今年初，第八顆北斗導航衛星的成功發射打響了我國航天“十二五”宇航發射第一戰，至此，北斗區域衛星導航系統的基本系統建設完成。經過半年多的在軌驗證和系統聯調，北斗衛星導航系統目前已經具備了向我國大部分地區提供初始服務的能力，達到了進入試運行階段的條件和水平。
而今年7月和12月陸續在傾斜地球軌道上安家的兩顆北斗導航衛星，也已經相繼加入到組網隊伍中來。它們的“入盟”，連同去年連續發射成功的五顆組網衛星，在很大程度上改善了北斗衛星導航系統空間段的星座構型，極大提高了系統服務區的覆蓋能力，提高了北斗區域導航定位的連續性、可靠性和穩定性。
兩年八星密集組網
北斗區域導航基本系統建設完成
隨著第十顆北斗導航衛星，也就是北斗區域衛星導航系統中的第五顆傾斜地球同步軌道衛星、密集發射的第八顆組網衛星的精確入軌，北斗區域衛星導航系統的功能和優勢正日益凸顯，導航的精度及其定位的連續性、可靠性、穩定性都在逐步增強。
按照“三步走”的戰略部署，北斗衛星導航系統已經進入第二步的系統建設階段。在這一步的實施過程中，系統建設已經實現了從“2+1”到“3+3”的跨越，并向著更加完備的星座組網和系統建設目標加速邁進。
在去年和今年實現加速組網的八顆北斗導航衛星中，前兩顆發射的是靜止軌道衛星，第三顆則是傾斜地球同步軌道衛星，也就構成了“2+1”這一最簡系統的星座格局。
“其實，前三顆組網衛星構成的最簡系統從導航的意義上說，并不能起到明顯作用，但為什么要先組這么一個網呢？”北斗衛星導航系統工程總師孫家棟院士解釋說，“它主要還是用來作試驗，驗證導航信號的準確性、方案設計的合理性和技術條件的允許性等方面內容，以便指導我們進行適時調整和改進，促進后期組網工作有效開展。”
而后連續發射的三顆組網衛星分別是一顆靜止軌道衛星和兩顆傾斜地球同步軌道衛星，則是按照“3+3”的規劃逐步實施的，也就是要在之前“2+1”的基礎上形成三顆靜止軌道衛星和三顆傾斜地球同步軌道衛星的星座格局。
“這種‘3+3’星座格局的形成，標志著北斗區域衛星導航系統的基本系統建設完成。”孫家棟進一步解釋說，北斗區域衛星導航基本系統的建成，意味著我國乃至周邊地區的任何一點，在任何時間內，都能夠看到‘3+1’顆北斗導航衛星，也就能夠保證實現準確定位。
而伴隨著第九顆和第十顆北斗導航衛星的成功入軌，北斗衛星導航系統的組網成員在短短不到兩年的時間內擴充到八顆之多，極大地提高了區域衛星導航基本系統的持續性和穩定性，也為整個系統建設打下了堅實的基礎。
據中國衛星導航系統專項管理辦公室主任冉承其介紹，我國將在2012年發射六顆北斗導航衛星，并最終完成北斗區域衛星導航系統建設，為亞太地區提供精準的導航服務。
導航服務嘗試運行
北斗系統應用進入新的發展階段
冉承其介紹說，北斗區域衛星導航系統形成了“3+3”的基本系統，也就可以保證整個系統能夠提供連續的導航服務；同時，用戶系統和地面的應用終端也具備了基本的應用條件。綜合以上兩點，從理論上說，在今年年初我國北斗區域衛星導航基本系統建成的時候，這一系統也就具備了向我國大部分地區提供初始服務的條件。
但導航不單要靠天上的空間星座，還要靠地面系統強有力的支持，需要天地有機配合，協調一致。也正因為如此，這一基本系統建成后，又經過了半年多的時間進行星地組網和連調測試，才進一步具備了提供真正意義上的導航服務的功能。
從初步的測試數據來看，隨著北斗區域衛星導航系統基本系統的建成和后續組網衛星的不斷補充完善，目前，北斗的定位精度已經可以達到20米左右，在我國境內的部分主要地區甚至可以達到10米。
而這一定位精度，對于生活在我國境內的人群而言，完全可以滿足日常基本生活的導航需要，也可以說，北斗系統目前所能提供的日常導航服務的使用性能與GPS相差不大。
“今年年底前，我國及周邊部分地區就可以接收到北斗區域衛星導航系統提供的連續無源定位、導航、授時試運行服務。”冉承其表示，這一服務可以滿足交通運輸、漁業、林業、氣象、電信、水利、測繪等行業以及大眾用戶的應用需求。
“這就如同一輛車，現在車輛的最簡配置已經有了，完全可以上路行駛，但要進一步追求車內的豪華配置或是滿足更高要求的安全性和可靠性，就需要進一步發展和完善。”冉承其用生動的比喻來形容北斗區域衛星導航基本系統所處的發展階段和狀態。
明年年底前，我國還將陸續發射六顆北斗導航衛星，在目前“3+5”的基礎上補充兩顆靜止軌道衛星和四顆中圓軌道衛星，形成“5+5+4”的星座格局，通過星座結構的加強和備份，提高整個系統穩定性。
北斗區域衛星導航系統建成以后，在亞太地區的導航精度將與GPS相當或略有差距，除非特別專業的導航要求和應用，一般用戶在使用方面不會有明顯的感覺。等到2020年左右北斗全球衛星導航系統建成之后，北斗系統所提供的定位精度在全球范圍內將與GPS相抗衡，而在增強區域也就是亞太地區，北斗的精度甚至會超過GPS。
北斗導航衛星組網效果圖
自主導航：目標明確 方案先進
北斗區域衛星導航系統建設在全球衛星導航史上具有特殊的意義。
無論是美國的GPS、俄羅斯的“格洛納斯”還是歐洲的“伽利略”，都是一步建成全球衛星導航系統。而北斗的特色就在于，它先解決了有無的問題，即建立了北斗衛星導航試驗系統；第二步再建設一個與GPS、“格洛納斯”和“伽利略”一樣的導航體系，只不過這個體系的覆蓋區域是中國及周邊地區而不是全球；第三步再通過將近十年的時間，建設一個可以與當時世界上最先進的衛星導航系統功能相媲美的、全球覆蓋的衛星導航系統。
中國衛星導航系統專項管理辦公室技術部副主任郭樹人介紹說，除此之外，北斗還有其與生俱來的優勢。
一個就是北斗所特有的短報文功能。郭樹人以漁業、運輸業的管理為例，向記者講解了北斗衛星導航系統所獨具的短報文功能的優勢所在。“利用GPS，每條漁船、每輛車輛都能夠知道自己的具體方位；而利用北斗，除了讓漁船和車輛實現自我定位之外，還能將信息統一收集和回收到管理中心，在那里的大屏幕上就可以一目了然地知道所有漁船或車輛都分布在什么地方。”
北斗在軌道設計方面的特色和優勢，在世界導航系統建設中也是獨一無二的。
美國GPS基于六個軌道面設計，每個軌道面分布四顆衛星；俄羅斯則考慮到三個軌道面的設計對于高緯度地區的覆蓋效果好，而選取了三個軌道面的設計，每個軌道面分布八顆衛星。
通過后來的實際驗證發現，三個軌道面的設計在全球的導航定位性能也都很好，所以后來歐洲的“伽利略”也采用了這一設計。
北斗全球衛星導航系統的建設在綜合了諸多有益經驗的基礎上，也將中圓軌道確定為三個軌道面，每個軌道面分布八顆衛星。
除此之外，為了提高區域覆蓋性能，北斗全球衛星導航系統還將保留在區域衛星導航系統中采用的地球同步靜止軌道和傾斜地球同步軌道相組合的軌道設計。這一設計相較于中圓軌道的導航性能來講，在實現區域導航覆蓋和提升區域導航精度方面，能夠用更少的衛星達到更好的導航性能和效果，是最經濟、最簡單、最實用的設計方法。
無論是美國的GPS、俄羅斯的“格洛納斯”還是歐洲的“伽利略”，都只有一種軌道設計，即中圓軌道設計，只不過區別在選取三個軌道面還是六個軌道面上。而我國的北斗全球衛星導航系統則集中了三種軌道設計——地球同步靜止軌道、傾斜地球同步軌道和中圓軌道，在保留中圓軌道三個軌道面設計長處的基礎上，集納了多種軌道設計的優勢于一身，是世界導航系統的首創。（劉斐）
來源：中國航天報
