“北斗”离我们有多远：授时服务精度仅有10纳秒

新闻背景

　　上周，我国成功发射第九颗北斗导航卫星。按照原定计划，经过与地面段的调试，今年10月北斗卫星导航系统将为用户提供初始服务。

　　如果在某场谁都不愿看到的战争冲突中，美国终止GPS对中国区域的服务，中国的精确制导武器怎样克服“盲区”？

　　如果中国发生特大地震、海啸等天灾，在灾区通讯设施失灵的情况下，怎样实现“孤岛”援救？

　　如果中国与外国发生上亿的金融借贷，怎样在精确的时间上实现国际同步，避免利息误差造成的损失？

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　　这些重大问题的解决，都离不开卫星导航系统。

汶川抗震 反恐实战 “北斗”已经显身手

　　如今提到卫星导航，人们自然会想到GPS，GPS俨然已经成了卫星导航的代名词。确实，在当前中国的卫星导航定位市场上，GPS的占有率高达95%以上。面对几乎被GPS垄断的民用市场，人们鲜有听到北斗的声音。

　　虽然北斗卫星导航系统的建设还没有全部完成，但是北斗卫星导航试验系统已经建成10余年。10年间，相关部门为它的应用推广下足了功夫。在很多领域开展了应用示范工程。

　　中国的老百姓真正开始认识北斗应该是从2008年的汶川地震开始的。随着天崩地裂的震动，基础设施和通讯设施全部被破坏，地震灾区瞬间成为了信息孤岛。在常规通讯手段失灵的情况下，中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台北斗卫星导航试验系统终端机。依靠北斗系统的定位和短报文功能，这些终端机迅速在灾区织就了一张“天网”。一台台北斗终端就是这张天网上的一个个节点，救援队利用北斗终端机的短报文功能实现了各点位之间以及点位与指挥部之间的信息联络。这样的一张天网在灾区创造了一个又一个生命救援的奇迹。在后来的玉树地震和舟曲泥石流等灾害中，北斗系统也同样大显神通，成为废墟中生命的“守护神”。

　　提到北斗的应用，首当其冲的是其在军队中的应用。我军建立了基于北斗试验系统的面向陆军的战场和训练指挥系统。包括战场精密武器时间同步协调指挥，飞机、火箭的实时位置、轨道的确定等。在武器上应用北斗系统可以提高武器的精度。在实战应用中，北斗系统也有精彩的表现。在一次清剿一个恐怖训练营的反恐行动中，由于当地地形复杂，新疆军区就是凭借直升机和北斗系统成功地完成了任务。现在，在许多边防团中，北斗导航终端也成了边防官兵身边必不可少的武器。在极其恶劣的条件下，正是北斗导航终端为他们指明了巡逻的路线，出色地完成了一次次的边防巡逻任务。

　　短报文通信引以为傲的“中国特色”

　　前面我们提到了北斗的短报文通信功能。这一如同手机收发短信的功能使得卫星导航系统拥有了通信能力，这也正是北斗卫星导航系统与其他导航系统最大的区别，更是我们引以为傲的“中国特色”。

　　我们知道，导航卫星一直在空间发布不间断的导航信号，我们利用导航终端接收这些信号并进行解算就可以知道我们的位置，也就是说，我们利用卫星导航系统可以知道我在哪里。可是在实际生活中，我们不仅需要知道我在哪里，还需要知道你在哪里。比如在野外遇险的人员，搜救人员需要知道“你在哪里”才能开展救援工作。利用北斗的双向通讯功能就能解决知道“你在哪里”的问题。

　　这一功能最成功的应用之一就是海洋渔业上的应用。可以设想，当渔民驾着渔船在移动通讯信号早已无法覆盖的远洋区域进行捕捞作业的时候，如果遭遇台风、渔船被劫持等风险，在茫茫的大海上只知道“我在哪里”是没有任何意义的。重要的是要让救援人员能够知道“你在哪里”。北斗系统的短报文通信功能正可以把这些重要的信息传递出来从而为救援工作指引方向。同样利用这一功能，渔政部门可以及时将台风警报发给所有安装了北斗卫星导航系统的远洋渔船，让他们及时回港避险。正是因为有了这些实用的功能，北斗卫星导航系统被南海渔民亲切地称为 “千里眼”。

　　授时服务精度可达10纳秒

　　在金融、电力、电信领域，让所有的系统、设备有一个统一、精确的时间基准是非常重要的。然而生活常识告诉我们，无论是我们的手表还是电脑上的时间，误差都非常大。系统时间的误差对于这些领域来说往往是致命的。

　　对银行系统精确授时的意义，卫星导航领域的权威专家杨元喜院士曾经打过这样一个比方：“假设我们借美国2000亿美元，应该在今天零点之前还。如果我们的银行系统的时间不准确，导致我们在零点零一秒还，多一天的利息会是一个庞大的数字。”

　　在电力系统，如果电力传输设备运行时间不同步，轻则运行设备失控，影响正常传输，重则造成整个地区电网瘫痪。

　　如果电信系统的时间不同步，那么老百姓要缴纳的电话费将永远是一笔糊涂账。

　　现在银行、电力、电信系统都已经成功应用了北斗系统，利用北斗的授时功能能够保证它们有一个精确、同步的时间。北斗系统的铷钟可以提供精度为10纳秒的精密授时服务。

　　多领域开发只受想象力的限制

　　虽然卫星导航系统的基本功能只有导航、定位、测速、授时，但在各行各业对这些基本功能进行二次开发而产生的应用项目，绝对会让你眼花缭乱，并感叹自己想象力的匮乏。

　　如果你戴的手表中装有导航芯片，利用北斗的授时功能，那么只要你的手表不坏，你就永远不需要调准时间；

　　如果为老人、小孩配上北斗接收机，就可以准确地知道他们的所处位置，并与公安系统联网就可以为他们提供安全保护；

　　在建筑施工中，利用北斗系统可以对建筑、桥梁施工中以及使用中的形变进行毫米级、亚毫米级的监控，以防止因变形所引起的垮塌事故；

　　在森林防火领域，在防火车上装上具有通信功能的北斗定位接收机，可以引导车辆和消防人员到火点实施救灾；

　　在地球物理领域，利用北斗系统对全球地壳板块运动进行监测，可以发现和预测地震；

　　在交通运输领域，北斗系统将在智能交通、路况信息管理、道路堵塞治理、车辆监控和车辆自主导航方面有广泛的应用前景；

　　在农业上，北斗的实时精密定位将应用于土地和农田的整理和管理，实现对农田的精密耕作；

　　在渔业上，结合鱼群随着洋流定期洄游的特点，利用北斗系统的定位可以帮助渔民找到鱼群的位置。

　　再告诉你这样一个实例吧，举世瞩目的三峡大坝建设，大坝碾压机安装了北斗导航终端，碾得平不平、直不直，碾了多少遍，完全由机器进行控制，保证了大坝的建设质量。

　　因此，有人说过这样一句不无道理的话——卫星导航的应用只受想象力的限制。

　　延伸阅读

　　北斗卫星导航系统

　　北斗卫星导航系统，是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。

　　在全球四大卫星导航系统中，欧洲的“伽利略”和俄罗斯的“格洛纳斯”对外宣称的定位精度都为1米，美国的GPS和我国的北斗均为10米，授权用户可以得到更高精度的定位服务。美国正在大力研制新一代的卫星导航系统，并宣称新的系统定位精度将达到令人咂舌的1毫米。

　　目前北斗卫星导航系统已经步入空间段加速组网的阶段，按照系统建设“三步走”的规划，到2012年将建成覆盖亚太地区的区域导航系统，到2020年将建成覆盖全球能够为全世界提供导航定位服务的全球系统。

整理：洪麓丰