“北斗”離我們有多遠(yuǎn)：授時(shí)服務(wù)精度僅有10納秒

新聞背景

　　上周，我國(guó)成功發(fā)射第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。按照原定計(jì)劃，經(jīng)過(guò)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(chǎng)誰(shuí)都不愿看到的戰(zhàn)爭(zhēng)沖突中，美國(guó)終止GPS對(duì)中國(guó)區(qū)域的服務(wù)，中國(guó)的精確制導(dǎo)武器怎樣克服“盲區(qū)”？

　　如果中國(guó)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(shí)現(xiàn)“孤島”援救？

　　如果中國(guó)與外國(guó)發(fā)生上億的金融借貸，怎樣在精確的時(shí)間上實(shí)現(xiàn)國(guó)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

汶川抗震 反恐實(shí)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(huì)想到GPS，GPS儼然已經(jīng)成了衛(wèi)星導(dǎo)航的代名詞。確實(shí)，在當(dāng)前中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位市場(chǎng)上，GPS的占有率高達(dá)95%以上。面對(duì)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)還沒(méi)有全部完成，但是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)建成10余年。10年間，相關(guān)部門(mén)為它的應(yīng)用推廣下足了功夫。在很多領(lǐng)域開(kāi)展了應(yīng)用示范工程。

　　中國(guó)的老百姓真正開(kāi)始認(rèn)識(shí)北斗應(yīng)該是從2008年的汶川地震開(kāi)始的。隨著天崩地裂的震動(dòng)，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(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用管理中心為救援部隊(duì)緊急配備了一千多臺(tái)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)終端機(jī)。依靠北斗系統(tǒng)的定位和短報(bào)文功能，這些終端機(jī)迅速在災(zāi)區(qū)織就了一張“天網(wǎng)”。一臺(tái)臺(tái)北斗終端就是這張?zhí)炀W(wǎng)上的一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)，救援隊(duì)利用北斗終端機(jī)的短報(bào)文功能實(shí)現(xiàn)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?zhí)炀W(wǎng)在災(zāi)區(qū)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(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(hù)神”。

　　提到北斗的應(yīng)用，首當(dāng)其沖的是其在軍隊(duì)中的應(yīng)用。我軍建立了基于北斗試驗(yàn)系統(tǒng)的面向陸軍的戰(zhàn)場(chǎng)和訓(xùn)練指揮系統(tǒng)。包括戰(zhàn)場(chǎng)精密武器時(shí)間同步協(xié)調(diào)指揮，飛機(jī)、火箭的實(shí)時(shí)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(shí)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(gè)恐怖訓(xùn)練營(yíng)的反恐行動(dòng)中，由于當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜，新疆軍區(qū)就是憑借直升機(jī)和北斗系統(tǒng)成功地完成了任務(wù)。現(xiàn)在，在許多邊防團(tuán)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(bào)文通信引以為傲的“中國(guó)特色”

　　前面我們提到了北斗的短報(bào)文通信功能。這一如同手機(jī)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(guó)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(hào)，我們利用導(dǎo)航終端接收這些信號(hào)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以知道我在哪里。可是在實(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(xiǎn)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(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(dòng)通訊信號(hào)早已無(wú)法覆蓋的遠(yuǎn)洋區(qū)域進(jìn)行捕撈作業(yè)的時(shí)候，如果遭遇臺(tái)風(fēng)、漁船被劫持等風(fēng)險(xiǎn)，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(tǒng)的短報(bào)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(tái)風(fēng)警報(bào)發(fā)給所有安裝了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的遠(yuǎn)洋漁船，讓他們及時(shí)回港避險(xiǎn)。正是因?yàn)橛辛诉@些實(shí)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(shí)服務(wù)精度可達(dá)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(gè)統(tǒng)一、精確的時(shí)間基準(zhǔn)是非常重要的。然而生活常識(shí)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(tǒng)時(shí)間的誤差對(duì)于這些領(lǐng)域來(lái)說(shuō)往往是致命的。

　　對(duì)銀行系統(tǒng)精確授時(shí)的意義，衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的權(quán)威專(zhuān)家楊元喜院士曾經(jīng)打過(guò)這樣一個(gè)比方：“假設(shè)我們借美國(guó)2000億美元，應(yīng)該在今天零點(diǎn)之前還。如果我們的銀行系統(tǒng)的時(shí)間不準(zhǔn)確，導(dǎo)致我們?cè)诹泓c(diǎn)零一秒還，多一天的利息會(huì)是一個(gè)龐大的數(shù)字?！?/P>

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

　　如果電信系統(tǒng)的時(shí)間不同步，那么老百姓要繳納的電話費(fèi)將永遠(yuǎn)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(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(tǒng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本功能只有導(dǎo)航、定位、測(cè)速、授時(shí)，但在各行各業(yè)對(duì)這些基本功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)而產(chǎn)生的應(yīng)用項(xiàng)目，絕對(duì)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(dǎo)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(yuǎn)不需要調(diào)準(zhǔn)時(shí)間；

　　如果為老人、小孩配上北斗接收機(jī)，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(hù)；

　　在建筑施工中，利用北斗系統(tǒng)可以對(duì)建筑、橋梁施工中以及使用中的形變進(jìn)行毫米級(jí)、亞毫米級(jí)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(chē)上裝上具有通信功能的北斗定位接收機(jī)，可以引導(dǎo)車(chē)輛和消防人員到火點(diǎn)實(shí)施救災(zāi)；

　　在地球物理領(lǐng)域，利用北斗系統(tǒng)對(duì)全球地殼板塊運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)地震；

　　在交通運(yùn)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(chē)輛監(jiān)控和車(chē)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(shí)時(shí)精密定位將應(yīng)用于土地和農(nóng)田的整理和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的精密耕作；

　　在漁業(yè)上，結(jié)合魚(yú)群隨著洋流定期洄游的特點(diǎn)，利用北斗系統(tǒng)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(shè)，大壩碾壓機(jī)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(jī)器進(jìn)行控制，保證了大壩的建設(shè)質(zhì)量。

　　因此，有人說(shuō)過(guò)這樣一句不無(wú)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(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)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(cè)站等若干個(gè)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(duì)外宣稱的定位精度都為1米，美國(guó)的GPS和我國(guó)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(guó)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(dá)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?yàn)槿澜缣峁?dǎo)航定位服務(wù)的全球系統(tǒng)。

整理：洪麓豐