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田震华 |
文/图 羊城晚报记者 李钢 2020年6月23日，北斗三号“压轴”卫星——第五十五颗北斗导航卫星成功发射，举国欢腾！至此，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。近日，由广州市科技局、广东科学中心、羊城晚报社联合主办的第76期珠江科学大讲堂在华南师范大学附属中学举行，邀请了广州海格通信集团股份有限公司主任专家、高级工程师田震华，揭秘北斗导航系统的奥秘。 无线电导航精度不断提升 田震华首先介绍了无线电导航的历史。他说，无线电导航最初出现是在1895年，当时人类已经实现了在大洋上进行无线电通信。而我国的北斗系统真正开始立项论证是100年以后的1994年，历经26年后正式建成了北斗全球导航系统。 在上世纪50年代，有一种无线电导航系统叫奥米加，奥米加这个导航系统在作用距离上可以达到10000多公里，在全球建立7、8个导航站就可以完成二维定位，但是定位精度比较差，只有2至4公里。 到了上个世纪60年代出现了新一代的远程无线电导航系统罗兰C，在全球有28个台站，这个系统到今天还在发挥它的作用。它的定位精度已经大约提高到能定位数百米到1公里。 第一代卫星导航系统子午仪出现于上世纪60年代，由美国人最早设计。早期的子午仪系统的卫星只有两至三颗，但是定位精度已经提高至百米级别，也正是在子午仪系统的基础之上，美国发展出GPS系统。 北斗系统建设分三步走 卫星导航的原理是什么？ 田震华说，可以通过地面的测控来精确的知道卫星的三维坐标，通过测量从卫星到接收机无线电信号飞过的时间来进行测距，然后根据距离来列出方程组。通过四颗卫星来得到经度、维度、高度和时间四个变量，从而完成定位。 田震华介绍说，北斗卫星导航系统的建设采取了三步走的发展战略。至2000年，实现了区域有源定位导航，覆盖中国周边；到2012年实现了区域无源定位导航，覆盖亚太地区；至2020年，实现了全球无源导航。北斗系统具有全天候、全天时快速定位、短报文通信、精密授时服务三大功能，是最有效的提供绝对时空基准的导航方式。 随着北斗应用的丰富，人们会越来越离不开它，将来在全球任何地方都可以通过北斗的接收机，来实现短报文通信。目前，北斗三号卫星的定位精度已经达到了10米以内，通过星基增强，更是可以将精度进一步提升至2至3米。 一个小小芯片就能定位 “卫星导航的应用，有一句话说得非常好，那就是‘只受到人们想象力的限制’。”田震华说，农业、铁路、航空、航海等各方面，都可应用到卫星导航，北斗的应用非常方便，只需要安装一枚小小的芯片，就能知道位置、时间并进行短报文通信。 北斗导航应用可以分为国防（特殊）应用、行业应用以及大众应用三方面。 田震华说，通过北斗精确的定位能力可以实现对客车的精确管理，车辆的运行速度有没有超速、去了哪些地方，在后台可以看得一清二楚，可以对旅客的安全提供更好的保障。 在城市的智慧交通方面，无人驾驶的汽车就是靠北斗的高精度导航来实现的。在高铁上通过加装北斗三号的高精度定位系统，可以让列车运行时间更加准确、更加精密，提高运输效率。 不仅如此，卫星导航还有利于缓解交通堵塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，车辆的位置信息就能在几秒钟内自动转发到中心站。这些位置信息可用于道路交通管理。例如，指示车辆走畅通的道路，限制进入拥挤路段，或者告诉司机前方拥堵的情况，建议走车辆较少的路线。如果车辆超速行驶而发生交通事故，撞车时的速度、位置和时间信息都会被记录，作为判断是否违章的依据。如果车辆被盗抢，卫星导航则很快就能发现并跟踪其位置。 对于普罗大众来说，北斗导航也将成为必不可缺的技术。无论是登山探险等活动，还是对老人孩子及其他需要保护的特殊群体的监护，都可以应用上北斗导航技术。 北斗未来将实现全源导航 对于北斗系统的未来发展，田震华认为，随着北斗的发展，将逐渐和国际接轨，而且也会和互联网、大数据、智能终端相互融合。目前，高精度北斗已经应用于测绘地理信息、无人机、位移监测、精细农业等领域；未来厘米级高精度定位地基增强基础设施的不断完善，将引起包括LBS产业链在内的移动互联网的变革，催生一系列新型的商业模式和机会，带动整个位置服务产业的革命性变化，从行业市场拓展至智能手机、车载导航、自动驾驶等大众消费市场。 田震华还强调说，北斗定位技术将来也会逐步从室外向室内进行拓展，未来的导航技术会实现全源导航，也就能够利用各种可以定位的信号源进行导航。未来，无人驾驶汽车、无人驾驶飞机等，都将在北斗导航技术的支撑下，出现在人们的日常生活中。
