譚述森院士：中國(guó)的北斗也是世界的北斗

       北斗全球組網(wǎng)后，我們還需要GPS嗎？未來(lái)的太空戰(zhàn)爭(zhēng)中國(guó)準(zhǔn)備好了嗎？通信、導(dǎo)航、遙感各自為政如何解決？目前，中國(guó)已經(jīng)擁有一個(gè)可以公開和歐洲、美國(guó)人競(jìng)爭(zhēng)的通信頻率，你知道是什么嗎？        如果你也對(duì)上述問(wèn)題有同樣的疑惑，恭喜，你來(lái)對(duì)地方了。

       近日，北斗二號(hào)的主要參與者中國(guó)工程院院士譚述森，在中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)舉辦的第一個(gè)會(huì)員活動(dòng)日上，做了題為《北斗系統(tǒng)歷史性成就與轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)》的學(xué)術(shù)報(bào)告，詳細(xì)講述了中國(guó)北斗的發(fā)展歷程、21世紀(jì)全球GNSS領(lǐng)域的三大成就、敘利亞太空戰(zhàn)爭(zhēng)給中國(guó)航天的啟示、中國(guó)航天與美國(guó)和歐洲的差距、以及新一代北斗的全新使命。 

       譚述森院士是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位總站高級(jí)工程師，是我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要開拓者和建設(shè)者，北斗一代地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、北斗二代工程副總設(shè)計(jì)師、中國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項(xiàng)工程副總設(shè)計(jì)師。譚院士這一生為中國(guó)北斗事業(yè)乃至世界GNSS導(dǎo)航事業(yè)，做出來(lái)巨大貢獻(xiàn)。

        現(xiàn)在，就讓我們一起聆聽譚述森院士對(duì)中國(guó)北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)的解讀。

        1. 北斗系統(tǒng)的三步走 

       北斗的發(fā)展歷史，是一個(gè)持續(xù)創(chuàng)新、開拓進(jìn)取的歷程。 

       第一步，北斗一號(hào)——中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1994年立項(xiàng)，2003年建成并正式運(yùn)行，3顆GEO衛(wèi)星組成了全球第三個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋中國(guó)國(guó)土及周邊。首次解決了“我們?cè)谀睦铩钡母締?wèn)題。

        第二步，北斗二號(hào)——區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2004年立項(xiàng)，2012年建成并開始進(jìn)行區(qū)域服務(wù)，包含14顆衛(wèi)星，覆蓋亞太地區(qū)。北斗二號(hào)確立了北斗的技術(shù)體制，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)導(dǎo)航與定位報(bào)告雙模融合、三頻信號(hào)全星座播發(fā)。在服務(wù)性能上與GPS相當(dāng)，部分關(guān)鍵性能上實(shí)現(xiàn)超越。

        第三步，北斗三號(hào)——全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2009年立項(xiàng)，計(jì)劃于2020年建成，包含35顆衛(wèi)星，覆蓋全球。北斗三號(hào)將實(shí)現(xiàn)高精度定位授時(shí)、航行跟蹤、生命救援。

        2. 21世紀(jì)GNSS的三大成就  

        第一大成就：成功構(gòu)建四大全球系統(tǒng)。

        進(jìn)入21世紀(jì)后，GNSS領(lǐng)域由2個(gè)全球系統(tǒng)增加到4個(gè)全球系統(tǒng)、兩個(gè)區(qū)域系統(tǒng)、以及若干個(gè)星級(jí)增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）。

        其中美國(guó)GPS和俄羅斯格洛納斯早已建成，但這兩個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星和地面設(shè)施的更新并沒(méi)有停止。而歐洲伽利略經(jīng)過(guò)上個(gè)月的發(fā)射，衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到26顆，其中約有22顆衛(wèi)星可以正常提供服務(wù)，從衛(wèi)星數(shù)量上也可稱得上全球系統(tǒng)了，同時(shí)，伽利略計(jì)劃2019年宣布全球運(yùn)行，如果計(jì)劃成功，就會(huì)比中國(guó)還要提前成功構(gòu)建全球系統(tǒng)。

        第二大成就：GNSS達(dá)成了互操作共識(shí)。

        每個(gè)對(duì)北斗三號(hào)系統(tǒng)充滿期待的人，都會(huì)有這樣一個(gè)疑問(wèn)：

        當(dāng)2020年北斗三號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)后，我們是否就不再需要GPS了？ 

       譚院士明確的告訴我們：不會(huì)。

        四大全球?qū)Ш较到y(tǒng)和兩個(gè)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，共有衛(wèi)星140多顆，這個(gè)數(shù)量太多了。衛(wèi)星數(shù)量太多，不但不能提高定位精度，同時(shí)還會(huì)相互干擾，所以，世界各國(guó)正在達(dá)成GNSS互操作共識(shí)。

        所謂的互操作，就是每個(gè)系統(tǒng)都把最好的衛(wèi)星貢獻(xiàn)出來(lái)，達(dá)成一定的協(xié)議，組成包含70-80顆導(dǎo)航衛(wèi)星的全球系統(tǒng)，這樣每個(gè)系統(tǒng)都可以用相同結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，同時(shí)相比每一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，精度提高一倍。具體來(lái)說(shuō)，互操作后精度將達(dá)到全球動(dòng)態(tài)分米級(jí)、靜態(tài)厘米級(jí)、局域測(cè)量毫米級(jí)。

        因此，我們不能說(shuō)有了北斗之后就不需要GPS，那不是我們的初衷，也不是世界的北斗的初衷。

        目前，中國(guó)北斗系統(tǒng)和其他三個(gè)全球?qū)Ш较到y(tǒng)，已經(jīng)成功簽訂了互操作協(xié)議。2010年9月，在成都簽署北斗與GPS兼容與互操作協(xié)議；2015年1月，在捷克布拉格，簽署北斗與伽利略兼容與互操作協(xié)議；2015年9月，在莫斯科簽署北斗和格洛納斯兼容與互操作協(xié)議。中國(guó)北斗真正成為了世界的北斗。

        第三大成就：北斗Bs頻率獲得全球?qū)Ш胶戏ǖ匚弧?/strong>

        2012年1月，WAC-2012大會(huì)上通過(guò)了中國(guó)Bs頻率（2483.5MHz- 2500MHz）全球RNSS導(dǎo)航服務(wù)業(yè)務(wù)決議，中國(guó)軍用導(dǎo)航頻率帶寬由全球第四位（28MHz）躍升至第二位（44.5MHz）。

        中國(guó)擁有了這個(gè)頻率以后，意味著在今后的全球生命救援、航行跟蹤、戰(zhàn)場(chǎng)跟蹤、導(dǎo)彈跟蹤、武器跟蹤等方面，我們有了一個(gè)可以公開和歐洲、美國(guó)人競(jìng)爭(zhēng)的通信頻率，為導(dǎo)航與通信深度融合提供了機(jī)會(huì)，國(guó)家航行安全獲得主控權(quán)。目前，北斗三個(gè)軌道的衛(wèi)星都搭載了Bs。

        因此，獲得Bs頻率對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)，可謂是GNSS領(lǐng)域的一大盛事。

        3. 智能時(shí)代的通導(dǎo)遙一體化勢(shì)在必行 

       現(xiàn)在社會(huì)已經(jīng)走過(guò)機(jī)械化、信息化，到了智能時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，通信、導(dǎo)航和遙感還能各自為政嗎？譚院士通過(guò)無(wú)人駕駛汽車案例告訴我們：無(wú)論是市場(chǎng)還是戰(zhàn)場(chǎng)，三者都不能再單打獨(dú)斗，我們需要根據(jù)任務(wù)導(dǎo)向去做導(dǎo)航系統(tǒng)，來(lái)提高北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)能力。另外，中國(guó)不可能再建一個(gè)通信系統(tǒng)，所以中國(guó)北斗不僅要做好導(dǎo)航，還要承擔(dān)通信系統(tǒng)功能，包括北斗Ka鏈路和L/S鏈路。

        無(wú)人駕駛汽車，就是一個(gè)完整的通導(dǎo)遙結(jié)合體。

        美國(guó)GPS在1994年就已經(jīng)建成，也就是說(shuō)從那個(gè)時(shí)候開始，他們就開始思考“GPS怎么用”這個(gè)問(wèn)題，而無(wú)人駕駛就是他們選定的應(yīng)用領(lǐng)域之一，因?yàn)闊o(wú)人駕駛既可以用在民用領(lǐng)域，也可以走向戰(zhàn)場(chǎng)。

        無(wú)人駕駛是代表航天系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景，這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)后，未來(lái)作戰(zhàn)方式將會(huì)發(fā)生巨大變化，包括前不久敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)中，沒(méi)有見到一個(gè)士兵，同時(shí)用過(guò)的武器全部被自動(dòng)銷毀，未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)是一個(gè)什么樣的局面？美國(guó)和特朗普比我們想得更早、更清楚。

        無(wú)人駕駛汽車至少要解決三個(gè)問(wèn)題：一是芯片，這是我們的痛；第二要用網(wǎng)絡(luò)傳輸，至少能視頻傳輸；第三是要有高精度電子地圖。在這些基礎(chǔ)上，通過(guò)電子大腦的融合計(jì)算與決策才能完成無(wú)人駕駛。

        所以GNSS的應(yīng)用應(yīng)該與工業(yè)制造同步發(fā)展，如果說(shuō)中國(guó)2025的制造沒(méi)有完成，那我們要想在無(wú)人駕駛領(lǐng)域里面有所作為，是非常困難的。

        無(wú)人駕駛汽車上，裝有攝像頭、激光雷達(dá)、定位器、測(cè)距器，還有導(dǎo)航系統(tǒng)。其中高精度導(dǎo)航屬于導(dǎo)航領(lǐng)域，高精度地圖屬于導(dǎo)航和遙感，高靈敏傳感器屬于遙感，電子數(shù)字技術(shù)屬于導(dǎo)航、通信和遙感，高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)屬于通信，可以說(shuō)一臺(tái)無(wú)人駕駛汽車，就是通信導(dǎo)航遙感走向融合的具體物化。

        4. 各國(guó)航天現(xiàn)狀對(duì)比  

       美國(guó)：
       美國(guó)之所以成為航天強(qiáng)國(guó)，是因?yàn)槊绹?guó)正確的航天策略。美國(guó)的航天策略，一是理論、二是技術(shù)、三是要制定相應(yīng)的政策。而從上世紀(jì)九十年代開始，中國(guó)人就再不關(guān)心理論研究，但理論卻是一切技術(shù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。

        美國(guó)對(duì)航天的定義是，借助大型類永久性航天平臺(tái)，利用無(wú)線電波或者電磁波（含紅外、可見光、紫外線）傳播特色以及電子數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球及其他星體的探測(cè)，完成對(duì)地球及其他星體的認(rèn)知，從而制定太空戰(zhàn)略與戰(zhàn)役策略。

        這個(gè)定義的關(guān)鍵是美國(guó)使用了電磁波技術(shù)，無(wú)論是導(dǎo)航、通信、遙感，如果不與電子技術(shù)打交道，很難實(shí)現(xiàn)突破。

        目前，美國(guó)擁有衛(wèi)星593顆，衛(wèi)星數(shù)量居全球首位，但對(duì)于航天的重視卻更加突出。美國(guó)制定了《空間對(duì)抗作戰(zhàn)條例》，建立了航天部隊(duì)，2017年特朗普上任后又宣布恢復(fù)“國(guó)家航天委員會(huì)”，今年4月在敘利亞完成以天對(duì)地的戰(zhàn)役后， 6月組建“太空部隊(duì)”，成為美國(guó)第六軍種，NASA航天局負(fù)責(zé)航天裝備。

        俄羅斯：

        俄羅斯也是一個(gè)老牌航天大國(guó)，現(xiàn)有衛(wèi)星135顆。俄羅斯也成立了獨(dú)立太空軍，并制定了空軍作戰(zhàn)條令。

        歐洲：

        歐洲也有歐盟航天機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一管理歐洲航天各項(xiàng)事宜。

        中國(guó)： 

       中國(guó)航天系統(tǒng)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，取得了很大成績(jī)，局部技術(shù)進(jìn)步顯著，衛(wèi)星總數(shù)超過(guò)200顆（包括北斗），此外，一些民間機(jī)構(gòu)也宣稱要發(fā)射一千多顆小衛(wèi)星。

        但是中國(guó)應(yīng)該關(guān)心的問(wèn)題還有很多，比如中國(guó)航天戰(zhàn)略目標(biāo)是什么？這一點(diǎn)有沒(méi)有看得那么清楚；另外，誰(shuí)是領(lǐng)導(dǎo)中國(guó)航天的最高權(quán)利機(jī)構(gòu)？這些問(wèn)題都需要我們深思。

        此外，行業(yè)隔離嚴(yán)重，遙感衛(wèi)星覆蓋利用率低，缺乏最佳全球移動(dòng)通信頻率，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)資源共享的全球高速數(shù)據(jù)鏈。比如，中國(guó)現(xiàn)在的通信、導(dǎo)航、遙感是三支隊(duì)伍，互不干涉。遙感衛(wèi)星本來(lái)就是全球覆蓋，結(jié)果因?yàn)闆](méi)有網(wǎng)絡(luò)，所以只能在頭頂上下載部分遙感影像，利用率非常低，所以即使我們建成了一個(gè)全球上百顆衛(wèi)星組成的遙感系統(tǒng)，發(fā)揮的作用非常有限，也造成了極大浪費(fèi)。再如，全球L、S移動(dòng)通信頻率共132MHz，中國(guó)除北斗占有33MHz外，其他系統(tǒng)沒(méi)有合法頻率，無(wú)法構(gòu)建全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。

        所以說(shuō)中國(guó)仍然不算是一個(gè)航天強(qiáng)國(guó)，中國(guó)最強(qiáng)的對(duì)手還是美國(guó)。但中國(guó)建立航天系統(tǒng)的目的不是為了戰(zhàn)爭(zhēng)，而是免戰(zhàn)，在和平環(huán)境中，更多的是為了話語(yǔ)權(quán)。

        因此，現(xiàn)在中國(guó)已經(jīng)有了一個(gè)基礎(chǔ)的北斗系統(tǒng)，應(yīng)該讓它多做一點(diǎn)事情，比如為遙感開辟高速公路，輔助信息下載，為作戰(zhàn)指揮提供力量。這些事情我們?cè)诒倍芬惶?hào)就做過(guò)了，現(xiàn)在需要把它不斷壯大，要少花錢、花一個(gè)系統(tǒng)的錢，只建一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，但一定要能夠得到又是同頻、又是遙感、又是生命救援等多項(xiàng)的受益，這就是我們的發(fā)展方向。

        5. 北斗轉(zhuǎn)型助力航天戰(zhàn)略回歸 

       為什么要進(jìn)行北斗轉(zhuǎn)型？一是要充分發(fā)揮北斗時(shí)空基準(zhǔn)的基礎(chǔ)性價(jià)值，二是要打破世界導(dǎo)航、通信、遙感獨(dú)立建設(shè)行業(yè)固化的藩籬，三是要為所有航天器提供公共數(shù)據(jù)鏈。

       北斗轉(zhuǎn)型總體目標(biāo)是北斗多用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不再是單一的導(dǎo)航系統(tǒng)，它應(yīng)該是多功能的衛(wèi)星無(wú)線電全球系統(tǒng)，它應(yīng)該承擔(dān)衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航、航行跟蹤、指揮調(diào)度、生命救援、快速通信、天基物聯(lián)，未來(lái)的戰(zhàn)咯目標(biāo)是成為近地空間全域物聯(lián)網(wǎng)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)。這些都是現(xiàn)在社會(huì)的迫切需求，也是中國(guó)的短板，而中國(guó)不可能建那么多航天系統(tǒng)，只有在北斗現(xiàn)有基礎(chǔ)上構(gòu)成全球系統(tǒng)，我認(rèn)為這是最合適的。

        因此，我們要重新定義新時(shí)代的北斗功能：它是一個(gè)定位精度達(dá)亞米級(jí)的世界一流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；它應(yīng)該提供統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)的天基物聯(lián)網(wǎng)；還應(yīng)該是獲得對(duì)地球認(rèn)知的天基無(wú)線電全球系統(tǒng)，是獲得制太空權(quán)的國(guó)家重器，從而輔助制天權(quán)、制海權(quán)、制陸地權(quán)；未來(lái)北斗天基物聯(lián)網(wǎng)模塊將實(shí)現(xiàn)太空物與太空物的聯(lián)網(wǎng)、太空物與地球物的聯(lián)網(wǎng)。

        所以國(guó)家的航天裝備體系應(yīng)該是由北斗系統(tǒng)作為時(shí)空基準(zhǔn)和數(shù)據(jù)鏈的基礎(chǔ)，支撐空天預(yù)警、空天遙感、空天探測(cè)、空天通信、空天打擊等目標(biāo)，要讓中國(guó)的北斗成為世界的北斗，我認(rèn)為我們就應(yīng)該擔(dān)當(dāng)起航天系統(tǒng)整體的任務(wù)，才能說(shuō)是世界的北斗。

來(lái)源：泰伯網(wǎng)