“北斗”離我們有多遠：授時(shí)服務(wù)精度僅有10納秒

新聞背景

　　上周，我國成功發(fā)射第九顆北斗導航衛星。按照原定計劃，經(jīng)過(guò)與地面段的調試，今年10月北斗衛星導航系統將為用戶(hù)提供初始服務(wù)。

　　如果在某場(chǎng)誰(shuí)都不愿看到的戰爭沖突中，美國終止GPS對中國區域的服務(wù)，中國的精確制導武器怎樣克服“盲區”？

　　如果中國發(fā)生特大地震、海嘯等天災，在災區通訊設施失靈的情況下，怎樣實(shí)現“孤島”援救？

　　如果中國與外國發(fā)生上億的金融借貸，怎樣在精確的時(shí)間上實(shí)現國際同步，避免利息誤差造成的損失？

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　　這些重大問(wèn)題的解決，都離不開(kāi)衛星導航系統。

汶川抗震 反恐實(shí)戰 “北斗”已經(jīng)顯身手

　　如今提到衛星導航，人們自然會(huì )想到GPS，GPS儼然已經(jīng)成了衛星導航的代名詞。確實(shí)，在當前中國的衛星導航定位市場(chǎng)上，GPS的占有率高達95%以上。面對幾乎被GPS壟斷的民用市場(chǎng)，人們鮮有聽(tīng)到北斗的聲音。

　　雖然北斗衛星導航系統的建設還沒(méi)有全部完成，但是北斗衛星導航試驗系統已經(jīng)建成10余年。10年間，相關(guān)部門(mén)為它的應用推廣下足了功夫。在很多領(lǐng)域開(kāi)展了應用示范工程。

　　中國的老百姓真正開(kāi)始認識北斗應該是從2008年的汶川地震開(kāi)始的。隨著(zhù)天崩地裂的震動(dòng)，基礎設施和通訊設施全部被破壞，地震災區瞬間成為了信息孤島。在常規通訊手段失靈的情況下，中國衛星導航應用管理中心為救援部隊緊急配備了一千多臺北斗衛星導航試驗系統終端機。依靠北斗系統的定位和短報文功能，這些終端機迅速在災區織就了一張“天網(wǎng)”。一臺臺北斗終端就是這張天網(wǎng)上的一個(gè)個(gè)節點(diǎn)，救援隊利用北斗終端機的短報文功能實(shí)現了各點(diǎn)位之間以及點(diǎn)位與指揮部之間的信息聯(lián)絡(luò )。這樣的一張天網(wǎng)在災區創(chuàng )造了一個(gè)又一個(gè)生命救援的奇跡。在后來(lái)的玉樹(shù)地震和舟曲泥石流等災害中，北斗系統也同樣大顯神通，成為廢墟中生命的“守護神”。

　　提到北斗的應用，首當其沖的是其在軍隊中的應用。我軍建立了基于北斗試驗系統的面向陸軍的戰場(chǎng)和訓練指揮系統。包括戰場(chǎng)精密武器時(shí)間同步協(xié)調指揮，飛機、火箭的實(shí)時(shí)位置、軌道的確定等。在武器上應用北斗系統可以提高武器的精度。在實(shí)戰應用中，北斗系統也有精彩的表現。在一次清剿一個(gè)恐怖訓練營(yíng)的反恐行動(dòng)中，由于當地地形復雜，新疆軍區就是憑借直升機和北斗系統成功地完成了任務(wù)?，F在，在許多邊防團中，北斗導航終端也成了邊防官兵身邊必不可少的武器。在極其惡劣的條件下，正是北斗導航終端為他們指明了巡邏的路線(xiàn)，出色地完成了一次次的邊防巡邏任務(wù)。

　　短報文通信引以為傲的“中國特色”

　　前面我們提到了北斗的短報文通信功能。這一如同手機收發(fā)短信的功能使得衛星導航系統擁有了通信能力，這也正是北斗衛星導航系統與其他導航系統最大的區別，更是我們引以為傲的“中國特色”。

　　我們知道，導航衛星一直在空間發(fā)布不間斷的導航信號，我們利用導航終端接收這些信號并進(jìn)行解算就可以知道我們的位置，也就是說(shuō)，我們利用衛星導航系統可以知道我在哪里?？墒窃趯?shí)際生活中，我們不僅需要知道我在哪里，還需要知道你在哪里。比如在野外遇險的人員，搜救人員需要知道“你在哪里”才能開(kāi)展救援工作。利用北斗的雙向通訊功能就能解決知道“你在哪里”的問(wèn)題。

　　這一功能最成功的應用之一就是海洋漁業(yè)上的應用?？梢栽O想，當漁民駕著(zhù)漁船在移動(dòng)通訊信號早已無(wú)法覆蓋的遠洋區域進(jìn)行捕撈作業(yè)的時(shí)候，如果遭遇臺風(fēng)、漁船被劫持等風(fēng)險，在茫茫的大海上只知道“我在哪里”是沒(méi)有任何意義的。重要的是要讓救援人員能夠知道“你在哪里”。北斗系統的短報文通信功能正可以把這些重要的信息傳遞出來(lái)從而為救援工作指引方向。同樣利用這一功能，漁政部門(mén)可以及時(shí)將臺風(fēng)警報發(fā)給所有安裝了北斗衛星導航系統的遠洋漁船，讓他們及時(shí)回港避險。正是因為有了這些實(shí)用的功能，北斗衛星導航系統被南海漁民親切地稱(chēng)為 “千里眼”。

　　授時(shí)服務(wù)精度可達10納秒

　　在金融、電力、電信領(lǐng)域，讓所有的系統、設備有一個(gè)統一、精確的時(shí)間基準是非常重要的。然而生活常識告訴我們，無(wú)論是我們的手表還是電腦上的時(shí)間，誤差都非常大。系統時(shí)間的誤差對于這些領(lǐng)域來(lái)說(shuō)往往是致命的。

　　對銀行系統精確授時(shí)的意義，衛星導航領(lǐng)域的權威專(zhuān)家楊元喜院士曾經(jīng)打過(guò)這樣一個(gè)比方：“假設我們借美國2000億美元，應該在今天零點(diǎn)之前還。如果我們的銀行系統的時(shí)間不準確，導致我們在零點(diǎn)零一秒還，多一天的利息會(huì )是一個(gè)龐大的數字?！?/P>

　　在電力系統，如果電力傳輸設備運行時(shí)間不同步，輕則運行設備失控，影響正常傳輸，重則造成整個(gè)地區電網(wǎng)癱瘓。

　　如果電信系統的時(shí)間不同步，那么老百姓要繳納的電話(huà)費將永遠是一筆糊涂賬。

　　現在銀行、電力、電信系統都已經(jīng)成功應用了北斗系統，利用北斗的授時(shí)功能能夠保證它們有一個(gè)精確、同步的時(shí)間。北斗系統的銣鐘可以提供精度為10納秒的精密授時(shí)服務(wù)。

　　多領(lǐng)域開(kāi)發(fā)只受想象力的限制

　　雖然衛星導航系統的基本功能只有導航、定位、測速、授時(shí)，但在各行各業(yè)對這些基本功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)而產(chǎn)生的應用項目，絕對會(huì )讓你眼花繚亂，并感嘆自己想象力的匱乏。

　　如果你戴的手表中裝有導航芯片，利用北斗的授時(shí)功能，那么只要你的手表不壞，你就永遠不需要調準時(shí)間；

　　如果為老人、小孩配上北斗接收機，就可以準確地知道他們的所處位置，并與公安系統聯(lián)網(wǎng)就可以為他們提供安全保護；

　　在建筑施工中，利用北斗系統可以對建筑、橋梁施工中以及使用中的形變進(jìn)行毫米級、亞毫米級的監控，以防止因變形所引起的垮塌事故；

　　在森林防火領(lǐng)域，在防火車(chē)上裝上具有通信功能的北斗定位接收機，可以引導車(chē)輛和消防人員到火點(diǎn)實(shí)施救災；

　　在地球物理領(lǐng)域，利用北斗系統對全球地殼板塊運動(dòng)進(jìn)行監測，可以發(fā)現和預測地震；

　　在交通運輸領(lǐng)域，北斗系統將在智能交通、路況信息管理、道路堵塞治理、車(chē)輛監控和車(chē)輛自主導航方面有廣泛的應用前景；

　　在農業(yè)上，北斗的實(shí)時(shí)精密定位將應用于土地和農田的整理和管理，實(shí)現對農田的精密耕作；

　　在漁業(yè)上，結合魚(yú)群隨著(zhù)洋流定期洄游的特點(diǎn)，利用北斗系統的定位可以幫助漁民找到魚(yú)群的位置。

　　再告訴你這樣一個(gè)實(shí)例吧，舉世矚目的三峽大壩建設，大壩碾壓機安裝了北斗導航終端，碾得平不平、直不直，碾了多少遍，完全由機器進(jìn)行控制，保證了大壩的建設質(zhì)量。

　　因此，有人說(shuō)過(guò)這樣一句不無(wú)道理的話(huà)——衛星導航的應用只受想象力的限制。

　　延伸閱讀

　　北斗衛星導航系統

　　北斗衛星導航系統，是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛星導航系統。由空間段、地面段和用戶(hù)段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個(gè)地面站，用戶(hù)段包括北斗用戶(hù)終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。

　　在全球四大衛星導航系統中，歐洲的“伽利略”和俄羅斯的“格洛納斯”對外宣稱(chēng)的定位精度都為1米，美國的GPS和我國的北斗均為10米，授權用戶(hù)可以得到更高精度的定位服務(wù)。美國正在大力研制新一代的衛星導航系統，并宣稱(chēng)新的系統定位精度將達到令人咂舌的1毫米。

　　目前北斗衛星導航系統已經(jīng)步入空間段加速組網(wǎng)的階段，按照系統建設“三步走”的規劃，到2012年將建成覆蓋亞太地區的區域導航系統，到2020年將建成覆蓋全球能夠為全世界提供導航定位服務(wù)的全球系統。

整理：洪麓豐