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杨元喜院士:中国的北斗 世界的北斗

发布时间:2011-03-28

我们最常见的问题是,打电话,我在哪儿?你在哪儿?我怎么去你那儿?遇到危险了,需要救援,我们怎么到你那儿?因此需要定向。北京西客站在什么地方?如果你的回答是在地球上,你是正确的,如果说在地球的什么地方,你说在中国,更正确了。在北京,又精确了一步。在北京什么地方?大概是北纬39度53分,东经116度19分。这时候还不知道在哪儿。我们不仅需要定位,还需要一个参照物,要引导,要参照,这才叫导航,不仅仅是定位。所以,导航和测绘是密不可分的。

当然,我们日常生活根本离不开导航,我们各位媒体朋友今天赶到科协会堂时,如果从西边过来,就会知道,当你过了八一大楼的时候,就知道大概还有一公里。如果不对再往前走一点,如果走过了,再往回走一点。大家可能不知道,你是用你的眼睛在导航,你的眼睛就是个传感器,就是个望远镜,和大脑里的地图做了一次匹配,没有匹配上,要进行一次返回。所以你每时每刻都在导航,当然睡觉时例外。

我们行人借助地图,飞机利用无线电、航标导航,舰船利用无线电、航标、天文进行导航,汽车利用各种卫星导航系统和地理信息系统导航。所以,我们的日常生活离不开导航。汽车变成我们的代步工具,当你到一个陌生的地方,不仅需要卫星的导航,可能还需要很多参照物。我们其他的载体,比如我们的飞机、导弹、坦克、火车、空中运载武器、舰船等等都需要导航。

我们生活在地球,大家知道,地形是极其不规则的,我们看到的地图又是极其规则、美丽的。从上面不规则的地图到底下的地图,我们最核心的一步是要定位,要做控制,否则这个地图是不精确的。我们定完位,把它移到一个球体上再到一个圆柱体上,然后再展开成一个平面,再做纠正,这样才能拿到我们手上的地图,所以关键环节是定位。

一个国家必须有自己独立的坐标系统,我们的卫星都在围绕地球运行,要确定这个坐标系统,卫星导航是最最重要的手段之一。我们生活在一个始终变化着的地球,日本刚刚发生过大的地震,可以说每时每刻我们脚踩着的地球都在变化,监测这个变化的手段就是卫星导航。我们每时每刻每秒都在观测,把这个数据处理完以后,我们就会给大家提供这样一张图出来,中国的地壳是这样运动的,这就是导航定位。

说到这个地方,给大家汇报一下导航的基本原理是什么。其实导航简单得不能再简单。古代,我们的猎人们根本没有什么知识,更没有导航知识,他走到森林里,他会做很多记号,这就是做导航,然后返程时通过记号回来。郑和下西洋,他用的是罗盘,也就是指南针,航海要进行导航。我们用地图、影像、地形做了这么多导航,还可以用星辰,我们看太阳,用脉冲星射线,还有无线电导航等等。

导航就这么简单。如果有两个观测者,他们两个人的坐标是知道的,距离也是知道的,测一角度,可以把位置点算下来,中学生大概都学过了。卫星导航怎么导呢?先是把卫星的位置测下来,把第二个、第三个卫星都测完,卫星的轨道就知道了。测第二个点、第三个点、第四个点,再把汽车给测下来了,导航就这么简单,就是个交汇。刚才孙家栋院士说卫星导航是极其复杂的工程,你这么一说就是一个交汇原理,不是的,原理即使简单,但是科学构成极其复杂。大家知道,卫星在我们大气层之上,无线电信号是要通过大气层的,你不得不考虑大气各种因素对信号的影响;人生活在地面上,可能还有楼房等固体物体遮盖;我们还生活在电磁场当中,还有很多高压线,都可能产生干扰,你就不得不考虑这么多障碍物的影响。此外,还要考虑频率问题、信号捕获问题、时钟精度和稳定性的问题,这是一个极其复杂的科学工程。

中国的北斗卫星导航实验系统,原理就是交汇,两个卫星的位置,测一个点测不下来,三维测不出来,我们就加上高程,我们的导航原理就这么简单。但是,我们这个试验系统应该说解决了国家当时的急需,解决了有无问题,为北斗卫星导航系统发展积累了经验,也为中国电子产业的发展注入了新的活力,为中国卫星导航争取了国际地位。

孙院士说,中国的北斗是世界的北斗,中国的北斗不仅为中国人作出贡献,也为世界人作出贡献。首先增加了北斗卫星,增加了几何上的冗余,增加了观测,同样也增加了系统冗余。什么叫系统冗余?不同“政权”掌握的导航系统,我们把它叫做系统冗余,这非常重要。几何冗余方面,我们增加了覆盖广度、增加了密度,增加了可视数量,而系统冗余更增加了安全保障。不同的星座、不同的观测,由此增加了容错能力,增加了系统误差的补偿能力,增加了异常误差的探测能力,增加了精度,提高了稳定性,提高了可靠性,这些都是有帮助的。已经有22颗GLONASS卫星,还有2颗实验的伽利略卫星,以及有我们的北斗,即使如此,群星璀璨的星空,北斗仍然会闪出它的光芒。

我们作出一个计算,在有GPS的情况下,中国北斗的贡献率大概占50%。假如有了GLONASS,假如有了伽利略,且不说伽利略已经落后了,即使伽利略和我们同步或者在我们前面,我们中国的北斗对全人类的贡献仍然达到25%。

结束我的讲话之前,我想给大家说几点感想。中国的北斗导航系统应该说是国家重大决策,是个复杂的科学工程,它将促进多学科的融合与发展。北斗工程是重大的基础设施工程,将服务于社会,服务于国家安全。同样,北斗工程也将会为国家的经济建设提供重要的支撑,为中国的电子信息产业的发展提供强有力的支持。北斗将源于测绘,服务于测绘,中国的北斗也是世界的北斗,尽管我们面临着很多困难,但是北斗卫星导航事业一定能够取得辉煌的成就!

 

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