我国自主研发卫星导航系统"北斗"将用于民航

　　“大河向东流，天上的星星参北斗……”。在夜间，“北斗星”因其形状易于辨认而成为人们指引方向的坐标。如今，命名为“北斗”的我国自主研发的卫星导航系统，也正在人们的生活中发挥越来越重要的作用……

　　民航需要“北斗”吗?这是一个现实而又不可回避的问题。

　　实际上，作为全球导航卫星系统(GNSS)的最高级别民用用户，民用航空是“北斗”卫星导航系统渴望进入却又难以涉足的领域。面对美国全球卫星定位系统(GPS)在民航业绝对主导的卫星导航格局，“北斗”要实现的首先是突破。路漫漫，虽道阻且长，梦想终将照进现实。

　　民航，不做“北斗”应用的旁观者

　　中国科学院院士、北斗卫星导航系统工程总设计师孙家栋曾说过：“北斗卫星导航系统，只有想不到没有做不到。”

　　的确，作为我国自主研制的卫星导航定位系统，“北斗”(BDS)是服务经济建设、社会发展和公共安全的重要空间基础设施，如今已与美国全球卫星定位系统(GPS)、俄罗斯格罗纳斯系统(GLONASS)、欧洲在建的伽利略系统(Galileo)并称为四大全球卫星导航系统，填补了我国在卫星导航定位领域的空白。截至2013年底，我国已累计发射16颗“北斗二号”卫星，顺利完成北斗卫星导航工程区域组网，实现对亚太地区定位、导航和授时服务。

　　虽然北斗卫星导航系统建设取得了阶段性成果，但在中国民用航空领域，目前“北斗”依然是个“门外汉”。

　　现代大中型运输机一般都装有惯性导航系统、无线电导航系统和卫星导航系统等，为航空器提供导航定位服务。由于能够满足民航对卫星导航系统的需求，且向全球民用用户提供免费的导航定位服务，目前在全球民用航空领域，美国的GPS系统占据着主导地位。

　　让中国民航使用“北斗”的动力究竟何在?

　　“安全”当然是重要原因之一。中国民航飞行学院飞行技术学院教授张光明告诉记者：“我国是北斗卫星导航系统的自主知识产权拥有国和建设国，无论从国家战略层面还是卫星导航完好性层面考虑，将‘北斗’纳入我国民用航空器导航都势在必行。”

　　上世纪90年代中期，美国出于自身考虑，曾通过在GPS信号中加入选择可用性(SA)干扰，人为降低普通民用用户利用GPS进行导航定位时的精度，使定位水平误差达到100米左右。这样的导航定位误差对民用航空器飞行安全带来难以想象的潜在威胁。从2000年5月2日凌晨零点开始，美国取消对GPS的SA干扰，但并未否认可能在特殊时期再一次施加干扰。“这一事件足以说明，中国作为一个大国，过分依赖GPS，绝非长久之计。”张光明如是说。

　　加快推动“北斗”在中国民航领域的应用，还有一个重要原因，就是确保民航新技术的安全高效使用。多年来，长期致力于推动民航领域新技术应用的民航局飞行标准司副司长杨洪海告诉记者：“PBN程序及其运行的推广应用，改变了民航传统运行模式，而PBN运行的核心就是卫星导航。”

　　事实上，不仅是PBN，诸如GLS、ADS-B等目前在民航推广应用的飞行运行、空管监视等航行新技术，应用基础都是全球导航卫星系统。现阶段，这些民航新技术的应用基础都是美国GPS系统。

　　“在我国民航领域，‘北斗’首先作为GPS的备份系统使用，一方面可以增强我们对卫星导航系统的使用自主权和信心，另一方面‘北斗’可与GPS实现互操作兼容运行，可对GPS现有的性能进行增强和补充，以实现更高精度的定位服务。”杨洪海表示。

　　与此同时，杨洪海认为，民航应用“北斗”系统，对于“北斗”自身建设同样具有重要意义。“现今我国民航使用的大部分技术都是舶来品，要真正推动我国民航的科技进步，抓手有两个，一是国产大飞机，二是‘北斗’。”

　　也正是基于这些考虑，民航局对“北斗”系统在民航领域的应用十分重视。从2003年开始，民航局一直积极参与“北斗”专项工作，依托民航多种平台进行前期准备。2009年10月，在《中国民航PBN实施路线图》中，明确提出“北斗”系统建成并满足民航飞行运行要求后，中国民航计划将该系统纳入未来全球导航卫星系统(GNSS)系统中。

　　2010年9月，在国际民航组织(ICAO)第37届大会上，根据国务院授权，中国民航在民航局局长李家祥的带领下，代表中国向ICAO大会提交了第179号《中国民航卫星导航应用及未来发展考虑》和184号《北斗卫星导航系统简介》两篇工作文件，正式提出将北斗系统纳入ICAO标准框架。2011年1月，ICAO理事会以决议形式，支持北斗系统逐步纳入ICAO标准框架。此举意味着北斗向全球导航卫星系统(GNSS)迈出了关键一步。

　　“北斗”在民航，梦很近，路遥远

　　了解“北斗”的民航人普遍认为，北斗卫星导航系统在民航领域有着非常广阔的潜在应用前景，这些应用将涵盖航空器导航、空中交通管理、飞行运行管理、授时及航空通信等多方面。此外，“北斗”特有的短报文功能，可以用于民航空地之间的通信。特别是在民航搜索和救援领域，只依赖“北斗”而无需其他系统，就可以实现对航空器位置的快速锁定，并启动搜索和救援工作。

　　随着覆盖中国及周边地区的区域导航系统的建成，“北斗”之梦似乎已经离中国民航越来越近了。但事实上，民航对“北斗”的实际应用还仅仅处于初级阶段，未来的路注定很漫长。

　　“民航是全球卫星导航系统的最高级别用户。卫星导航系统只要能满足民航导航的要求，在其他领域基本都可以应用了。”杨洪海之所以这么说，原因有三：一是民航的定位导航以“米”作为量级，精度要求高;二是飞机速度快，高速环境下定位、通信的难度更大;三是民航安全对卫星导航系统的可靠性提出了更高的要求。

　　满足民航的这些“高”标准，首先需要对“北斗”进行大量的试验和验证，证明其能够符合要求。在没有经过长时间测试、验证、试飞、评估等工作的情况下，不能贸然将“北斗”用于民航领域。

　　“这种谨慎来自于民航的‘保守’。”杨洪海说，“这里说‘保守’并非贬义，而是特指对可靠性的高要求，就如同航天工程不允许大幅度创新一样。事实上，民航对可靠性的要求远远高于航天。”

　　那么，“北斗”如何才能在民航领域大展身手?

　　记者了解到，国际民航组织公约针对民用航空器在不同飞行阶段和运行条件，在附件10中对全球导航卫星系统的空间信号性能从精度、完好性、告警时间、连续性、可用性等方面都提出了详细要求。因此，“北斗”要先过国际标准“关”。而过关的“秘籍”就是基于对反复测试的基础数据的分析。

　　在张光明看来，“北斗”应用民航这条路，无捷径可走。“国际民航组织目前认可推荐使用GPS作为首选卫星导航系统，也是经过很长时间多架次测试、试飞、试运行等得到的结果。北斗同样要走这条路。”

　　可喜的是，中国民航已经迈出了第一步。2011年10月17日，中国民航飞行校验中心和中国民航飞行学院在“奖状”型校验飞机上搭载“北斗”导航接收机并进行了“北斗”导航性能测试。测试飞行航线为北京首都机场至内蒙锡林浩特机场。这是“北斗”在民航领域的第一次导航性能测试。据中国民航飞行校验中心副主任刘琨介绍，首次测试结果比较理想，“北斗”展现了与GPS相当的导航定位精度、完好性、连续性和可用性。“但一次测试的数据无法证明什么，要真正将‘北斗’应用到民航领域，仍需很长的路要走。”

　　加快“北斗”在民航应用，需两条腿走路

　　“没有市场，没有投入，一切都是空谈。”杨洪海的这一观点，代表了业界相当一部分人的看法。也就是说，“北斗”应用民航，要“两条腿走路”。

　　所谓“两条腿”，一条是政府政策引导，另一条是市场和产业带动。记者了解到，美国GPS系统就经历了从最初的“军用为主、民用为辅”到“强军护民、以民养军”的转变。美国政府关于GPS政策的每一次开放调整，都有力地推动了本国及全球卫星导航定位产业的市场发展，成就了今日雄踞全球的GPS。

　　根据我国制订的北斗卫星导航系统建设的“三步走”规划，到2020年，由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统将建成。时不我待，用张光明的话说，“现在最重要的，就是解决‘北斗’在中国民航怎么用的问题”。

　　记者在采访中了解到，先通用后运输，先监视后导航，这就是目前“北斗”在民航领域应用的基本策略。

　　民航局已经采用了在通用航空领域先试先行的方法，推动“北斗”在民航领域的使用。杨洪海告诉记者，通过安全资金投入通航项目，民航局鼓励部分通航企业使用“北斗”为通用飞机提供导航定位服务。

　　按照部分已经参与“北斗”应用的通航企业的计划，初期将测试“北斗”卫星信号单独为通用航空器提供导航定位服务，尤其是在我国西部边远地区缺乏或没有陆基导航设施的区域。同时，利用“北斗”的导航性能增强系统，或采用“北斗”加GPS的双模接收机，为通用飞机提供更加精确的导航定位服务。

　　政策引导只是一方面。杨洪海认为，“要实现‘北斗’在民航领域的广泛使用，最终要靠产业推动，而不仅仅依靠政府力量。毕竟，企业才是技术创新以及产业体系优化升级的最终原动力”。

　　根据国务院办公厅2013年印发的《国家卫星导航产业中长期发展规划》制定的发展目标，到2020年，我国卫星导航产业的规模超过4000亿元。中国卫星导航定位协会最新的预测数据也显示，到2015年，我国卫星导航与位置服务产业产值将超过2250亿元，至2020年则将超过4000亿元。

　　面对着如此广阔的市场空间，发挥产业带动作用、激发龙头企业的创新能力，对于加快推动“北斗”在民航领域的应用至关重要。

　　目前，随着“北斗”系统接口控制文件(ICD)的开放，国内能够研制“北斗”接收机芯片的厂商已不在少数。但不少生产商却因认为民航的“门槛”太高望而却步，致使“北斗”在民航领域的应用缺乏动力。民航业内人士分析认为，这是一把“双刃剑”。“门槛高限制了企业进入，这是不利的一面;有利的一面是可让有实力的企业脱颖而出，高投入、高门槛、高风险最后得到的是高回报。”

　　构建生产商与民航用户间的有效沟通平台，促使产业界积极投入创新研发，形成良性发展的产业链，是目前民航科研机构、通航企业正在努力探索的新路。

　　北斗卫星导航系统的成功，是中国科技创新能力提升的生动范例，而实现在中国民航领域的加快应用，是“北斗”实现自我突破和提升的必经之路。“北斗”在民航的未来，更广阔、更美好。

　　背景链接：

　　北斗卫星导航系统计划最早于1983年提出，初衷是为我国海上船只提供导航服务。1994年，我国正式立项建设双星快速定位通信系统，并命名为“北斗一号”。2000年，我国相继发射了两颗北斗导航定位试验卫星并成功进入预定轨道，2003年又成功发射第3颗北斗卫星。2004年4月，“北斗一号”建成并投入使用。

　　“北斗一号”建成后，在四川汶川、青海玉树大地震抗震救灾和北京奥运安保中，发挥了重要作用。

　　我国从2006年开始建设“北斗二号”导航卫星系统。“北斗二号”的建设分两步走，第一阶段(2012年底前)建成由12颗卫星构成、覆盖中国和周边地区的区域导航卫星系统，第二阶段(2020年底前)建成由35颗卫星构成、覆盖全球区域的全球导航卫星系统。

　　2011年12月27日，北斗卫星导航系统正式开始提供试运行服务。

　　2012年12月27日，北斗系统完成区域阶段部署，系统在轨工作卫星有5颗地球静止轨道(GEO)卫星、4颗中圆地球轨道(MEO)卫星和5颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星，可为亚太大部分地区提供公开服务。

　　北斗系统公开服务区是指满足水平和垂直定位精度优于10米(置信度95%)的服务范围，服务精度会达到10米左右。北斗系统现阶段可以连续提供公开服务的区域包括55°S~55°N，70°E~150°E的大部分区域。

　　“北斗”的建设以服务于我国国土和国防安全、服务于经济建设和社会发展为宗旨，在建设中遵循的是开放性、自主性、兼容性、渐进性四个原则。

　　2013年12月，中国卫星导航系统管理办公室发布了北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(ICD)，公布了北斗的公开服务信号。

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