自2000年10月第一顆北斗衛(wèi)星發(fā)射上天之后，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成為了GNSS（全球定位導(dǎo)航）系統(tǒng)中一顆冉冉升起的新星。它不僅僅繼承了恒古以來北斗星指引人類的使命，更是在世界范圍內(nèi)扮演著越來越重要的角色。2023年11月16日，北斗標(biāo)準(zhǔn)正式被國際民航組織采納，列入《國際民航公約》附錄10，并正式生效，與GPS和GLONASS一同成為了國際公認(rèn)的GNSS系統(tǒng)之一。

為什么要構(gòu)建北斗系統(tǒng)

對幅員遼闊的中國來說，擁有一種可靠的、大范圍的、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)尤為重要。早在1970年代，中國就立項(xiàng)了燈塔導(dǎo)航衛(wèi)星項(xiàng)目（即691項(xiàng)目），利用衛(wèi)星的無線電信標(biāo)進(jìn)行測向和定位，但由于各種原因，燈塔項(xiàng)目在1980年下馬。而隨著美國GPS系統(tǒng)與蘇聯(lián)/俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)投入使用，并在軍事及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，中國自己的GNSS系統(tǒng)也被提上日程。

GNSS系統(tǒng)對一般國家而言是個(gè)昂貴的奢侈品。一方面，建立一個(gè)全球GNSS星座，需要至少24顆衛(wèi)星才能覆蓋全球，如果考慮到衛(wèi)星到壽輪替、備用星、地面站以及巨額的研發(fā)費(fèi)用，單獨(dú)建立一套GNSS系統(tǒng)對一般國家來說并不經(jīng)濟(jì)。另一方面，很多國家覺得有現(xiàn)成的美俄GNSS系統(tǒng)，并且民碼免費(fèi)開放給所有用戶使用，為啥還要費(fèi)大力氣自己再搭建一套呢？何況建立GNSS系統(tǒng)需要極強(qiáng)的航天能力。

但是對于真正的大國來說，必須得有自己的GNSS系統(tǒng)。縱使目前美俄的GNSS系統(tǒng)在民用領(lǐng)域是開放的，但是這種新時(shí)代的“關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施”如果沒掌握在自己手上，就很容易受制于人。而且，考慮到GNSS在軍事領(lǐng)域的巨大用途以及各GNSS系統(tǒng)的軍碼是高度機(jī)密的，因此對于真正的大國來說，建立一套自己的GNSS系統(tǒng)不僅僅可以展示自己的航天技術(shù)實(shí)力，更是戰(zhàn)略自主性和國防及國家安全的關(guān)鍵。

也因此，1990年代初我國就著手立項(xiàng)建立自己的GNSS系統(tǒng)，即北斗系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)也是秉持著我國一貫的小步快跑策略，除了實(shí)驗(yàn)性的第一代北斗之外，投入實(shí)用并在2012年完成搭建的第二代北斗是先以中國及亞太地區(qū)為服務(wù)核心，并在隨后的第三代北斗（BDS3）中覆蓋全球，于2020年正式完成BDS3的搭建。這使北斗系統(tǒng)從一個(gè)區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)變成了真正意義上的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗算是什么水平

雖說是最新的GNSS系統(tǒng)，但是由于誕生得比較晚以及商業(yè)化開發(fā)不足，使得北斗系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的民用應(yīng)用并不大，主要用戶還是集中在國內(nèi)，尤其是專業(yè)用戶。但這并不代表北斗系統(tǒng)不如GPS與GLONASS系統(tǒng)。

作為2020年才完成搭建的北斗系統(tǒng)，本身就具備著一定的后發(fā)優(yōu)勢，而且從客觀規(guī)律來說，更新的技術(shù)、更高的星座密度必然會帶來更好的導(dǎo)航精度。畢竟北斗三代是基于24顆MEO（中軌道）衛(wèi)星、3顆GEO（地球同步軌道）衛(wèi)星與3顆IGSO（傾斜同步軌道）衛(wèi)星所建立的系統(tǒng)，相比GPS和GLONASS多了GEO與IGSO軌道衛(wèi)星，而這6顆同步軌道衛(wèi)星是為了加強(qiáng)區(qū)域信號以獲得特定范圍內(nèi)更好的精度——即用來加強(qiáng)東亞與西太地區(qū)的北斗精度。而且目前由于處在北斗二代與三代同時(shí)使用的階段，這就使得天上的北斗衛(wèi)星星座密度處于一個(gè)極高的水平，簡單點(diǎn)說就是目前天上北斗衛(wèi)星數(shù)量（含6顆實(shí)驗(yàn)星，一共62顆）比GPS（32顆）和GLONASS（24顆）加起來還多。

如果我們查看中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測試評估研究中心實(shí)時(shí)顯示的各GNSS系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)，就能發(fā)現(xiàn)不少有意思的事。以可見衛(wèi)星數(shù)這一指標(biāo)為例，可以看到北斗系統(tǒng)除了南北美洲部分地區(qū)之外，其他地區(qū)可見星數(shù)都保持著一個(gè)極高的水平。而亞洲地區(qū)的可見星數(shù)格外高，一方面是北斗三代本來就加強(qiáng)了亞洲地區(qū)的衛(wèi)星，另一方面則是專注于亞太地區(qū)的北斗二代也還在使用，導(dǎo)致可見星數(shù)密度極高。

而GPS系統(tǒng)可見星數(shù)分布就較為均勻，作為使用最久也最成熟的GNSS系統(tǒng)，其32顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座確保地球每一處都有著堪用的可見星數(shù)。而俄羅斯的GLONASS就顯得有些一言難盡了，大量地區(qū)處于可見星數(shù)較少的狀態(tài)，也算是側(cè)面反應(yīng)了俄羅斯GLONASS系統(tǒng)的現(xiàn)狀。

從數(shù)據(jù)中還可以看到，北斗系統(tǒng)在全球大部分區(qū)域定位精度高于GLONASS，與GPS相當(dāng)，但在印太區(qū)域是精度最高的。這也是得益于北斗系統(tǒng)中GEO及IGSO軌道衛(wèi)星對印太地區(qū)的區(qū)域性加強(qiáng)。以PDOP（位置精度強(qiáng)弱度）這一關(guān)鍵指標(biāo)而言，北斗系統(tǒng)具備了全球大部分區(qū)域與GPS相當(dāng)，印太地區(qū)強(qiáng)于GPS的能力。

選擇不再單一

自2010年中國向國際民航組織提交北斗系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)開始，時(shí)隔13年之后終于納入國際民航組織的標(biāo)準(zhǔn)之中。此前國際民航所采納的GNSS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)只有GPS與GLONASS，但由于GLONASS在世界大部分地區(qū)的定位性能不如GPS，加上GPS有著更好的商業(yè)化應(yīng)用，使得實(shí)際使用中依然是以GPS為主。

過高依賴GPS這一單一系統(tǒng)，使得民航飛機(jī)的GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)在面臨一些特殊情況時(shí)就較為脆弱。例如，在巴以沖突中，以色列對東地中海地區(qū)的GPS信號進(jìn)行欺騙式干擾，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)民航飛機(jī)的GNSS定位產(chǎn)生了極大的偏差，明明飛行在海面上，定位卻出現(xiàn)在以色列北部地區(qū)，對區(qū)域航空安全產(chǎn)生了不小的影響。

而隨著北斗系統(tǒng)的加入，使得民航GNSS系統(tǒng)有了不亞于GPS的選擇，縱使以色列可以在某些大國的暗中協(xié)助之下，對GPS進(jìn)行大范圍的欺騙式干擾，但對北斗系統(tǒng)進(jìn)行大范圍欺騙式干擾就沒那么容易了。

隨著北斗系統(tǒng)加入民航GNSS導(dǎo)航體系，使得全球航空導(dǎo)航體系不再局限于某一單一系統(tǒng)，極大地提升了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。一旦由于各種原因GPS系統(tǒng)或其他GNSS系統(tǒng)遇到干擾或者不可用的情況，北斗系統(tǒng)就可以提供備用的導(dǎo)航服務(wù)，增強(qiáng)整個(gè)航空體系的安全性。而且在亞太地區(qū)，北斗系統(tǒng)優(yōu)于其他GNSS系統(tǒng)的定位精度，無疑可以更好地為該區(qū)域內(nèi)飛行的民用航空提供定位服務(wù)。

北斗系統(tǒng)特有的短報(bào)文上傳系統(tǒng)，在航空領(lǐng)域也有著極大的應(yīng)用空間。就以至今依然不知去向的MH370航班為例，如果在飛機(jī)的GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)中配置北斗系統(tǒng)并定時(shí)上傳位置信息報(bào)文（如每十分鐘一次），那么對失聯(lián)飛機(jī)的搜索工作來說，就可以極大地縮小搜索范圍了，也就可以更快地開展搜索工作。更不用說在一些現(xiàn)有空地信息交換系統(tǒng)（如ACARS、VHF等）無法工作的偏遠(yuǎn)地區(qū)（如南印度洋、南大西洋等），北斗短報(bào)文可以充當(dāng)一種緊急時(shí)刻的替代通訊手段。

而國際民航組織也意識到了單一依賴GPS系統(tǒng)所帶來的隱患，因此現(xiàn)在開始在航空GNSS系統(tǒng)上努力推廣DFMC GNSS系統(tǒng)（雙頻多模全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）。DFMC GNSS允許終端同時(shí)接受四個(gè)GNSS星座（北斗、GPS、GLONASS、伽利略）的雙頻信號，以獲得更高的定位精度與系統(tǒng)安全性，而且可以在更高精度的支持之下進(jìn)行更為復(fù)雜和精密的飛行。

在國際民航組織的DFMC GNSS框架下，北斗的加入不僅意味著更精確的全球覆蓋，特別是在亞太地區(qū)，還意味著系統(tǒng)在抵御干擾和信號失真方面的能力得到了增強(qiáng)。這為航空器提供了更為穩(wěn)定和可靠的導(dǎo)航支持，從而提高了整個(gè)航空系統(tǒng)的安全性。

北斗系統(tǒng)成功地融入國際民航標(biāo)準(zhǔn)，也是一種國際合作與技術(shù)交流的典范。它促進(jìn)了全球航空導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的合作，為全球航空導(dǎo)航技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一鋪平了道路。這種國際合作的深入，無疑將推動全球航空行業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展。可以說，北斗系統(tǒng)的加入，不僅是對中國航天科技成就的肯定，更是全球航空導(dǎo)航系統(tǒng)向著更加全面、高效和協(xié)調(diào)發(fā)展的重要一步。

（摘自《國防時(shí)報(bào)》張仲麟）