黃韋 張寶龔 江王超

摘要：根據(jù)我國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國家安全的需要，我國自主研發(fā)、構(gòu)建了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展與創(chuàng)新，現(xiàn)階段能夠為全球廣大用戶提供高精度及高可靠性的導(dǎo)航、定位以及授時等服務(wù)。本文對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡述，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所具備的創(chuàng)新屬性與要素特點進(jìn)行了簡要的分析，并提出了幾點簡單的創(chuàng)新路徑。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)創(chuàng)新擴(kuò)散擴(kuò)散特征

我國獨立自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從開始投入使用到現(xiàn)在經(jīng)歷了多年的創(chuàng)新和發(fā)展，在此過程中，已經(jīng)在國際范圍內(nèi)進(jìn)行了有效的普及與應(yīng)用，但隨著社會的不斷進(jìn)步和廣大用戶需求的不斷提升，仍然需要進(jìn)行系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新。

1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程

1.1雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展過程

自20世紀(jì)70年代以來，國際社會開始對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行研究與探討，不斷提出了單星導(dǎo)航系統(tǒng)、雙星導(dǎo)航系統(tǒng)、三星導(dǎo)航系統(tǒng)與四到五星區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)方案，還對多星全球定位系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)想，將通信與導(dǎo)航定位等綜合應(yīng)用問題提上了研究與實施日程。但在實踐過程中，由于各方面因素的影響，這些設(shè)想和研究方案都沒有最終實現(xiàn)。

20世紀(jì)80年代，美國提出并研發(fā)成功的GEOSTAR系統(tǒng)就屬于雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在之后的具體實施過程中，由于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的迅速興起與發(fā)展，使得GEOSTAR系統(tǒng)不再能引導(dǎo)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的主流，從而宣告失敗。同時期，我國“兩彈一星”榮譽(yù)獲得者陳芳允院士提出了雙星導(dǎo)航定位的技術(shù)設(shè)想，并提出了技術(shù)構(gòu)建基本路線。在此設(shè)想的研究基礎(chǔ)上，20世紀(jì)90年代中期，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究項目正式成立[1]。

1.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的構(gòu)建歷程

我國第一顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星在2000年10月發(fā)射成功后，為構(gòu)建北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。2個月后，我國第二顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星搭載長征三號甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空，與之前的試驗衛(wèi)星共同構(gòu)成了北斗導(dǎo)航體統(tǒng)。在2003年，我國又成功發(fā)射了一顆備份星，與前兩顆工作衛(wèi)星共同組成了我國第一個北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，也就標(biāo)志著我國自此成為在國際社會中繼美國全球定位系統(tǒng)與俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)后，第三個擁有衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的科技發(fā)國家。

2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要由以下3個部分組成。一是空間衛(wèi)星構(gòu)成部門，主要由一顆在軌備份衛(wèi)星和兩顆靜止地球衛(wèi)星組成，兩顆地球靜止衛(wèi)星的在軌位置分別為赤道面東經(jīng)80°與140°，經(jīng)度相距60°的距離，備份衛(wèi)星的星位為赤道面東經(jīng)110.5°。在國際電信聯(lián)盟中，北斗衛(wèi)星遙控遙測系統(tǒng)所登記的頻段是衛(wèi)星無線電定位業(yè)務(wù)頻段。二是地面標(biāo)校和控制系統(tǒng)，主要由一個地面中心定位控制站與分布在全國各地的多個參考標(biāo)校站組成，在地面中心定位控制站中配備有電子高程衛(wèi)星圖。三是用戶端，主要是用戶的導(dǎo)航定位設(shè)備。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在全球范圍內(nèi)，全時段不間斷地為需求用戶提供高精準(zhǔn)定位、高精度導(dǎo)航服務(wù)，還具備了一定的短報文通信功能，并在一定程度上具備了授時、區(qū)域?qū)Ш揭约岸ㄎ坏哪芰Α?018年底，我國北斗三號基地系統(tǒng)構(gòu)建完成并投入使用，這就標(biāo)志著我國北斗系統(tǒng)開始進(jìn)入為全球提供定位導(dǎo)航服務(wù)的時代[2]。

3北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求與特點分析

3.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要是向全球用戶提供高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的導(dǎo)航、定位以及授時服務(wù)，此系統(tǒng)主要包括兩方面的功能：一是開放服務(wù);二是授權(quán)服務(wù)。定位精度控制在高程10m、平面10m，測速精度控制在0.2m/s，授時精度控制在單向50ns。并且，開放服務(wù)中不提供高精度的雙向授時。開放服務(wù)主要指的是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面向全球用戶免費提供的測速、定位以及授時服務(wù)，定位精準(zhǔn)度控制在10m，測速精準(zhǔn)度控制在0.2m/s，授時精準(zhǔn)度控制在10ns。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時服務(wù)主要的服務(wù)對象是具有高可靠與高精度衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為此類用戶提供高精準(zhǔn)度的測速、定位、授時以及通信服務(wù)功能，與此同時，還可以提供精準(zhǔn)的系統(tǒng)完好性信息數(shù)據(jù)，從而滿足不同客戶的實際需求。

3.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要特點

一是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段主要采用混合星座，由3種軌道衛(wèi)星共同組成，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比較而言，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中高軌道衛(wèi)星數(shù)量更多，其所具備的抗遮擋能力就會更強(qiáng)，特別是在一些緯度相對較低的區(qū)域，抗遮擋能力特點表現(xiàn)得非常明顯。二是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信號能夠提供多個頻點，因此，可以通過使用多頻信號組合的形式為客戶提供高精準(zhǔn)度的定位、導(dǎo)航等服務(wù)。三是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將通信能力與導(dǎo)航定位能力進(jìn)行了不斷的完善與創(chuàng)新，因此，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備5項先進(jìn)的功能：精準(zhǔn)授時、快速定位、實時導(dǎo)航、短報文通信以及位置報告服務(wù)等。

4北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所具備的創(chuàng)新屬性以及要素特點

4.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備的相對優(yōu)勢

相對優(yōu)勢主要指的是一項創(chuàng)新性的技術(shù)，相對于原有的技術(shù)或解決方案來講更具有優(yōu)越性。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相對優(yōu)勢主要表現(xiàn)在兩個方面：一是強(qiáng)勁的技術(shù)性能;二是領(lǐng)先的部署規(guī)模。過去較長時間內(nèi)，美國一直占據(jù)著全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航領(lǐng)域的科技前沿地位，但隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)超越了美國的GPS規(guī)模。從2000年我國第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射開始，到2020年6月，我國一共發(fā)射了59顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，超過一半的聯(lián)合國組織成員國可以觀測到相對于美國GPS系統(tǒng)來講部署數(shù)量非常多的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。與此同時，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備收發(fā)信號的雙向功能，并且可以在沒有通信基站的前提情況下，可以充分的啟用短報互文的重要功能和外界進(jìn)行有效的聯(lián)系。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)因為具備了短報互文功能之后，就使得自身的應(yīng)用范圍更加的廣泛，從根本上擺脫了依賴通信基站的傳統(tǒng)模式[3]。

4.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性特征

新技術(shù)開發(fā)過程中的兼容性程度越高，越有助于創(chuàng)新技術(shù)背身被大眾接納，提升創(chuàng)新技術(shù)被有效利用的時間周期。2017年底，為了有效地促進(jìn)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和美國GPS系統(tǒng)最終達(dá)到終端兼容的目標(biāo)，我國與美國共同簽署了相關(guān)兼容和互操作的聯(lián)合聲明，自此在國際電聯(lián)框架背景下，實現(xiàn)了我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與美國GPS導(dǎo)航系統(tǒng)射頻兼容。在進(jìn)行了有效的兼容之后，兩個系統(tǒng)中的民用信號能夠充分地實現(xiàn)相互操作，廣大用戶可以在沒有顯著增加成本的前提之下同時使用GPS民用信號與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號，從而享受到更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。廣大用戶可以根據(jù)自身情況靈活地選取衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，避免了以往只能單純地使用某一種導(dǎo)航系統(tǒng)的情況，從而使我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為全球廣大用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)[4]。

4.3北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜性程度較低

復(fù)雜性主要指的是獨立個體對技術(shù)的理解與使用的繁瑣程度，一項新技術(shù)包含的操作復(fù)雜程度越低，在普及與傳播的過程中就越容易得到大范圍的使用與推廣。得益于我國北斗相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，在市場競爭過程中，眾多導(dǎo)航定位芯片、模塊以及板卡等重要的電子元器件生產(chǎn)廠家逐漸生產(chǎn)處理便捷、易于操作的相關(guān)產(chǎn)品，從而有效地支持接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號。廣大用戶在購買了相關(guān)定位芯片以及卡板等技術(shù)零件之后，能夠便利地與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信號數(shù)據(jù)的較好鏈接，有效避免了客戶再進(jìn)行自主研制衛(wèi)星信號收發(fā)設(shè)備的繁瑣過程。

5北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的擴(kuò)散特征

5.1跳躍性的創(chuàng)新到?jīng)Q策過程

創(chuàng)新擴(kuò)散模式在創(chuàng)新擴(kuò)散理論中被定義為幾個重要的過程，按發(fā)展順序分別為認(rèn)知過程、說服過程、決策過程、實施過程以及確認(rèn)過程。我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在創(chuàng)新擴(kuò)散過程中直接將說服與決策過程進(jìn)行了合理的跳躍，直接從認(rèn)知階段進(jìn)入了實施和確認(rèn)過程。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)縮短創(chuàng)新決策過程的主要原因表現(xiàn)在以下兩點：一是隨著科技的不斷發(fā)展，目前國際范圍中共有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可供廣大用戶使用，分別為我國的北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、美國GPS系統(tǒng)、歐盟GALILEO以及俄羅斯GLONASS系統(tǒng)。用戶通過自己購買的接收設(shè)備來逐一試用每個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的過程中，可以發(fā)現(xiàn)，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在定位精準(zhǔn)度以及信號強(qiáng)度方面具備更強(qiáng)勁的技術(shù)性能，因此獲得了更多客戶的青睞。二是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用付費方式具備新穎性特點。用戶不用直接向北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行使用費用的支付，只是在購買相關(guān)接受設(shè)備之后繳納相應(yīng)的流量服務(wù)費用，并且流量服務(wù)費用每年都相對穩(wěn)定，不會明顯增加客戶的使用成本，因此，也就不需要用戶在勸服和決策過程中花費大量的時間，可以進(jìn)行直接實施和確認(rèn)環(huán)節(jié)。

5.2隨著時間的累積，用戶使用數(shù)量不斷的增長

根據(jù)我國信息通信研究院公開的數(shù)據(jù)分析得出，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的快速定位服務(wù)用戶使用數(shù)量在不斷攀升。由此可以判斷出，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在未來的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)容量與增長情勢非常樂觀。呈現(xiàn)較高的用戶增長率和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的迅速擴(kuò)散有兩方面的主要原因：一方面，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在技術(shù)與創(chuàng)新方面不僅存在明顯的優(yōu)勢，而且用戶在實際的使用過程中沒有明顯地增加自身的經(jīng)濟(jì)成本;另一方面，在推廣與普及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的過程中，我國政府相關(guān)部門面向國際與國內(nèi)社會都采取了具有針對性的策略，充分表現(xiàn)出了國家作為技術(shù)創(chuàng)新代理人的顯著影響。

6北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的創(chuàng)新路徑

6.1制定我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時與定位的相關(guān)政策

對于科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來講，國家部門的相關(guān)政策和方針發(fā)揮著重要的引導(dǎo)作用。根據(jù)同系統(tǒng)發(fā)展過程分析得知，在美國GPS系統(tǒng)的發(fā)展過程中，美國政府頒布了一系列的相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用政策，引導(dǎo)和鼓勵商用、民用以及科學(xué)方面對GPS系統(tǒng)的有效應(yīng)用。所以，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣與普及過程中，我國政府相關(guān)部門也應(yīng)該制定相應(yīng)的各種政策，不僅對接受設(shè)備應(yīng)用與管理制定相應(yīng)的政策，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)和鼓勵北斗衛(wèi)星系統(tǒng)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。在相關(guān)政策的制定過程中，對于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)授時與定位導(dǎo)航政策應(yīng)當(dāng)包含以下內(nèi)容：一是明確北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國國防建設(shè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位;二是確定我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用政策、建設(shè)管理以及相應(yīng)的管理部門;三是明確規(guī)劃未來一段時期內(nèi)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣以及發(fā)展目標(biāo);四是從政府層面對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)提供相應(yīng)的支持政策或是經(jīng)濟(jì)鼓勵;五是在對外關(guān)系處理過程中確定我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展原則等[5]。

6.2制定我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)邁向產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)政策

在我國政府制定北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時與定位導(dǎo)航相關(guān)政策的同時，還應(yīng)當(dāng)制定出關(guān)于我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)邁向產(chǎn)業(yè)化的切實可行的相關(guān)方針與政策，從而有效地構(gòu)建起具有我國特色社會主義特點的衛(wèi)星定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化體系。在此過程中，我國衛(wèi)星定位導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化政策措施主要內(nèi)容包含了以下幾點：一是確立在我國信息化發(fā)展中衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵地位;二是總結(jié)與研究現(xiàn)階段我國衛(wèi)星到導(dǎo)航定位系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中應(yīng)當(dāng)解決的各種問題，以及衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的未來應(yīng)用方向;三是科學(xué)地分析我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與國際上先進(jìn)的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)缺點，從而有效地提升我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)性能，在此基礎(chǔ)之上，努力構(gòu)建與國際先進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間的有效關(guān)聯(lián);四是確定我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時與定位等技術(shù)的發(fā)展方向與目標(biāo);五是從政府層面制定出相應(yīng)的可以有效促進(jìn)我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位和授時的相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)政策等。

6.3構(gòu)建實施北斗系統(tǒng)應(yīng)用過程中的示范典型工程

我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅可以為廣大用戶提供精準(zhǔn)的定位與導(dǎo)航服務(wù)，還可以為用戶提供短信通信等方面的技術(shù)服務(wù)。根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的這些優(yōu)勢，可以采取有效的措施與政策，將其合理地推廣和普及到通信技術(shù)比較薄弱卻非常急需此項技術(shù)的相關(guān)行業(yè)當(dāng)中[6-7]。比如國家邊防、森林防火等行業(yè)。此類急需此項技術(shù)的行業(yè)可以申請國家立項，由相關(guān)政府部門將資金投入到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的示范應(yīng)用工程當(dāng)中，從而有效地推進(jìn)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在各領(lǐng)域中的普及與廣泛應(yīng)用，合理提高社會與經(jīng)濟(jì)效益的同時，為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。

7結(jié)語

綜上所述，隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，其主要技術(shù)性能已經(jīng)應(yīng)用到社會的各個領(lǐng)域當(dāng)中，因此我國相關(guān)政府部門應(yīng)當(dāng)對此項高新技術(shù)提供強(qiáng)大的政策與資金支持，從而有效地推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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