zt“北鬥”係統的幾處硬傷對軍事應用的限製(圖)

資料圖：北鬥衛星定位示意圖

一、中國“北鬥”係統後起之秀，挑起“四強爭霸”局麵

4月14日，北鬥導航衛星北鬥M1順利升空，標誌著我國自行研製的北鬥衛星導航係統進入新的發展建設階段。美國、俄羅斯、英國、法國等國的主流媒體和港台媒體均在第一時間報道了此次中國成功進行衛星發射的消息。國際輿論普遍認為，這標誌著中國的北鬥衛星導航係統又向前大大推進了一步，形成美、俄、歐、中在衛星導航係統上的“四強爭霸”格局。

中國一直在采取漸進的步驟發展空間導航衛星係統。第一顆導航衛星，也就是“北鬥-1A號”於2000年10月30日發射升空，衛星定位於東經140度的地球同步軌道，大約在新幾內亞島上空，這也是處於整個星座最東麵的一顆工作星。兩個月後的12月20日，中國又發射了第二顆地球同步導航衛星“北鬥-1B號”。在近兩年半的時間裏，它們是中國僅有的導航衛星，直到第三顆衛星的發射升空。 “北鬥-1C號”屬於導航定位係統的備份衛星；處於前兩顆工作星的中間，與前兩顆一起組成了中國自己完整的衛星導航定位係統。

北鬥導航試驗係統運行至今工作穩定、狀態良好，已在測繪、電信、水利、交通運輸、勘探和國家安全等諸多領域逐步發揮重要作用。

對於這第四顆“北鬥”衛星的上天，許多人猜測的是，這將是我國北鬥係統進行第二代的標誌，因為“北鬥”是雙星係統，兩顆星就足夠一個區域的運作了，第三顆星則是備份星。自然第四顆必然是第二代了。可是我認為並非如此，因為第一和第二顆北鬥衛星均是2000年發射的，這兩顆星的設計壽命是八年，今年已經進入了第七個年頭，進行必要的替換準備是很正常的，所以目前我們發射的第四顆星應該是作為替代使用的，當然性能方麵應該有所提高，但達到質的改變是不可能的，因為質的提升不是一兩顆星的問題，而是整個係統的問題。這顆星最大的可能性是一顆帶著明顯試驗性質的試驗星。

二、國際四大衛星導航係統的特性介紹

目前，美國GPS導航係統、俄羅斯GLONASS係統、剛剛啟動的歐洲“伽利略”係統已及中國的“北鬥”係統均各有優缺點，這四大係統中從技術和應用前景上看，GPS勝在成熟，伽利略勝在精準，GLONASS的最大價值就在於抗幹擾能力強，而中國的北鬥衛星導航係統的優勢則在於互動性和開放性。（前三個係統的工作原理基本相同，都是三星定位，隻有中國選擇了雙星定位）


資料圖：美軍GPS衛星定位

與GPS相比，伽利略係統在許多方麵具有優勢，例如其衛星數量多達30顆，其衛星軌道位置比GPS高。伽利略可為地麵用戶提供3種類型的信號供選擇，其中包括免費信號、加密且需交費才能使用的信號、加密且可以符合更高要求的信號。

此外，伽利略衛星定位係統信號的最高精度比GPS高10倍，確定物體的誤差範圍在1米之內。正如有關專家所說：“如今的GPS隻能找到街道，而伽利略卻能找到車庫的門。”而俄國的格洛納斯由24顆衛星組成，也是由軍方負責研製和控製的軍民兩用導航定位衛星係統。盡管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗幹擾能力卻是最強的。

中國自行研製生產的北鬥衛星導航係統不僅具備在任何時間、任何地點為用戶確定其所在的地理經緯度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所創新。北鬥係統與其他係統最大的不同，在於它不僅能使用戶知道自己的所在位置，還可以告訴別人自己的位置，特別適用於需要導航與移動數據通信場所。此外，中國還致力於提高北鬥衛星導航係統與其他全球衛星導航係統的兼容性，促進衛星定位、導航、授時服務功能的應用。

三、“北鬥”係統的工作原理

“北鬥”係統通過雙星定位方式來工作，還有一顆是雜軌備份星。該係統用兩顆經度上相距60度的地球靜止衛星對用戶雙向測距，由1個配有電子高程圖的地麵中心站定位，另有幾十個分布於全國的參考標校站和大量用戶機。

它的定位原理是：以兩顆衛星的已知坐標為圓心，各以測定的本星至用戶機距離為半徑，形成2個球麵，用戶機必然位於這2個球麵交線的圓弧上。電子高程地圖提供的是一個以地心為球心，以地心至地球表麵高度為半徑的非均勻球麵。求解圓弧線與地球表麵交點即可獲得用戶位置。

四、“北鬥”係統的幾處硬傷對軍事應用的限製

中國目前的“北鬥”導航係統仍然隻是一個初級係統，由於它存在著幾處難以克服的硬傷，因此目前在軍事上的應用十分有限，既使在未來由於這些硬傷是原理性的，所以也難有質的提高。目前“北鬥”存在的主要硬傷有以下幾點：


資料圖：北鬥衛星定位係統示意圖

1、 由於“北鬥”衛星導航定位係統是雙星係統，因此，衛星隻能提供一個二維空間的定位，所以還需要利用地麵控製中心的數值地圖資料厙或用戶自備的測高儀才能求得用戶的高度，並進一步確定用戶的三維坐標。若控製中心的數值地圖數據庫數據不夠準確，尤其是要拿到非本國的地理精確數據並不容易，定位出的位置數據就會有問題。

2、 “北鬥”衛星導航定位係統用戶的定位申請要送回地麵控製中心，經由中心控製係統解算出用戶的三維位置資料之後再發回用戶。無線電信號從地麵發出，經衛星返回地麵的上下行時間約為0.24—0.28秒，從用戶接收器應答測距信號到接收定位結果，信號經過兩次上下行鏈路的傳送，時間約需0.56秒，加上中心控製係統的計算時間，整個定位時間約需1秒鍾，即用戶接收器約可在1秒鍾完成定位。這1秒的定位時間對飛機、導彈這種高速運動的用戶嫌時間長，會加大定位的誤差，因此， “北鬥”係統目前隻能為車輛、船舶等慢速運動的用戶提供服務。

3、 由於“北鬥”衛星導航定位係統的客戶端需請求定位服務時，必須發出應答信號，即“有源應答”，如果使用者是軍方單位就會使自身失人隱蔽性，且這個定位服務要求的信號也可被敵方定位。

4、 “北鬥”衛星導航定位係統使用的衛星是同步軌道衛星，這意味著落地信號功率很小，因此，用戶機需要有較大天線(直徑達20厘米)才能接收信號，而且因“有源應答”運作方式，所以，用戶機還要包含發射機，因此在體積(普通型用戶機長20厘米、寬17.5厘米、高5.2厘米)、重量、耗電量，甚至價格都遠比GPS接收機來得大、重、耗電與貴，而且這麽大且重的用戶機，不要說是裝在導彈上，就是單兵使用都是一大負擔。

5、 同步衛星相對於終端來說，下行波束的角度很窄，也就是說，運動的地麵終端必須不斷調整天線的指向，在車船上，需要一整套的穩定裝置，而對於高速運動的設備，這是幾乎做不到的。

6、 “北鬥”係統在同一時間內服務用戶的數量受用戶可使用的通信頻率數量、詢問信號速率和用戶的響應速率等條件的限製，所以“北鬥”衛星導航定位係統的用戶設備容量是有限的，每秒鍾隻能容納150個用戶。雖然每個客戶端都有專用識別碼，不過一旦被破解，很容易使整個係統被敵人或有心人士以偽冒信號加以飽和，使係統癱瘓或者是傳送假信息，迷惑友軍。

7、 由於“北鬥”衛星導航定位係統中地麵控製中心扮演著係統關鍵角色，如：承轉衛星信息、解算用戶位置等，因此，一旦地而控製中心被毀，整個係統就不能運作了，這也是“北鬥”係統的致命傷。

這7項主要的硬傷均是由於“北鬥”係統的基本工作原理所決定了，（雙星定位、有源應答和同步軌道）而這些基本工作原理卻是很難改變的，除非從頭再來，隻有4、5、6這三項相對在原有的體係上是無法根除的，因此“北鬥”係統在軍事上的運用是十分有限的。

五、“北鬥”雙星定位係統的特性在軍事領域的運用

上麵提到了“北鬥”係統存在的許多硬傷製約了其在許多軍事領域方麵的應用，但同時也正是這些特性，使其在軍事領域的應用方麵有其獨到之處。“北鬥”係統在軍事領域的獨到應用主要表現在如下幾個方麵：


2007年4月14日4時11分，我國在西昌衛星發射中心用“長征三號甲”運載火箭，成功將一顆北鬥導航衛星送入太空。 新華社記者李剛攝

1、 由於“北鬥”衛星導航定位係統的簡短通信功能可進行“群呼”，如集團用戶中心發出的各種指令經“北鬥”指揮型用戶機上傳至“北鬥”衛星接著轉給地麵控製中心，再經出站鏈路傳至“北鬥”衛星向目標用戶轉發，使得集團用戶中心可對其下屬用戶進行指揮調度。另外，當用戶提出申請或按預定間隔時間進行定位時，不僅用戶知道門己的測定位置，而月-共調度指揮的上層單位或其他有關單位也可得知用戶所在位置。這項功能用在軍事上，意味著可主動進行各級部隊的定位，也就是說大陸各級部隊一旦配備“北鬥”衛星導航定位係統，除了可供自身定位導航外，高層指揮部也可隨時通過“北鬥”係統掌握部隊位置，並傳遞相關命令，對任務的執行有相當大的助益。換言之，大陸可利用“北鬥”衛星導航定位係統執行部隊指揮與管製及戰場管理。

2、 作為軍事終端用戶方，“北鬥”係統不僅僅是導航係統，還可以發揮部分的通訊功能，達到與上級部門或兄弟友鄰部隊的互通，使作戰的協調性得到質的提高。如果在此基礎上逐步完善信息係統則“北鬥”係統將會發揮出更大和更多的功能。

六、“北鬥”係統的提升和其他定位係統的引入

從上麵的分析大家可以看出，“北鬥”係統必須進行脫胎換骨式的改進才有可能真正的在軍事領域中發揮更大的作用，而如何對“北鬥”係統進行進一步的完善目前我國實行的是兩條腿走路的戰略。

1、 是積極參與歐洲“伽利略”係統的開發，目前我國是“伽利略”係統歐盟外的最大的投資方，通過投資參與研製，我們可以從中學到很多對我們及其有用的東西，對提升我們自己的“北鬥”係統也很有幫助。同時，我們也希望通過加入“伽利略”係統來取代或?略係統，一律不對包括中國在內的第三國開放使用。因此這種以歐製美的想法，不可能實現。

2、 剛剛發射升空的北鬥1D仍然屬於北鬥一代係列，不過它的任務除了進一步提高試驗係統的性能和可靠性外，還將參與二代係統的試驗。未來的北鬥衛星導航係統由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，從軌道高度看，北鬥M1和以往試驗星36000千米的高度不同，而與國外的GPS係統、GLONASS係統、伽利略係統衛星高度接近，這意味著它屬於北鬥係統30顆非靜止軌道衛星之一。M1的意思是中圓軌道(MEO)的首星，按照這個編名規則，以後發射的北鬥係列其它非靜止軌道衛星的名稱將從北鬥M2排到北鬥M30，靜止軌道(GEO)衛星則將從北鬥G1排到北鬥G5。和試驗係統不同，北鬥衛星導航係統即二代係統不僅具備在任何時間、任何地點為用戶確定其所在的地理經緯度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所創新

在結束這個帖子的時候，我無意間看見了一個報道，這個報道讓我的心涼了一半，由於存在著不少的硬傷“北鬥”係統在軍事領域的應用受到了一定的製約，許多功能沒有能夠很好的發揮，但對於使用要求相對低的民用領域應該來說是可以接受的啊。可是這個由中國工程院戚發韌經過詳實的調研後提出：中國研製成功的第一個擁有自主知識產權的北鬥衛星導航係統，目前在民用領域資源利用並不充分，幾近閑置。並且他在調研報告中明確寫到：北鬥係統本應擁有上百萬用戶的能力，目前卻隻有幾千個用戶。國家投入幾十億元，但利用很不充分，造成了資源的嚴重浪費。

笑傲江湖總被封

2007-4-28