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庆祝改革开放40年:有一种“中国智慧”叫北斗

来源: 南方日报网络版     时间: 2018-12-16 21:33:47
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   庆祝改革开放40年:有一种“中国智慧”叫北斗

  

  卫星导航系统能够为人类提供精准的时间坐标和空间坐标,它与能源、交通和通信一样,是国家战略基础设施。改革开放40年来,我国高度重视发展卫星导航系统,通过自主创新大力发展北斗卫星导航系统,使我国摆脱了对国外卫星导航系统的依赖,掌握了时空基准控制权、国际规则制定话语权,为国家安全和现代国防提供了战略保障。

  建成自己的卫星导航系统

  早在上世纪60年代,美国专为军队研制的子午仪卫星定位系统就投入使用了,这个系统就是GPS全球定位系统的前身。虽然在定位精度上有明显误差,但它验证了卫星定位的可行性。

  几乎同时,中国也开始了自己的卫星导航系统设计,但由于种种原因,项目最终搁浅。

  卫星导航系统是国家安全和经济社会发展不可或缺的信息基础设施,是大国地位和综合国力的重要标志。1994年,美国完成GPS系统24颗卫星全部星座布局。这一年,党中央、国务院、中央军委做出独立自主研制北斗卫星导航系统的重大战略决策,中国开始了自己的第一代卫星导航系统研制建设征程。

  基于我国国情,北斗建设者创造性地提出“先区域、后全球,先有源、后无源”的建设思路,按照“三步走”发展战略推进,先建立双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;然后完成3种轨道10余颗卫星发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时,以及短报文通信服务;最后建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统,形成全球无源服务能力。

  如果将卫星导航系统比喻为一棵大树,那么导航频率资源就是它的根。中国工程院院士、卫星导航定位总站高级工程师谭述森说,在卫星导航系统建设初始阶段,频率资源相对比较充沛,建设时间较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源冲突问题。到了北斗系统开建时,发达国家几乎将卫星导航频率瓜分殆尽,后发国家频率资源争夺战愈演愈烈。北斗第一代科学家先后与几十个国家开展了300多次艰苦谈判,这才争取到北斗系统发展所必需的宝贵频率资源。

  2007年4月14日,我国成功发射北斗试验星。两天后,也即4月16日,卫星开始发送信号。至此,中国正式启用北斗申报的频率资源,标志着我国自主研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。

  核心技术不再受制于人

  时间精度和位置精度是卫星导航的核心。导航系统普遍运用原子钟维持时间精度,原子钟也因此被人们称为导航卫星的“心脏”。

  过去,世界上只有少数国家能够制造卫星导航系统使用的高精度原子钟。在建设北斗之前,我国也没有这项能力。“进口钟价格非常昂贵。不过,这还不是最大的问题。关键技术掌握在别人手里意味着北斗系统存在重大安全隐患。”专家告诉经济日报-中国经济网记者。

  在北斗二号建设过程中,中科院武汉物理与数学研究所、航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位对星载铷原子钟一系列关键技术展开攻关。当时,多次深入科研一线的北斗系统总师、“两弹一星”元勋孙家栋就坚定地表示:“我们自己的导航卫星一定要用我们自己研制的原子钟!”

  2005年,航天科工集团二院203所交付了我国首批两台星载铷原子钟工程化初样鉴定机,标志着我国原子钟自主化进程迈出了关键一步。2007年我国自主研制的星载铷原子钟正式上天服役,北斗人用不到两年的时间就打破了国外垄断。

  在刚刚建成的北斗三号卫星系统中,我国采用了更高性能铷原子钟。新一代铷原子钟每天的频率稳定度较北斗二号区域导航系统提高了10倍,达到世界先进水平。“星钟精度的通俗指标是10万年差1秒,我们现在已经达到300万年差1秒的精度了。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风说,这项新技术直接推动北斗三号卫星的定位精度由10米跨越到后续全球系统米级分辨率。

  卫星的研制与发射只是北斗导航系统研究中的一部分,要让北斗系统真正发挥作用,导航芯片的开发研究至关重要。长期以来,芯片技术缺失严重制约了北斗的产业化进程。直到最近几年,我国终于建立起完整的产业链,工艺产能也有了大幅提升,国产北斗芯片工艺由0.35微米提升到28纳米,最低单片价格仅为6元,总体性能达到甚至优于国外同类产品。目前,国产北斗芯片累计销量突破6500万片,高精度OEM板和接收机天线已分别占据国内市场30%和90%的份额。

  从“天上好用”到“地上用好”

  2016年5月18日,国家北斗地基增强系统正式投入运行。该系统通过在地面建立地基增强站,以定位算法获得定位数据差分信息,再开展大范围播发,可以帮助各类终端实现高精准定位。目前,北斗地基增强系统基本系统的研制建设工作已经完成,并进入试运行阶段,具备为用户提供广域实时米级、分米级、厘米级和后处理毫米级定位精度的能力。

  基于北斗的高精度服务,北斗系统在我们的生活中几乎“无所不能,无处不在”。数据显示,截至2017年底,北斗已在公安、交通、渔业、电力、林业、减灾等行业得到广泛使用,并服务于智慧城市建设和社会治理;建成全球最大的GNSS车联网平台;帮助公安出警时间缩短近20%,突发重大灾情上报时间缩短至1个小时内,应急救援响应效率提升2倍;全国4万余艘渔船安装北斗,累计救助渔民超过1万人。

  依托移动通信、汽车制造、互联网三大产业,北斗系统实现了跨越式发展。目前,北斗系统已形成包括基础产品、应用终端、运行服务等较为完整的北斗产业体系,北斗高精度定位技术在未来城市、自动驾驶、智能手机、共享单车及无人机应用等各领域均得到广泛应用。另据统计,北斗系统应用产品已经进入70多个国家和地区,包括30多个“一带一路”相关国家和地区。

  “天上好用,地上用好。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,我国计划于2020年底建成世界一流的全球系统,并在此基础上加快构建基于北斗的国家综合定位、导航、授时体系。届时,世界任何一个地方都能用上北斗提供的高精度、高可靠定位、导航、授时服务了。(经济日报-中国经济网记者 姜天骄)


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