就可以充分利用多普勒頻移方法了。
基于以上綜合考慮,美國選擇了24顆衛(wèi)星的中軌道星座,1978年發(fā)射了第一顆,全系統(tǒng)在1995年投入運(yùn)行,現(xiàn)有衛(wèi)星30顆,分為軍用和民用兩種定位模式,其中民用方式向全球開放。
2、美國是不是活雷鋒?
GPS是個好東西,對人們生活品質(zhì)的提升相當(dāng)大,例如汽車和手機(jī)導(dǎo)航就非常重要,人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。GPS對于探險航海就更重要了,關(guān)鍵時刻可以救命。這么好的東西,美國又投入了巨資,居然向全世界免費(fèi),難道美國政府是活雷鋒?
其實(shí)即使GPS不免費(fèi)那也收不上來錢,為啥這樣說呢?因?yàn)镚PS是單向通信體制,這跟廣播電視塔類似。廣播電視塔大家都知道,它只管發(fā)射信號,到底有1個收 音機(jī)聽還是1萬個收音機(jī)聽,廣播電視塔是不知道的,GPS系統(tǒng)也是如此,30顆衛(wèi)星只管不停地向地面發(fā)信號,具體是誰在接收并使用這些信號,它是根本不知 情的,既然不知情,那還怎樣收錢?
通過售賣高價解碼芯片來收錢行不行?答案是不行,因?yàn)镚PS采用的是只發(fā)不收的單向通信機(jī)制,這對加密傳輸來說是先天的障礙,即使搞了加密,沒幾天就會被破解了,尤其是民碼還要求簡單易用,接收設(shè)備要求成本低廉,這對加密來說就更加困難了。
如果GPS免費(fèi),則一定會在全球形成巨大的市場,依托這套系統(tǒng)會產(chǎn)生新的國際性產(chǎn)業(yè),同時會形成一股強(qiáng)大的國家軟實(shí)力,所以說GPS免費(fèi)是符合美國國家利益的。
GPS免費(fèi)對全世界的民生來說是個福利,但在軍事方面卻是個挑戰(zhàn),美國敵對國家的軍機(jī)戰(zhàn)艦上當(dāng)然也可以安裝,美國人也禁止不了,這對美國是不是一個威脅呢?其實(shí) GPS開放的只是民碼,精度比美國軍方使用的軍碼差了十倍,先天就挫了一大截。
更重要的是,萬一跟美國打起了仗,人家把GPS民碼給你一停,你已經(jīng)很依賴 GPS了,甚至連指南針都丟了,這可就抓瞎了。如果美國不給你停GPS,而是發(fā)個欺騙碼,瞄準(zhǔn)美國的導(dǎo)彈就可能飛到自己的陣地上,這更加可怕。
所以說,他國的軍備絕不能使用美國的GPS,一旦形成依賴就會像吸毒者一樣無法自拔,必須要發(fā)展本國的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)然,發(fā)展本國的定位導(dǎo)航系統(tǒng)也只是少 數(shù)大國的權(quán)利,至于泰國、墨西哥等小國家其實(shí)是不必操這個心的,因?yàn)槿蚨ㄎ粚?dǎo)航系統(tǒng)實(shí)在是太浩大,綜合國力微弱的小國家們根本就造不起,還是老老實(shí)實(shí)地繼 續(xù)用GPS吧,這倒也省心。
3、北斗一代的由來
中國是個有抱負(fù)的大國,在定位導(dǎo)航衛(wèi)星這事上可不能圖省心,實(shí)際上從上個世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始鬧心了,七五規(guī)劃中提出了“新四星”計(jì)劃,隨后提出過單星、雙星、三星、三到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案,以及多星的全球系統(tǒng)設(shè)想。研 究、論證、再研究、再論證……從來就沒有停止過。
80年代初期,以“兩彈一星”元勛成芳允院士為首的專家團(tuán)體提出了雙星定位方案,這是當(dāng)時公認(rèn)的最優(yōu)方案,但因經(jīng)濟(jì)條件等種種原因又?jǐn)R置了十年。1991年是個重大轉(zhuǎn)折點(diǎn),海灣戰(zhàn)爭把中國人打醒了,美國的GPS在作戰(zhàn)中的應(yīng)用非常成功,決策層深刻意識到以后打仗沒這東西是真的不行,被擱置十年的雙星定位方案于是馬上啟動。
為啥不像美國那樣搞30顆衛(wèi)星的系統(tǒng)呢?當(dāng)時的國情是又沒經(jīng)驗(yàn)又沒錢,剛起步可得悠著點(diǎn),從小打小鬧開始吧,上來就玩大的容易搞砸鍋。
一定會有網(wǎng)友問,在空間中三個坐標(biāo)才能定位,兩顆衛(wèi)星不夠用?。窟@是個好 問題,雙星定位方案中有個高度儀,用戶需要自測高程,并將結(jié)果作為第三個坐標(biāo),這就好比是在地球中心裝了一個虛擬的衛(wèi)星,這就實(shí)現(xiàn)了三星定位。那為什么不 干脆發(fā)射三顆衛(wèi)星呢?原因很簡單,高度儀很便宜,這個方案更省錢。
只有兩顆星,當(dāng)然不能像美國GPS那樣搞中軌道的,軌道低了覆蓋面就小,兩顆中軌道衛(wèi)星多數(shù)時間會在中國上空以外的地方飛行,那中國大陸還咋用呢?因此只能搞高軌道的,而且還得是靜止的,這樣才能妥妥地停在中國大陸的上空。
靜止高軌道是雙星定位的必須選擇,從技術(shù)上講這毫無疑問是正確的,但卻埋下了性能不強(qiáng)的隱患,這就是要談的下一個問題,北斗一代被詬病。
4、北斗一代被詬病
MH370失聯(lián)后出現(xiàn)了很多科普,令公眾熟悉了多普勒效應(yīng)這個名詞,那多普勒效應(yīng)對衛(wèi)星來說到底是好事還是壞事呢?這要看是哪一種衛(wèi)星,多普勒效應(yīng)對導(dǎo)航定位衛(wèi)星來 說是好事,因?yàn)樾l(wèi)星相對地面物體被測物體的相對速度越大,多普勒效應(yīng)越明顯,定位就會更加準(zhǔn)確,這甚至是定位導(dǎo)航衛(wèi)星的核心原理基礎(chǔ)。
但是,多普勒效應(yīng)對通信衛(wèi)星來說就是壞事了,因?yàn)轭l率偏移會導(dǎo)致通信失敗,必須得做修正。例如位于印度洋上空的亞太國際通信衛(wèi)星就是相對地面固定的,失聯(lián)的 MH370在最后階段發(fā)出的7次探尋信號被這顆衛(wèi)星測出了頻率偏移,這本來是要被修正掉的數(shù)據(jù),沒想到這卻成了推測飛機(jī)航跡的唯一證據(jù)。
用一句話總結(jié)就是:用通信衛(wèi)星干了定位衛(wèi)星的活,把本來是壞事的多普勒效應(yīng)變成了好事。
既然中國的這兩顆衛(wèi)星是靜止軌道的,自然可以與國際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務(wù),于是既能定位又能通信就被設(shè)計(jì)成為了北斗一代的技術(shù)特點(diǎn),而GPS等其它定位導(dǎo)航系統(tǒng)都是不支持通信功能的。
美國GPS不具備北斗這樣的通信功能,這真不能說人家技術(shù)落后,因?yàn)槿思业男l(wèi)星系統(tǒng)是各司其職的,定位衛(wèi)星和通信衛(wèi)星兩套系統(tǒng)的性能都很優(yōu)異。而中國北斗一代是身兼兩職,聽起來功能更加全面,其實(shí)是中國把定位衛(wèi)星打到了通信衛(wèi)星的軌道上,自然能收獲了通信這個副業(yè)。
畢竟定位才是北斗一代的主業(yè),大部分的信道資源都必須讓給定位數(shù)據(jù)的傳送,所以留給通信的信道資源就很少,它無法完成實(shí)時的話音通信,只能完成短信功能?!?/p>
由于這兩顆星的軌道很高,導(dǎo)致了地面被測物體與衛(wèi)星的相對速度很低,于是多普勒效應(yīng)就不明顯,其定位精度自然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不過GPS。因此雖然官方宣傳的北斗一代 既能通信又能定位是獨(dú)特優(yōu)勢,其實(shí)是通信功能比國際海事衛(wèi)星差得多,定位功能比GPS衛(wèi)星差得多,通信和定位雖說啥都能干,但啥性能都不行。
平心而論,北斗一代已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo),工程是非常成功的,畢竟就只有兩顆星嘛,咋能跟幾十顆的海事通信衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星相比呢,好比是你花了800塊買了部雙卡雙待的山寨機(jī),罵它不如蘋果手機(jī)好,這其實(shí)并不公平。
不妨做個假設(shè),假如沒有國際海事衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的話,那既能定位又能通信的北斗一代就是光芒四射的,但問題是北斗一代問世時,這兩種衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟 了,在它們的對比之下,北斗一代簡直就是一坨翔,而且是國家花了大價錢造出的一坨翔,當(dāng)然是各種被罵,研發(fā)人員們灰頭土臉不敢吭氣。
5、與伽利略計(jì)劃的姻緣
北斗一代的使用體驗(yàn)比較差,那該咋往下走呢?這時中國看上了歐洲的伽利略計(jì)劃,這是歐洲國家聯(lián)合搞的全球定位導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃,因?yàn)檫@個項(xiàng)目實(shí)在是太燒錢,歐洲單個國家誰都搞不起,但又不能不搞,雖然歐洲國家跟美國關(guān)系很好,但也不能把國家安全都系在美國政府身上。
歐洲有技術(shù)但缺錢,于是他們瞄上了土豪中國,中國正因?yàn)楸倍芬淮唤o力而發(fā)愁呢,自然是一拍即合,據(jù)報(bào)道稱中國加入了伽利略技術(shù),并且很大方的拍了兩個億的 入伙費(fèi)。但中國越來越覺得不對勁,歐洲居然把日本和印度也拉入伙了,他們出的錢少但權(quán)利不少,這不是把中國當(dāng)作冤大頭了嗎?
多出點(diǎn)錢倒不是問題,關(guān)鍵在于這兩個國家本來是我們在軍事上要防備的,難道要跟他們在國防方面使用相同的系統(tǒng)?中國發(fā)現(xiàn)苗頭不對,下定決心后就咔嚓地退出了,退出后自己單干,開始發(fā)展北斗二代。
北斗二代計(jì)劃在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星,形成全球性的定位導(dǎo)航系統(tǒng),比GPS還多5顆。多出的這5顆是在赤道上空的靜止高軌道衛(wèi)星,主要是完成短信任務(wù)的,其它30顆跟美國GPS的30顆一樣,都是中軌道的運(yùn)動衛(wèi)星。
北斗二代的規(guī)模與GPS相當(dāng),申請的軌道和頻率與歐洲伽利略比較一致,這就不可避免地遇到了衛(wèi)星軌道和頻率爭奪的問題。衛(wèi)星軌道和空間頻率是人類共有的資源,那該如何分配呢?國際規(guī)則是既不按國家來分,也不按人口來分,而是誰先占了算誰的。
先占先得的原則是西方發(fā)達(dá)國家制定的,他們認(rèn)為這是各國都有同樣機(jī)會的公平原則,理由是:你有本事你也打衛(wèi)星啊,我又沒攔著你,你不打是你自己的事,如果你 永遠(yuǎn)不打,難道說軌道和頻率還要永遠(yuǎn)給你留著?這聽起來也有道理,更關(guān)鍵的是,即使你覺得沒道理,你也沒能力阻止發(fā)達(dá)國家占軌道和頻率。
2005年伽利略計(jì)劃的第一顆衛(wèi)星上天了,但并沒有開通,只是占了軌道但沒占頻率,為啥沒開通呢?原因是沒錢,開通需要花錢的,歐洲手頭有點(diǎn)緊。中國北斗二代的第一顆星也隨后上天了,而且上去就開通了,這下就把軌道和頻率都占上了,這為啥呢?這是因?yàn)橹袊徊铄X。
歐洲伽利略那邊慢悠悠地?fù)v鼓,而中國這邊的北斗一個接一個地不停打衛(wèi)星,后來還搞起了一箭雙星,而伽利略計(jì)劃和北斗二代有些頻率是重合的,雙方都在國際電信聯(lián)盟組織備案了,誰先占上就算誰的,中國的快節(jié)奏把歐洲搞急眼了,通過美國給中國施壓,要求中國放慢腳步等等歐洲人民。
以前歐美國家憑借技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢搶占資源,中國技術(shù)和經(jīng)濟(jì)不給力只能吃啞巴虧,你們從來就沒謙讓過,現(xiàn)在憑什么要我謙讓?中國不理會歐美的抗議,按既定的節(jié)奏繼續(xù)打衛(wèi)星。
6、亞太地區(qū)組網(wǎng)
雖然現(xiàn)在還沒有把35顆衛(wèi)星打全,但亞太地區(qū)的北斗二代定位導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建起來了,并已投入了使用。GPS和北斗的中軌道運(yùn)動衛(wèi)星都是30顆,它們各在太空 上織就了一張網(wǎng),GPS網(wǎng)眼最密處是在美國上空,北斗二代網(wǎng)眼最密處在中國上空,為本土提供服務(wù)是第一要務(wù),這個道理當(dāng)然很好理解。加拿大和墨西哥當(dāng)然會 選擇GPS,而對于亞太國家來說,北斗卻比GPS更有優(yōu)勢。
亞太國家認(rèn)識到了北斗的覆蓋優(yōu)勢,中國政府也積極推動北斗二代在亞太地區(qū)的應(yīng)用,于是泰國、馬來西亞、文萊、印度尼西亞、柬埔寨、老撾等國家派出了19名專家,于2014年7月來到中國考察北斗二代,研究討論合作的事項(xiàng)。
第一站去的是武漢光谷北斗集團(tuán),參觀了中國最大的遙感衛(wèi)星地面接收站,第二站去的是黃石,參觀了建設(shè)中的中國-東盟北斗示范城,第三站參觀了北斗地球空間產(chǎn)業(yè)國際學(xué)院,第四站是參加“2014北斗技術(shù)與應(yīng)用國際培訓(xùn)班”,在兩院院士李德仁領(lǐng)銜的武漢大學(xué)測繪遙感國家生點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里連續(xù)學(xué)習(xí)了半個月。
行程安排是很講究的,先帶他們參觀,行程非常密集不容你思想懈怠,一處更比一處高端大氣上檔次的北斗產(chǎn)業(yè)園區(qū),令他們的眼睛瞪得越來越大,在內(nèi)心受到了震撼后,再由國際知名科學(xué)家李德仁院士親自授課,解答你國使用北斗的所有疑問,順便收獲了這些東盟專家的膝蓋。
泰國專家表示,有些GPS衛(wèi)星的信號泰國收不到,而北斗所有的衛(wèi)星信號都能接收到,當(dāng)然要參加北斗的“天眼”計(jì)劃,而且泰國現(xiàn)在已建成了首批CORS(連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng))。馬來西亞緊隨其后,將成為北斗“天眼”的下一個落戶的國家。
7、在漁業(yè)的應(yīng)用
北斗的首次成功應(yīng)用是2008年5月12日的汶川地震,甭看我們平時的通信非常方便,電話、短信、互聯(lián)網(wǎng)等手段很多,但其實(shí)都是高度依賴光纖和基站的,當(dāng)這 些基礎(chǔ)設(shè)施遭到大面積損壞時,你會發(fā)現(xiàn)QQ、微信、微博、短信…..所有平時很方便的通信手段全都完蛋了,除了靠吼之外簡直就沒有一點(diǎn)辦法。
那時候北斗還是一代系統(tǒng),雖然因?yàn)樾阅苤笜?biāo)比不過GPS和海事衛(wèi)星而被罵出了翔,但北斗一代在地震時卻發(fā)揮出了不受地面影響的優(yōu)勢,它的定位和短信能力充分 發(fā)揮了作用,成為了救援指揮部隊(duì)和前線救援人員最得力的通信助手,最大限度地保證了“72小時黃金搶救時間”的有效利用,彰顯了北斗服務(wù)民生的技術(shù)優(yōu)勢。
遠(yuǎn)洋漁業(yè)是個充滿危險的行當(dāng),遇到風(fēng)險時能得到及時得到救助非常重要,再節(jié)省的漁民都會備齊兩樣電子設(shè)備,一是GPS二是海事衛(wèi)星電話,以便遇到風(fēng)險時能及時求助?!?/p>
遇到風(fēng)險需要求救,首先要用GPS定好位,然后用海事衛(wèi)星電話通知岸上的救援隊(duì),告訴他們我遇險的GPS坐標(biāo),以便他們來救我。當(dāng)然也有用電臺的,但電臺的 可靠性不如海事衛(wèi)星電話,生死攸關(guān)時通不上可就抓瞎了。但是,養(yǎng)一部海事衛(wèi)星電話是很貴的,但為了關(guān)鍵時刻救命又不敢不養(yǎng),很多漁民對此很糾結(jié)。
北斗二代在亞太地區(qū)布網(wǎng)后,漁民有了一個新選擇,那就是裝北斗衛(wèi)星船載終端,北斗的雙向短信功能在漁船救險方面得到了完美應(yīng)用,遇到險情后一鍵求救,終端會自動把附帶著定位信息的求救短信通過衛(wèi)星發(fā)給岸上的救援隊(duì),實(shí)現(xiàn)了GPS+海事衛(wèi)星電話的功能,而且更加方便。
那這個終端貴嗎?政府大力推廣,將之列為安全機(jī)械設(shè)備,享受農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策,政府額外拿出了1個億,免費(fèi)為遼寧、山東、浙江、海南的1萬艘漁船安裝的北斗終端,后續(xù)再安裝的直接補(bǔ)貼九成,漁民只需要象征性的出一成的錢就可以安裝。
海事衛(wèi)星電話很貴,那北斗衛(wèi)星短信貴不貴呢?答案是一條三毛!這是有史以來最便宜的衛(wèi)星短信了,為啥這么便宜,有政府補(bǔ)貼唄,其實(shí)根本就沒考慮成本,收費(fèi)是象征性的。本來有專家建議免費(fèi),但怕漁民們沒事就發(fā)段子,過于浪費(fèi)衛(wèi)星信道資源,干脆就定一條三毛吧。
北斗衛(wèi)星的短信功能非常受歡迎,根據(jù)浙江省2011年的統(tǒng)計(jì),浙江漁民利用北斗衛(wèi)星發(fā)短信1300萬條,其中船與船互通604萬條,船與手機(jī)互通696萬條。
漁業(yè)省份在岸上大建基于北斗二代的漁業(yè)信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施,通過衛(wèi)星給漁船發(fā)送實(shí)時的天氣、海浪、赤潮、魚汛消息,甚至還有當(dāng)日漁市價格,幫助漁民決定捕撈哪種魚,漁民在海上就可以把漁獲信息傳到岸上,提前聯(lián)系好了賣家。
8、“兩客一危”與地基增強(qiáng)系統(tǒng)
“兩客一?!敝傅氖菑氖碌缆钒嗑€客運(yùn)、旅行包車、危險貨物運(yùn)輸車,這些都必須安裝電子定位裝置,并將運(yùn)行信息及時接入到全國的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)中。在交通管理部門的監(jiān)控大屏幕上,車輛的運(yùn)動狀態(tài)一目了然,超速闖禁行等違規(guī)駕駛行為會自動報(bào)警,這是一項(xiàng)保護(hù)人民生命安全的法規(guī)。
“兩客一?!钡姆秶€在擴(kuò)展,警車、公務(wù)車、校車也正在被納入到衛(wèi)星定位監(jiān)控系統(tǒng)之中,不僅僅是為了行車安全,還要監(jiān)控公車私用,車輛行駛路線清清楚楚,數(shù)據(jù)妥妥地存在數(shù)據(jù)庫里,由不得司機(jī)遮掩狡辯。
這種對特種車輛的衛(wèi)星監(jiān)控,以前要求使用GPS,現(xiàn)在被政府明令要求必須使用北斗二代。有些人為此質(zhì)疑過政府,以前基于GPS的系統(tǒng)本來就能完成任務(wù),現(xiàn)在為了推廣國產(chǎn)北斗就來硬的,這不是勞民傷財(cái)嗎?
這真不是功民傷財(cái),而是有著長遠(yuǎn)規(guī)劃的必要措施。中國正在籌劃搞北斗二代的地基增強(qiáng)系統(tǒng),在路燈桿、信號塔等地方架設(shè)北斗設(shè)備,形成北斗的地基增強(qiáng)系統(tǒng),與天基的衛(wèi)星相互配合,可達(dá)到米級以下的實(shí)時定位精度。
北斗二代的天基系統(tǒng)和地基系統(tǒng)一旦成功結(jié)合,那大貨車就再也不敢長期占用超車道了,而以前的GPS定位精度是10米,是無法區(qū)分車道的。給孩子戴的定位手表會更加精準(zhǔn)和靈敏,定位信息不再是“在某地附近”,而是精確到孩子站在哪塊地板磚上。
地基增強(qiáng)系統(tǒng)是要與天基系統(tǒng)密切配合的,如果把這個遍及全國的國字號系統(tǒng)搭建在美國GPS的基礎(chǔ)之上,那萬一人家收費(fèi)了呢?或者把底層數(shù)據(jù)屏蔽了,那我們就被會卡了脖子。我們已經(jīng)有了完全自主產(chǎn)權(quán)的北斗二代,自家的地基增強(qiáng)系統(tǒng)當(dāng)然要跟自家的北斗二代配對。
9、形變監(jiān)測與自動駕考
北斗二代的用途非常非常多,據(jù)統(tǒng)計(jì)有200多項(xiàng),例如有一項(xiàng)就是形變監(jiān)測,專門對水壩、大橋、高速公路等巨大建設(shè)物的沉降和變形做測量。網(wǎng)友們一定會疑問,北斗與GPS的精度都是10米,咋能搞如此細(xì)致的活計(jì)呢?這源于差分算法技術(shù)。
任何測量都是會有誤差的,而把多次測量后的結(jié)果統(tǒng)計(jì)平均,就會有效地減少誤差。衛(wèi)星定位的差分算法也是這個道理,一次定位的精度是10米,但把成千上萬次的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理,就有可能得到更加精準(zhǔn)的結(jié)果,甚至精確到毫米以下。
很顯然,測量的次數(shù)越多和時間越長則精度就越高,而建筑物的沉降和變形是緩慢的,正好可以利用這些特點(diǎn)來進(jìn)行高精度測量。把北斗設(shè)備固定在建筑特上面,令它 自動地接收定位信息,攢足了一個月的海量定位數(shù)據(jù)后進(jìn)行差分計(jì)算,精度在毫米以下的定位數(shù)據(jù)就算出來了,這比人工測量方便和準(zhǔn)確的多。
很多偏遠(yuǎn)監(jiān)測點(diǎn)是沒有手機(jī)信號的,基于GPS的形變監(jiān)測必須得人工采集,而使用北斗進(jìn)行形變監(jiān)測還有個好處就是數(shù)據(jù)可以直接通過北斗短信功能傳回基地,給它安個太陽能板就齊活了,定位、差分解算、數(shù)據(jù)回傳全部自動化。
在地面設(shè)施的配合下,北斗的實(shí)時定位精度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GPS,現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了80公里/小時情況下2厘米的精度,這就給另一種業(yè)務(wù)提供了技術(shù)手段,那就是基于北斗二代系統(tǒng)的無考官駕考。
現(xiàn)在的倒車入庫等駕考項(xiàng)目已經(jīng)有電子監(jiān)控了,壓線就會報(bào)警,但路考還得有考官。以后的全部駕駛課目考試可能被北斗系統(tǒng)全面取代,在考試車上安裝北斗接收機(jī),無論是倒庫還是路考,系統(tǒng)都會精確實(shí)時記錄車輛軌跡,并自動評分,會比考官更嚴(yán)格和公正。
10、北斗二代的政府推廣
北斗二代是國字號工程,政府當(dāng)然會推廣,但推廣的路子跟以前很不一樣了。大約七八年前吧,手機(jī)上有了Wi-Fi功能,而中國政府覺得這個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不好,于是推出了國家自主知識產(chǎn)權(quán)的WAPI標(biāo)準(zhǔn),試圖以此取代Wi-Fi。其實(shí)并不是只有中國這么干,韓國也推出了自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并抵制Wi-Fi。
Wi-Fi技術(shù)簡潔便于推廣,這也是它風(fēng)靡全球的重要原因,但它也有死穴,那就是單向的安全機(jī)制并不可靠。前陣子3.15晚會上有帶眼罩的網(wǎng)絡(luò)安全人員現(xiàn)場表演 了劫持觀眾手機(jī)信息,媒體也經(jīng)??鞘謾C(jī)用戶接入免費(fèi)Wi-Fi導(dǎo)致?lián)p失的報(bào)道,這都是Wi-Fi先天技術(shù)缺陷所致。
中國的WAPI標(biāo)準(zhǔn)是雙向安全認(rèn)證的,的確比Wi-Fi更安全,政府為了推廣它而把行貨手機(jī)的Wi-Fi功能閹割了,想要Wi-Fi功能的話只能買水貨手機(jī)。此舉引來很多人 的不滿,但最終也沒擋著Wi-Fi的流行,后來就低調(diào)放開了,行貨手機(jī)上也有了Wi-Fi,而WAPI并沒有推廣開,現(xiàn)在只是在軍隊(duì)等有保密要求的場所使 用。韓國政府抵制Wi-Fi的行動也同樣地失敗了。
中國政府在推廣北斗二代方面顯然有了新的思路,不再用行政力量去限制其競爭技術(shù)了,而 是采用免費(fèi)或補(bǔ)助的方式來利誘,事實(shí)證明這招更加有效。例如漁船安裝北斗設(shè)備,政府并不禁止?jié)O民繼續(xù)使用GPS和海事衛(wèi)星電話,而在給北斗設(shè)備提供大量補(bǔ) 助,衛(wèi)星短信也只是象征性地收費(fèi),明顯北斗方案更劃算,漁民當(dāng)然會裝北斗而棄用GPS和海事衛(wèi)星電話。
北斗二代有200多項(xiàng)應(yīng)用,需要全社會的高科技企業(yè)去研究開發(fā),不斷提供更好的北斗產(chǎn)品,這樣才能把北斗產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。中國已經(jīng)有了不少搞定位導(dǎo)航的高科技企業(yè),它們大多是搞GPS起家 的,政府的科技部門請這些老總來開會,領(lǐng)導(dǎo)講話言簡意賅:歡迎各位繼續(xù)搞GPS的研究開發(fā),政府絕不會限制和干擾,但如果搞北斗二代項(xiàng)目的話,會享受高科 技企業(yè)的免稅政策,還會從某處得到支持資金。
北斗二代的技術(shù)體制與GPS差不多,由GPS轉(zhuǎn)向北斗并不難,政府劃下道了,企業(yè)老總都是人精,紛紛表態(tài)要改道搞北斗項(xiàng)目,政府的錢不拿白不拿。被請來開會的還有高校教授,領(lǐng)導(dǎo)又說了,政府有一筆北斗科研的經(jīng)費(fèi),歡迎教授們來立項(xiàng),教授們也紛紛 表示要申請北斗科研項(xiàng)目,誰忒么還傻乎乎地繼續(xù)研究GPS啊,美國政府又不給錢。
領(lǐng)導(dǎo)又說了,企業(yè)有資金設(shè)備的優(yōu)勢,高校有人材技術(shù)的優(yōu) 勢,不如強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,把教授帶的研究生放在企業(yè)去做北斗科研,由企業(yè)出場地出設(shè)備出資金,研究生搞出的成果除了供他們畢業(yè)拿學(xué)位,還可作為該企業(yè)的技術(shù)創(chuàng) 新。企業(yè)老總和高校教授都覺得這個主意不錯,于是在政府牽線下紛紛結(jié)起了對子,領(lǐng)導(dǎo)管這個叫作北斗產(chǎn)業(yè)推廣聯(lián)盟。
政府推廣新產(chǎn)業(yè)的路子變了,不再像推WAPI那樣強(qiáng)行閹割Wi-Fi了,而是使用了利益杠桿,企業(yè)老總和高校教授都得了利,政府出面組建了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也是政績,三方都很高興。
11、國際電信聯(lián)盟
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是電信業(yè)的第一要務(wù),國際電信聯(lián)盟就是負(fù)責(zé)制定國際電信規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的國際組織,在信息化時代它的的地位越來越重要。國際電信聯(lián)盟正在制定5G的關(guān)鍵技術(shù)、頻率范圍和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這是一件影響到全球電信業(yè)發(fā)展的大事。除此之外,它還接收各國的衛(wèi)星軌道和頻率的申請,并進(jìn)行備案和審批,這個國際組織具有非常重大的影響力。
20多年前中國政府選拔了一名優(yōu)秀的通信專業(yè)人士到國際電信聯(lián)盟工作,他數(shù)十年如一日地勤懇工作,業(yè)績斐然受人尊重,并一直干到了副秘書長的職位,并在新一屆選舉中成功地當(dāng)選了秘書長。
趙厚麟2015年1月1日正式上任國際電信聯(lián)盟秘書長,1月26日就被我們總理接見了,想必是有事要交代,據(jù)我猜測最有可能的是要求趙厚麟在兩件事上大力支持中國,一是5G二是北斗。
趙厚麟雖然是中國人,但他所在的組織是為全世界服務(wù)的,在國際電信聯(lián)盟官方網(wǎng)站的領(lǐng)導(dǎo)人介紹中,他們的履歷沒有國籍這一項(xiàng),有的只是出生地,趙的出生地是江蘇。
有個江蘇人在統(tǒng)管衛(wèi)星軌道和頻率的國際組織當(dāng)一把手,即使我們不走后門不要特權(quán),起碼也不會像以前那樣吃啞巴虧了,這當(dāng)然是一件好事。中國政府對北斗二代的決心很大,搞這種國字號工程的財(cái)力很足,對內(nèi)的推廣政策很有成效,對外積極談合作已有成果,還有國際電信聯(lián)盟的支持,占盡了天時地利人和,預(yù)計(jì)5000億的新產(chǎn)業(yè)正在浮出水面,北斗二代的前景非常樂觀。
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