“北斗”離我們有多遠：授時服務(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(dǎo)航衛(wèi)星。按照原定計劃，經(jīng)過與地面段的調(diào)試，今年10月北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將為用戶提供初始服務(wù)。

　　如果在某場誰都不愿看到的戰(zhàn)爭沖突中，美國終止GPS對中國區(qū)域的服務(wù)，中國的精確制導(dǎo)武器怎樣克服“盲區(qū)”？

　　如果中國發(fā)生特大地震、海嘯等天災(zāi)，在災(zāi)區(qū)通訊設(shè)施失靈的情況下，怎樣實現(xiàn)“孤島”援救？

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

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　　這些重大問題的解決，都離不開衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

汶川抗震 反恐實戰(zhàn) “北斗”已經(jīng)顯身手

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

　　雖然北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)還沒有全部完成，但是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)已經(jīng)建成10余年。10年間，相關(guān)部門為它的應(yīng)用推廣下足了功夫。在很多領(lǐng)域開展了應(yīng)用示范工程。

　　中國的老百姓真正開始認識北斗應(yīng)該是從2008年的汶川地震開始的。隨著天崩地裂的震動，基礎(chǔ)設(shè)施和通訊設(shè)施全部被破壞，地震災(zāi)區(qū)瞬間成為了信息孤島。在常規(guī)通訊手段失靈的情況下，中國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用管理中心為救援部隊緊急配備了一千多臺北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)終端機。依靠北斗系統(tǒng)的定位和短報文功能，這些終端機迅速在災(zāi)區(qū)織就了一張“天網(wǎng)”。一臺臺北斗終端就是這張?zhí)炀W(wǎng)上的一個個節(jié)點，救援隊利用北斗終端機的短報文功能實現(xiàn)了各點位之間以及點位與指揮部之間的信息聯(lián)絡(luò)。這樣的一張?zhí)炀W(wǎng)在災(zāi)區(qū)創(chuàng)造了一個又一個生命救援的奇跡。在后來的玉樹地震和舟曲泥石流等災(zāi)害中，北斗系統(tǒng)也同樣大顯神通，成為廢墟中生命的“守護神”。

　　提到北斗的應(yīng)用，首當(dāng)其沖的是其在軍隊中的應(yīng)用。我軍建立了基于北斗試驗系統(tǒng)的面向陸軍的戰(zhàn)場和訓(xùn)練指揮系統(tǒng)。包括戰(zhàn)場精密武器時間同步協(xié)調(diào)指揮，飛機、火箭的實時位置、軌道的確定等。在武器上應(yīng)用北斗系統(tǒng)可以提高武器的精度。在實戰(zhàn)應(yīng)用中，北斗系統(tǒng)也有精彩的表現(xiàn)。在一次清剿一個恐怖訓(xùn)練營的反恐行動中，由于當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜，新疆軍區(qū)就是憑借直升機和北斗系統(tǒng)成功地完成了任務(wù)?，F(xiàn)在，在許多邊防團中，北斗導(dǎo)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(dǎo)航終端為他們指明了巡邏的路線，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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有了通信能力，這也正是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他導(dǎo)航系統(tǒng)最大的區(qū)別，更是我們引以為傲的“中國特色”。

　　我們知道，導(dǎo)航衛(wèi)星一直在空間發(fā)布不間斷的導(dǎo)航信號，我們利用導(dǎo)航終端接收這些信號并進行解算就可以知道我們的位置，也就是說，我們利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以知道我在哪里。可是在實際生活中，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”的問題。

　　這一功能最成功的應(yīng)用之一就是海洋漁業(yè)上的應(yīng)用。可以設(shè)想，當(dāng)漁民駕著漁船在移動通訊信號早已無法覆蓋的遠洋區(qū)域進行捕撈作業(yè)的時候，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(tǒng)的短報文通信功能正可以把這些重要的信息傳遞出來從而為救援工作指引方向。同樣利用這一功能，漁政部門可以及時將臺風(fēng)警報發(fā)給所有安裝了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的遠洋漁船，讓他們及時回港避險。正是因為有了這些實用的功能，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被南海漁民親切地稱為 “千里眼”。

　　授時服務(wù)精度可達10納秒

　　在金融、電力、電信領(lǐng)域，讓所有的系統(tǒng)、設(shè)備有一個統(tǒng)一、精確的時間基準(zhǔn)是非常重要的。然而生活常識告訴我們，無論是我們的手表還是電腦上的時間，誤差都非常大。系統(tǒng)時間的誤差對于這些領(lǐng)域來說往往是致命的。

　　對銀行系統(tǒng)精確授時的意義，衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的權(quán)威專家楊元喜院士曾經(jīng)打過這樣一個比方：“假設(shè)我們借美國2000億美元，應(yīng)該在今天零點之前還。如果我們的銀行系統(tǒng)的時間不準(zhǔn)確，導(dǎo)致我們在零點零一秒還，多一天的利息會是一個龐大的數(shù)字。”

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

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

　　現(xiàn)在銀行、電力、電信系統(tǒng)都已經(jīng)成功應(yīng)用了北斗系統(tǒng)，利用北斗的授時功能能夠保證它們有一個精確、同步的時間。北斗系統(tǒng)的銣鐘可以提供精度為10納秒的精密授時服務(wù)。

　　多領(lǐng)域開發(fā)只受想象力的限制

　　雖然衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本功能只有導(dǎo)航、定位、測速、授時，但在各行各業(yè)對這些基本功能進行二次開發(fā)而產(chǎn)生的應(yīng)用項目，絕對會讓你眼花繚亂，并感嘆自己想象力的匱乏。

　　如果你戴的手表中裝有導(dǎo)航芯片，利用北斗的授時功能，那么只要你的手表不壞，你就永遠不需要調(diào)準(zhǔn)時間；

　　如果為老人、小孩配上北斗接收機，就可以準(zhǔn)確地知道他們的所處位置，并與公安系統(tǒng)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(tǒng)可以對建筑、橋梁施工中以及使用中的形變進行毫米級、亞毫米級的監(jiān)控，以防止因變形所引起的垮塌事故；

　　在森林防火領(lǐng)域，在防火車上裝上具有通信功能的北斗定位接收機，可以引導(dǎo)車輛和消防人員到火點實施救災(zāi)；

　　在地球物理領(lǐng)域，利用北斗系統(tǒng)對全球地殼板塊運動進行監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)和預(yù)測地震；

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

　　在農(nóng)業(yè)上，北斗的實時精密定位將應(yīng)用于土地和農(nóng)田的整理和管理，實現(xiàn)對農(nóng)田的精密耕作；

　　在漁業(yè)上，結(jié)合魚群隨著洋流定期洄游的特點，利用北斗系統(tǒng)的定位可以幫助漁民找到魚群的位置。

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

　　因此，有人說過這樣一句不無道理的話——衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用只受想象力的限制。

　　延伸閱讀

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

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

　　在全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，歐洲的“伽利略”和俄羅斯的“格洛納斯”對外宣稱的定位精度都為1米，美國的GPS和我國的北斗均為10米，授權(quán)用戶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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并宣稱新的系統(tǒng)定位精度將達到令人咂舌的1毫米。

　　目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)步入空間段加速組網(wǎng)的階段，按照系統(tǒng)建設(shè)“三步走”的規(guī)劃，到2012年將建成覆蓋亞太地區(qū)的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，到2020年將建成覆蓋全球能夠為全世界提供導(dǎo)航定位服務(wù)的全球系統(tǒng)。

整理：洪麓豐