中国航天大事：构建北斗卫星导航系统

1994年，中国正式开始北斗卫星导航试验系统（北斗1号）的研制，并在2000年发射了两颗静止轨道卫星，区域性的导航功能得以实现。2003年又发射了一颗备份卫星，完成了北斗卫星导航试验系统的组建。

卫星导航系统是重要的空间基础设施，可提供高精度的定位、测速和授时服务，从而带来巨大的社会和经济效益。中国高度重视卫星导航系统的建设，一直努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。

2000年10月31日和12月21日、2003年5月25日、2007年2月3日在西昌卫星发射中心用长征3号A运载火箭，先后成功地将4颗北斗1号导航试验卫星送入太空。这标志着中国已自主建立了完善的卫星导航系统，它对中国国民经济建设起到了积极作用。

虽然美国GPS导航卫星已广泛应用，但它也绝非完美无缺。例如，GPS只能导航，无法通信，而在很多情况下，同时进行定位和通信十分重要，遇险人员可及时把自己所在位置通知救援部队；如果仅依赖GPS，则容易受美国控制。那么，有没有解决这些问题的新方法呢？中国“北斗”开辟了一条新途径，并使中国成为世界上第3个拥有导航卫星的国家。

中国北斗1号试验卫星导航系统是全天侯、全天时提供卫星导航信息的区域系统。该系统在国际电联登记的频段为卫星无线电定位业务（RDSS）频段，上行为L频段（频率1610～1626.5MHz）,下行为S频段(频率2483.5～2500MHz)；登记的卫星位置为赤道上空东经80°、140°和110.5°（最后一个为备份星星位）。

卫星无线电定位业务是卫星无线电导航手段之一，主要用于区域性导航定位，具有投资省、见效快、位置报告能力强等特点，但导航参数的测定要通过地面中心站完成。

北斗1号试验卫星导航系统由2颗相隔一定距离的静止轨道北斗1号导航试验卫星、地面控制中心站（有2副天线）和北斗用户终端三部分组成。通过双星定位方式来工作的，还有1颗是在轨备份星。虽然用2颗卫星组建导航系统虽然是美国吉奥星公司首先提出来的，但美国和欧洲的公司在这方面的研制工作均失败和破产了，而中国首先实现了这项卫星导航定位的创新工程。

北斗1号采用双星定位的方法是由2颗经度上相距60°的地球静止轨道卫星（分别定点于东经80°和140°）对用户双向测距，由1个配有电子高程图的地面中心站定位，另有几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机。其定位原理是：以2颗卫星的已知坐标为圆心，各自以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。电子高程地图提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点即可获得用户位置。

该系统的工作过程是：在平时，地面中心站经2颗北斗1号导航试验卫星不断向用户询问是否需要定位的信号，而用户终端一般只处于光收听不发信息的状态。当需要定位时，用户终端分别经北斗1号导航试验卫星1号、2号向中心站发送需要定位的申请信号。这时，中心站通过测量信号的往返时间来算出用户终端分别到每颗卫星的距离。由于卫星的位置是已知的，所以可以用这2个距离测量数据进一步推算出用户位置。最后，中心站就可将该定位信号经1颗卫星传给用户终端。

与美俄导航卫星相比，北斗1号导航试验卫星有不少别开生面的地方。

例如，北斗1号采用主动式卫星导航定位方式，即用户定位时要向卫星发送申请信号，得到地面中心站批准后方能接收卫星发送的信号。而GPS、GLONASS都采用被动式卫星导航定位系统，既用户定位时不用向卫星发送申请信号就可接收卫星发送的信号。这2种方式均有利有弊。采用主动式卫星导航定位方式，可将导航定位、双向数据通信和精密授时结合在一起，使系统不仅可全天候、全天时提供区域性有源导航定位，还能进行双向数字报文通信和精密授时。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户能知道自己的测定位置，而且其调度指挥或其他有关单位也可得知用户所在位置。但采用这种方式系统生存能力差，定位精度有限，容易暴露自己，用户数量有限，不能全球导航，所以对军事应用有一定影响。

该系统只需2颗卫星就能工作。北斗1号导航试验卫星都采用东方红3号卫星平台，运行在地球静止轨道，设计寿命8年，是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统，所以具有周期短、投资少和具备特色功能等优点。它不仅可全天候、全天时提供区域性有源导航定位，还能进行双向数字报文通信和精密授时，是十分符合当时中国国情的一个卫星导航系统。但它覆盖面积较小，只能进行区域导航，定位精度也较低。不过，该系统是中国自主研发的，因此更安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用。

北斗1号试验卫星导航系统主要有有源导航定位、双向数字报文通信和精密授时三大功能，为服务区域内的用户提供全天候、实时定位服务，定位精度与GPS相当，可在中国及周边地区为单兵、车辆、舰船和直升机等用户提供精度为20～100米的定位服务；通过它一次可传送多达120个汉字的信息；其授时精度可达20纳秒。所以能广泛用于交通运输、海上作业、物流管理、森林防火、灾害预报、气象、石油、海洋、通信、公安以及其他特殊行业。中国空间技术研究院还研制了多个型号的北斗1号导航试验卫星定位终端，提供给不同用户使用，主要产品包括车载型用户机、舰载型用户机、定时型用户机、通信型用户机、便携式用户机和指挥型用户机。

北斗1号试验卫星导航系统与美俄的系统最大的不同在于，它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置在什么地方，特别适用于需要导航与移动数据通信相结合的用户，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。例如：

该卫星系统曾成功服务于黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统、吉林”尼尔基”嫩江流域水情自动测报系统、黑龙江省七台河市煤矿安全生产远程监控系统、青藏高原无人职守自动气象站系统等。基于北斗1号导航试验卫星系统开发的“渔船监控调度系统”，可实时将船只的位置信息通过北斗1号导航试验卫星传输至渔业管理部门的监控中心，为远海渔业的安全作业提供了保障。

2005年，中国卫通集团结合煤矿安全生产的需要，研制成功了基于卫星传输的煤矿安全生产监测监控系统。该系统利用北斗1号导航试验卫星等相关卫星通信资源，通过与煤矿安全远程监测监控系统有效结合，组成了天地一体、全疆域覆盖、全天候工作、多级联网的煤矿瓦斯卫星监控安全系统，为煤矿安全生产提供了稳定有效的监督管理手段，极大提高了煤矿生产安全保障能力。

利用北斗1号导航试验卫星的双向数字报文通信功能，中国卫通集团开发了水情自动测报系统，该系统具有全疆域无缝隙覆盖、全天候实时工作的特点，特别适合于为广大地面通信网络无法覆盖的地区提供水利信息化数据传输服务，从而实现水文测报、水质监测、水资源监测等各项应用，提高了中国水利行业的信息化水平。

2007年7月28日，中国自主研发的危险化学品运输安全导航卫星定位系统——北斗1号卫星运输监控指挥系统通过专家评审。这表明，中国自主研制的“北斗”卫星导航定位系统已规模化进入应用市场，走进百姓生活。

它还在2008年初中国南方抗击雪灾中和汶川地震等灾害发生时起到巨大作用，因为当时很多通信系统都瘫痪了，所以GPS的使用受到限制，而由于北斗1号试验卫星导航系统拥有导航定位、双向通信等功能，所以能及时把最新灾情的发生地通报给有关人员，从而及时采取措施。