譚述森院士：中國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？未來的太空戰(zhàn)爭中國準(zhǔn)備好了嗎？通信、導(dǎo)航、遙感各自為政如何解決？目前，中國已經(jīng)擁有一個可以公開和歐洲、美國人競爭的通信頻率，你知道是什么嗎？        如果你也對上述問題有同樣的疑惑，恭喜，你來對地方了。

       近日，北斗二號的主要參與者中國工程院院士譚述森，在中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會舉辦的第一個會員活動日上，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)報告，詳細(xì)講述了中國北斗的發(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)爭給中國航天的啟示、中國航天與美國和歐洲的差距、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)航定位總站高級工程師，是我國北斗衛(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北斗事業(yè)乃至世界GNSS導(dǎo)航事業(yè)，做出來巨大貢獻(xiàn)。

        現(xiàn)在，就讓我們一起聆聽譚述森院士對中國北斗全球?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，是一個持續(xù)創(chuàng)新、開拓進(jìn)取的歷程。 

       第一步，北斗一號——中國衛(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衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，覆蓋中國國土及周邊。首次解決了“我們在哪里”的根本問題。

        第二步，北斗二號——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)航與定位報告雙模融合、三頻信號全星座播發(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——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。北斗三號將實(shí)現(xiàn)高精度定位授時、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個全球系統(tǒng)增加到4個全球系統(tǒng)、兩個區(qū)域系統(tǒng)、以及若干個星級增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）。

        其中美國GPS和俄羅斯格洛納斯早已建成，但這兩個系統(tǒng)的衛(wèi)星和地面設(shè)施的更新并沒有停止。而歐洲伽利略經(jīng)過上個月的發(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，伽利略計(jì)劃2019年宣布全球運(yùn)行，如果計(jì)劃成功，就會比中國還要提前成功構(gòu)建全球系統(tǒng)。

        第二大成就：GNSS達(dá)成了互操作共識。

        每個對北斗三號系統(tǒng)充滿期待的人，都會有這樣一個疑問：

        當(dāng)2020年北斗三號系統(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。

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

        所謂的互操作，就是每個系統(tǒng)都把最好的衛(wèi)星貢獻(xiàn)出來，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)，這樣每個系統(tǒng)都可以用相同結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號，同時相比每一個單獨(dú)系統(tǒng)，精度提高一倍。具體來說，互操作后精度將達(dá)到全球動態(tài)分米級、靜態(tài)厘米級、局域測量毫米級。

        因此，我們不能說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，中國北斗系統(tǒng)和其他三個全球?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大會上通過了中國Bs頻率（2483.5MHz- 2500MHz）全球RNSS導(dǎo)航服務(wù)業(yè)務(wù)決議，中國軍用導(dǎo)航頻率帶寬由全球第四位（28MHz）躍升至第二位（44.5MHz）。

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

        因此，獲得Bs頻率對于中國人來說，可謂是GNSS領(lǐng)域的一大盛事。

        3. 智能時代的通導(dǎo)遙一體化勢在必行 

       現(xiàn)在社會已經(jīng)走過機(jī)械化、信息化，到了智能時代，在這個時代，通信、導(dǎo)航和遙感還能各自為政嗎？譚院士通過無人駕駛汽車案例告訴我們：無論是市場還是戰(zhàn)場，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)，來提高北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)能力。另外，中國不可能再建一個通信系統(tǒng)，所以中國北斗不僅要做好導(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。

        無人駕駛汽車，就是一個完整的通導(dǎo)遙結(jié)合體。

        美國GPS在1994年就已經(jīng)建成，也就是說從那個時候開始，他們就開始思考“GPS怎么用”這個問題，而無人駕駛就是他們選定的應(yīng)用領(lǐng)域之一，因?yàn)闊o人駕駛既可以用在民用領(lǐng)域，也可以走向戰(zhàn)場。

        無人駕駛是代表航天系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用場景，這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)后，未來作戰(zhàn)方式將會發(fā)生巨大變化，包括前不久敘利亞戰(zhàn)爭中，沒有見到一個士兵，同時用過的武器全部被自動銷毀，未來的戰(zhàn)場是一個什么樣的局面？美國和特朗普比我們想得更早、更清楚。

        無人駕駛汽車至少要解決三個問題：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，通過電子大腦的融合計(jì)算與決策才能完成無人駕駛。

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

        無人駕駛汽車上，裝有攝像頭、激光雷達(dá)、定位器、測距器，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，可以說一臺無人駕駛汽車，就是通信導(dǎo)航遙感走向融合的具體物化。

        4. 各國航天現(xiàn)狀對比  

       美國：
       美國之所以成為航天強(qiáng)國，是因?yàn)槊绹_的航天策略。美國的航天策略，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)。

        美國對航天的定義是，借助大型類永久性航天平臺，利用無線電波或者電磁波（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)對地球及其他星體的探測，完成對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。

        這個定義的關(guān)鍵是美國使用了電磁波技術(shù)，無論是導(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，美國擁有衛(wèi)星593顆，衛(wèi)星數(shù)量居全球首位，但對于航天的重視卻更加突出。美國制定了《空間對抗作戰(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)“國家航天委員會”，今年4月在敘利亞完成以天對地的戰(zhàn)役后， 6月組建“太空部隊(duì)”，成為美國第六軍種，NASA航天局負(fù)責(zé)航天裝備。

        俄羅斯：

        俄羅斯也是一個老牌航天大國，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： 

       中國航天系統(tǒng)經(jīng)過40多年的發(fā)展，取得了很大成績，局部技術(shù)進(jìn)步顯著，衛(wèi)星總數(shù)超過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。

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

        此外，行業(yè)隔離嚴(yán)重，遙感衛(wèi)星覆蓋利用率低，缺乏最佳全球移動通信頻率，沒有實(shí)現(xiàn)資源共享的全球高速數(shù)據(jù)鏈。比如，中國現(xiàn)在的通信、導(dǎo)航、遙感是三支隊(duì)伍，互不干涉。遙感衛(wèi)星本來就是全球覆蓋，結(jié)果因?yàn)闆]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移動通信頻率共132MHz，中國除北斗占有33MHz外，其他系統(tǒng)沒有合法頻率，無法構(gòu)建全球移動通信系統(tǒng)。

        所以說中國仍然不算是一個航天強(qiáng)國，中國最強(qiáng)的對手還是美國。但中國建立航天系統(tǒng)的目的不是為了戰(zhàn)爭，而是免戰(zhàn)，在和平環(huán)境中，更多的是為了話語權(quán)。

        因此，現(xiàn)在中國已經(jīng)有了一個基礎(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。這些事情我們在北斗一號就做過了，現(xiàn)在需要把它不斷壯大，要少花錢、花一個系統(tǒng)的錢，只建一個導(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)揮北斗時空基準(zhǔn)的基礎(chǔ)性價值，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)星無線電全球系統(tǒng)，它應(yīng)該承擔(dān)衛(wèi)星無線電導(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。這些都是現(xiàn)在社會的迫切需求，也是中國的短板，而中國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代的北斗功能：它是一個定位精度達(dá)亞米級的世界一流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；它應(yīng)該提供統(tǒng)一時空基準(zhǔn)的天基物聯(lián)網(wǎng)；還應(yīng)該是獲得對地球認(rèn)知的天基無線電全球系統(tǒng)，是獲得制太空權(quán)的國家重器，從而輔助制天權(quán)、制海權(quán)、制陸地權(quán)；未來北斗天基物聯(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)。

        所以國家的航天裝備體系應(yīng)該是由北斗系統(tǒng)作為時空基準(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、空天通信、空天打擊等目標(biāo)，要讓中國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)，才能說是世界的北斗。

來源：泰伯網(wǎng)