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中国北斗卫星定位系统是投资失误的典范 [转帖]
北斗系统的方案，80年代以前美国人早就考虑过，都放弃了，中国却拿来当宝。
我国的双星定位其实源于美国科学家G.K.Oneill于70年代提出的主动式卫星导航通信系统，利用地球同步定点卫星进行导航定位和通信。预计在全球沿赤道均匀布置6颗同步卫星。如果同时观测到三颗卫星，用户能向三颗卫星发出应答信号，可列出三个观测方程，确定三维坐标。但由于三星共面，几何图形不好，定位精度不高，故一般都采用两颗卫星进行两维定位，第三维即高度坐标采用高度表方式获得。
GPS只要有接受机就可，无须暴露自己，我们的是必须由想定位方向卫星发射定位信号，再由卫星把信号返回大型地面站，在由地面站计算再返给卫星，卫星再返给想定位方！！！光我说就这么复杂，还别说真正运转起来会怎么样，中间只要有一个环节被干扰或破坏（尤其是地面站）这套系统就全白费了！而且想定位方本身要发射信号，也容易暴露自己！！还有如下缺点：
1. 地面用户的设备体积大、造价高，不方便单兵便携，也不能镶入导_弹里(导_弹无法利用北斗系统定位)
2. 同时容纳的用户数量有限，不能做到普及化，因为卫星同一时间要接收地面用户群发来的信息，用户群的个体数量是很受限制的，估计也就在几万人(GPS不一样，它只管发信号，多少人接收都没关系，用户数量可以无限)
3. 卫星系统更容易受攻击、干扰，正因为北斗系统需要从地面接收用户信息，极容易被敌人发射同频干扰信号，把端口给封掉(如同黑客用台主机向一服务器大量ping进行封堵)
4. 管理复杂、层次多，容易出错，地面管理中心要同时分析处理几万到几十万的用户资料，判断密码、定位、以及返回的情报，而且这些用户单位所属各不一样，应急的级别也不一样，处理起来决不是容易的事。光靠电脑来处理瞬息万变的战场根本不行，必定繁复
5、仅能提供二维定位。
至于军用，有以下问题：
１、无法为快速移动中的武器提供定位服务，从而否定了卫星定位的主要军事运用。
２、定位服务区是区域性的，没有向全球定位系统扩展的可能性。这决定了此系统前途有限。
３、此系统只能服务有限的用户。定位星是系统的瓶颈。民军应用范围大打折扣而失去价值。
现有北斗系统的社会价值值得怀疑。民用没有GPS便宜，应用广。军用价值有限。有人会认为北斗一号的移动通讯功能有价值。但是，今天在我国通讯业发达的情况下，可能用户数量非常有限。我国当年建的卫星通讯网今天已是连年亏损，用户稀缺。将通讯功能放到北斗一号上，不但增加其复杂性和重量，也没有增加有用的功能。
现在国家准备放弃此系统，开发GPS类似的北斗2G，证明了北斗1G的决策失误，特别是在GPS广泛应用后的2000年，继续投入北斗1G。到今天，大部分投资打了水飘。
北斗定位系统的用户，例如一枚巡航导_弹，它不是被动接收卫星的信号即可以解算自己的位置，他要发射一串时间脉冲给邻近的卫星，卫星接收后再发射信号发射给地面的主控站，主控站负责来解算往返于卫星、主站、用户之间的信号代码。最后才能将解算得到的定位信息传送到用户终端。其间的误差比较大，需要事先做好误差平衡表来抵消实际施加的误差。我们国家的高性能计算机是不错的、这也是我们要发展定位系统的基础之一。
大家明白我们北斗定位系统的原理没有，这里面有几个致命缺点。
一，我们的导_弹不能无线电静默，它需要时时和卫星和地面站之间有信息传递，这在战场意味着什么？！当然是容易被干扰。
二，主控站位置容易暴露受攻击，卫星太少。一句话，系统生存能力比较低。
三，这种原理的定位误差的可控性不能无限制的提高。所以命中精度就不能和GPS、GLONASS相比。我们的巡航导_弹只能是靠北斗定位系统带到目标附近，然后靠惯性制导，主动雷达，激光制导等方式再来实现精确打击。这带来的是制导控制很复杂。
北斗一号唯一的作用就是教训，全无实际用处.究其原因，一是本身可能卫星的性能不够完善，不能大量用于民事用途；二是收费的问题.
中国“北斗一号”的定位原理与美国GPS的完全不同，主要在两个关键点上，一是“北斗一号”定位终端是有源的，即兼具发射和接收功能，而美国GPS的定位终端只需要接收功能；二是“北斗一号”定位终端的位置、速度解算是在地面控制中心，而美国的GPS的定位终端
本身具有解算能力。这两个关键差别导致在军事应用时：
1）由于“北斗一号”定位终端是有源终端，定位过程发射电磁信号，马上暴露了使用者的位置，如果是特种部队、战舰使用，无疑是主动申请敌方“向我开炮！”。而美国的GPS终端是无源的监听者，使用起来十分安全、隐蔽；
2）由于“北斗一号”定位终端使用时是双向通信，由地面控制站把定位信息返传给定位终端，时延长（秒级），不能应用于音速飞行的装备，如导_弹、战机等。而美国的GPS终端是在终端解算定位信息，反应时间只与终端的运算速度相关（毫秒级），即使高亚音速的巡航导_弹亦能应用。
3）由于“北斗一号”的定位过程需要地面控制中心与定位终端之间进行通信，受信道限制，同时服务的终端数有限（百台级），战场上的大规模应用成为不可能，试想作战时，数百台战车、数百台战舰、数千官兵同时需要定位服务，光通信排队都要等半天，如何敢用？！而美国的GPS工作原理是无源定位、分散运算，故没有信道瓶颈，军用、民用均没有终端数量的限制。
4）同样由于3）点，战时“北斗一号”系统极易被阻塞而发挥不到作用。敌方只要把侦测到的定位终端发射信号进行高密度、重复发送，就会造成象无数台定位终端在同时申请服务的假象，阻塞了有限的信道，使真正的定位终端不能工作、或响应减慢。
5）由于“北斗一号”定位终端需要有发射单元，成本高、使用条件受约束大，单兵、单武器应用的可能性低，主要还是车、船载应用。
6）如果战时地面控制站被“硬杀伤”、或被电磁压制、或内部破坏，则全系统“武功全废”。
从计算机系统体制结构看，“北斗一号”是主（地面控制中心）-从（定位终端）式体系结构，上述的缺憾是主-从体系结构造成的，该体系结构完全不适用于战争环境，只有分布式体系结构在战争环境才最具生存能力，象INTERNET强调点-点通信能力，INTERNET的工作站
在通信层上均是平等的，没有主、从之分。美国的GPS定位系统也是分布式体系，定位终端独立工作，24颗GPS卫星只起参照系作用，没有控制作用。
人类是在一次偶然事件中发现可以利用卫星进行导航。1957年，苏联成功发射第一枚人造卫星“斯普特尼克”1号(Sputnik-1)进入轨道后不久，美国两位科学家在追踪这枚苏联卫星时无意中发现，他们收到的无线电信号有多普勒频移效应，即卫星在飞近地面时，接收机收到的无线电频率逐渐增高，飞远时则逐渐降低。科学家对这种现象研究后产生灵感，卫星的轨道可由地面站测得的多普勒频移曲线确定，若知道卫星的精确轨道，不就能确定地面接收机的位置了吗?从此，一种先进的导航技术“卫星导航”悄然兴起。
当时美国科学家们即倡议利用卫星，为其“北极星”核动力弹道导单潜艇进行定位导航，以修正惯性导航系统的时间累积误差。于是美国在1958年提出利用“多普勒频移效应”与“标准时间差”定位原理的第一代卫星定位系统经纬仪(Transit)构想，1960年4月开始发射首枚卫星，1964年提供军用服务，1967年更开放给民间使用，此后曾进行两次改进，1988年8月进行最后一次发射，2000年系统报废。“经纬仪卫星导航定位系统”的成功，导致美国与苏联研发与建构更大规模、高精度的卫星导航定位系统，即全球定位系统(GPS)与全球导航卫得系统(GLONASS)。
1983年，大陆开始筹划卫星导航定位系统，1986年初，大陆正式以双星快速定位通信系统为名开始进行整个计划，并由北京跟踪与通信技术研究所负责研发。当时大陆专家研究报告提出多种卫星导航定位系统的构想，经过深入评析，多数专家认为，利用2枚或3枚位于地球同步轨道的通信卫星进行导航定位的方案比较适合大陆。由于当时大陆航天科技实力，已具有制造与发射同步轨道通信卫星的能力，也已建立卫星地面追踪网，有相当规模的卫星轨道数据处理中心，所以有利于发挥既有的卫星资源与地面设施功能；另一方面也顾及到大陆经济力量有限，因为此项发展需要24颗卫星类似美国GPS的卫星导航定位系统，需要大量经费，当时大陆尚无此财力。
1986年底大陆研发单位就提出了总体技术方案和试验方案，预估只要3年时间，就可利用已在轨道的2枚同步卫星进行整体演练，验证导航定位原理，并检验系统实用性，寻找实现双星导航定位的技术途径。就在大陆筹备双星定位系统期间，大陆专家发现1982年美国已有3名科学家开始发展一个利用3枚同步轨道卫星，名为GEOSTAR的定位系统，还获得多项专利。但是后来因为功能更佳的GPS全球定位系统发展迅速，使得研发中的GEOSTAR系统资金被撤走，在1991年宣告失败。由于GEOSTAR最后也将使用3枚卫星定位改为双星定位，因此大陆仍宣称使用双星定位的概念是其最早提出并实现的。
1989年9月5日凌晨5点，大陆科研人员以库尔勒、南宁等4个用户机进行第一次定位演练，结果证明，利用双星定位可实现定位、定时、简短通信三大功能，而且比当时GPS的民用码精度高好几倍。1994年1月，双星快速定位通信系统正式命名为“北斗”卫星导航定位系统，并列为大陆“九五计划”要项。双星快速定位系统演练验证试验的成功，为“北斗”系统奠定了技术基础。接下来的6年多里，北京跟踪与通信技术研究所又完成地面控制中心等应用系统的总体设计方案，建构“北斗”系统的完整架构。
“北斗”系统运作原理与流程
“北斗”卫星导航定位系统是全天候、全日时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，所以用户随时都可以接收到卫星广播的询问信号，服务范围以大陆地区为主。其定位原理系采用3球交会测星原理进行定位，以2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径可画出2个球面另一个球面是以地心为球心，画出以用户所在位置点至地心的距离为半径的球面3个球面的交会点即为用户的位置。
“北斗”卫星导航定位系统是由太空的导航通信卫星、地面控制中心和客户端三部分组成：太空部分有2枚地球同步轨道卫星，执行地面控制中心与客户端的双向无线电信号的中继任务；地面控制中心包括民用网管中心，主要负责无线电信号的发送接收，及整个系统的监控管，其中，民用网管中心负责系统内民用用户的标记、识别和运行管理；客户端是直接由用户使用的设备，即用户机，主要用于接收地面控制中心经卫星转发的测距信号。
地面控制小心包括主控站、测轨站、测高站、校正站和计算中心。主要用来测量和校正导航定位参数，以便调整卫星的运行轨道、姿态，并编制星历，完成用户定位修正资料和对用户进行定位。简单的说，“北斗”卫星导航定位系统具有快速定位、简短通信和精密授时的三大主要功能。
快速定位：目的在确定用户地理位置，为用户及主管部门提供导航服务。“北斗”卫星导航定位系统使用的卫星，以快速捕捉信号和传送大量数据见长，从用户发出定位申请，到收到结果，只需1秒钟。而在这1秒钟内，整个系统要完成发送申请信号、上传卫星、经地面控制中心计算出位置，再从卫星将定位信息送返申请用户等流程，而其中快速捕捉信号只用了几毫秒。大陆宣称这项20年前设计的快捕技术，在今天仍属世界最先进的技术。“北斗”卫星导航定位系统水平定位精度为100米，差分定位精度小于20米。定位响应时间：一类用户5秒、二类用户2秒、三类用户1秒。最短定位更新时间小于1秒，一次定位成功率95%。
简短通信：“北斗”卫星导航定位系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字简讯通信能力。运作流程为地面控制中心接收到用户发送来的响应信号中的通信内容，进行解读后再传送给收件人客户端。一般用户1次可传输36个汉字，经核准的用户可利用连续传送方式最多可传送120个汉字。这种简讯通信服务，GPS无法提供。
精密授时：“北斗”导航系统具有单向和双向2种授时功能，根据不同的精度要求，定时传送最新授时信息给客户端，供用户完成与“北斗”卫星导航定位系统间时间差的修正。
“北斗”卫星导航定位系统的工作步骤如下：
1.地面控制中心向2枚卫星发送询问信号；
2.卫星接收到询问信号，经卫星转发器向服务区用户播送询问信号；
3.用户响应其中1枚卫星的询问信号，并同时向2枚卫星发送回应信号；
4.卫星收到用户响应信号，经卫星转发器发送回地面控制中心；
5.地面控制中心收到用户响应信号，解读出用户申请的服务内容；
6.地面控制中心并利用数值地图计算出用户的三维坐标位置，再将相关信息或通信内容发送到卫星；
7.卫星在收到控制中心发来的坐标资料或通信内容后，经卫星转发器传送给用户或收件人。 |
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发表于 2024-10-15 14:25:52