衛星導航與中國北斗

更多衛星導航系統的存在，增加了精度，提高了穩定性，提高了可靠性。美國GPS，俄羅斯格洛納斯，歐洲伽利略，中國北斗，群星璀璨的星空，北斗仍然會閃出它的光芒。

一個人、一個國家都需要衛星導航

我們最常見的問題是，打電話，我在哪兒？你在哪兒？我怎麼去你那兒？遇到危險了，需要救援，我們怎麼到你那兒？因此需要定位。

北京西站在什麼地方？如果你的回答是在地球上，你是正確的，如果說在地球的什麼地方，你說在中國，更正確了。在北京，又精確了一步。在北京什麼地方？大概是北緯39度53分，東經116度19分。這時候還不知道在哪兒。我們不僅需要定位，還需要一個參照物，要引導，要參照，這才叫導航，不僅僅是定位。所以，導航和測繪是密不可分的。

我們行人藉助地圖，飛機利用無線電、航標導航，艦船利用無線電、航標、天文進行導航，汽車利用各種衛星導航系統和地理信息系統導航。所以，我們的日常生活離不開導航。汽車變成我們的代步工具，當你到一個陌生的地方，不僅需要衛星的導航，可能還需要很多參照物。我們其他的載體，比如我們的飛機、導彈、坦克、火車、艦船等等都需要導航。

我們生活在地球，大家知道，地形是極其不規則的，我們看到的地圖又是極其規則、美麗的。從不規則的地球到規則的地圖，我們最核心的一步是要定位，要做控制，否則這個地圖是不精確的。我們定完位，把它移到一個球體上再到一個圓柱體上，然後再展開成一個平面，再做糾正，這樣才能拿到我們手上的地圖，所以關鍵環節是定位。

一個國家必須有自己獨立的坐標系統，我們的衛星都在圍繞地球運行，要確定這個坐標系統，衛星導航是最最重要的手段之一。我們生活在一個始終變化著的地球，日本去年剛發生過大地震，可以說每時每刻我們腳踩著的地球都在變化，監測這個變化的手段就是衛星導航。我們每時每刻每秒都在觀測，把這個數據處理完以後，我們就會給大家提供這樣一張圖出來――中國的地殼是這樣運動的。這就是導航定位。

導航原理簡單，衛星導航工程很複雜

導航的基本原理是什麼？其實導航簡單得不能再簡單。古代，我們的獵人們根本沒有什麼知識，更沒有導航知識，他走到森林裡，他會做很多記號，這就是做導航，然後返程時通過記號回來。鄭和下西洋，他用的是羅盤，也就是指南針，航海要進行導航。我們用地圖、影像、地形做了這麼多導航，還可以用星辰。我們看太陽，用脈衝星射線，還有無線電導航等等。

如果有兩個觀測者，他們兩人的坐標已知，相互距離也已知，測一個角度，就可以把位置點算下來，這大概是中學生也學過的知識。衛星導航的原理也是如此。利用已知多個衛星的位置，將所需的點的位置計算出來（全球四大衛星導航系統都採用三球交會的幾何原理來實現定位――編者）。

當然，原理即使簡單，但是科學構成極其複雜。因此衛星導航是極其複雜的工程。大家知道，衛星在我們大氣層之上，無線電信號是要通過大氣層的，你不得不考慮大氣各種因素對信號的影響；人生活在地面上，可能還有樓房等固體物體遮蓋；我們還生活在電磁場當中，還有很多高壓線，都可能產生干擾，你就不得不考慮這麼多障礙物的影響。此外，還要考慮頻率問題、信號捕獲問題、時鐘精度和穩定性的問題，這是一個極其複雜的科學工程。

中國最初的北斗衛星導航試驗系統，原理就是雙星定位，已知兩個衛星的位置，測一個點測不下來，就加上地面高程，就能計算出這個點的三維坐標。它的導航原理就這麼簡單。但是，我們這個試驗系統應該說解決了國家當時的急需，解決了有無問題，為北斗衛星導航系統發展積累了經驗，也為中國電子產業的發展注入了新的活力，為中國衛星導航爭取了國際地位。

北斗衛星導航系統工程總設計師孫家棟院士說，中國的北斗是世界的北斗，中國的北斗不僅為中國人作出貢獻，也為世界人作出貢獻。更多的衛星導航系統的存在，增加了精度，提高了穩定性，提高了可靠性。美國GPS，俄羅斯格洛納斯衛星，歐洲伽利略衛星，以及北斗，群星璀璨的星空，北斗仍然會閃出它的光芒。

（作者為中國科學院院士，記者余建斌整理）

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