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中美俄衛星定位精度差距很大:美0.1米,俄1.5米,中國北鬥呢?

2024-10-09軍事

1990年,美國在海灣戰爭中首次投入尚在建設中的GPS,並在戰後將這場戰爭的勝利直接總結為「GPS的勝利」;

【美國曾在海灣戰爭期間投入使用了GPS】

1993年,美國故意關閉印度洋區域的GPS服務系統,導致中國「銀河號」被迫停滯於公海長達3周時間。

【當事船「銀河號」】

這兩件事在相當程度上促進了 中國衛星導航系統工程—— 「北鬥」 的立項研究。

到今天中國「北鬥」已經取得了不小的成就,2024年9月7日時港媒【南華早報】還曾特地發文肯定「北鬥」成就:

「‘北鬥’系統(在國際市場)已逐漸與美國GPS旗鼓相當,在一些領域甚至更勝一籌。」

不過考慮到中國「北鬥」發展的時間不算長,如果從衛星定位精度這一關鍵效能指標出發對比美俄的衛星導航系統,中國處於何種水平呢?

【中國「北鬥」】

「北鬥」總師談「北鬥」

早在2020年年末,「北鬥」衛星導航系統工程總設計師楊長風曾在接受【中國新聞周刊】時說過:

「北鬥系統的研制和建成,對中國時空資訊保安具有重要意義。」

在楊長風看來, 時間和空間 這兩者, 關聯著一個國家最重要的基礎資訊。

如果時間和空間被敵人牢牢拿捏,那麽這個國家根本無從談安全。

【中國「北鬥」衛星導航系統工程總設計師楊長風】

有關這一點其實很好理解,我們來舉個例子,假設中國沒有決心搞「北鬥」,並且中美之間又爆發了熱戰,美國完全可以借助GPS的支持,確定解放軍的主力武裝在什麽地方集結備戰,此時「空間」被美國所掌握;

在使用GPS釘選集結備戰的解放軍時,發現大部隊開始朝著某方向行軍,測算出其在未來某一時刻抵達某一目標點,此時「時間」也被美國所掌握。

那麽接下來,美軍只需要在該目標點嚴陣以待打伏擊,既節省了消耗還能出其不意打亂我軍,降低我軍在戰場上的主導性,進而幹擾戰爭結果。

【中美電子資訊大戰設想】

僅以此看,我們就該知道身處如今這個資訊化傾向明顯的世界, 衛星導航系統關系著國家安全,是 必須要搞的。

正如「北鬥」總師楊長風所言:

「(衛星導航系統)一定要把握在自己手中,是絕對不能受制於人的。」

美俄衛星導航帶來的壓力

而從明確一定要搞出中國人自己的衛星導航系統後,包括楊長風在內的 「北鬥」人都面臨著 巨大的壓力。

【中國「北鬥」人】

當我們 將時間撥回到1994年, 此時 美國的全球衛星定位系統,也就是GPS已經建成, 俄羅斯的「格洛納斯」也宣布將會在1年後完成24顆導航衛星的星座組網, 且兩者在相關專案上的 耗資都高達數百億美元。

但此時的中國呢?

才正式立項了「北鬥一號」系統工程, 而且 連世貿都還沒進去, 再加上 來自美西方的技術封鎖, 要讓「北鬥」做到和美俄的衛星導航系統同台競技,難度可想而知。

【中國「北鬥」】

為了最快地縮短與美俄的差距,中國摒棄了美國GPS的「四星定位」設計,采用「兩彈一星元勛」陳芳允提出的 「雙星定位」設計, 2000年如期實作 了「北鬥一號」系統的搭建。

此時中國雖然成為了 繼美俄之後世界上第三個 擁有自主衛星導航系統的國家,但要提高「北鬥」的定位精度、讓「北鬥」正兒八經地實作「全球定位導航」,中國得 向國際電信聯盟申請頻段。

【國際電信聯盟標誌】

這裏插一句, 當時地球上空 80% 的「黃金導航頻段L頻段」幾乎都被美俄占據, 中國只能從剩下那20%申請,且還因為 歐盟沒多久也送出了相關申請, 不得不迎接「時間戰」。

如果我們不能先歐盟一步,在接下來7年內完成衛星發射入櫃和訊號接收,那麽申請將直接作廢。

如此一來北鬥的定位精度將被大大影響。

在堪稱極端的高壓下,中國「北鬥」人咬牙克服各種難關,比如在衛星核心器部件星載原子鐘上,由 中國自主研發的「中國鐘」精度高達「三百萬年差一秒」, 遠超「十萬年差一秒」這一星載原子鐘精度通俗指標。

【星載原子鐘】

且在 2007年4月14日,中國先於歐盟成功發射「北鬥二號」系統首顆衛星, 並在2日後 距離頻率申請失效不到4小時 的關口,地面成功接收到該衛星發出的訊號。

國際電聯官方認定中國的頻率申請有效, 將占有部份「黃金導航頻段L頻段」的合法空間位置。

而中國「北鬥」衛星定位導航系統到 如今已經 完全能與美國GPS分庭抗禮, 也得益於此次「時間戰」的勝利。

中美俄衛星定位精度情況

在中國「北鬥」橫空出世之前, 美國的GPS衛星定位系統定位精度是最好的,僅約 0.1米。

【美國的GPS】

不過由於衛星訊號傳播過程中存在各種幹擾,再加上地面接收器的質素和設定影響,在一定程度上導致了GPS的定位精度有所降低。

比如實際套用過程中,軍用時GPS的定位精度有時候會在1米以內,而民用時精度大概為10米,雖說SA政策取消後,民用GPS定位精度也有所提升,但達到軍用級別甚至是最高級別(0.1米),是相對困難的。

和美國GPS相對比,俄羅斯的「格洛納斯」在定位精度上與美國差距巨大。 俄羅斯的定位精度只能達到 1.5米。

【俄羅斯的「格洛納斯」】

作為繼承了蘇聯絕大多數遺產的大國,俄羅斯其實不應該與美國拉開這麽大的距離,但奈何俄羅斯自身經濟情況並不好,實在是沒有足夠的自己提升相關技術水平。

這也就導致俄羅斯「格洛納斯」衛星定位導航系統的定位精度基本只能維持在1.5米。

說完美俄的衛星定位系統定位精度,再來說說中國「北鬥」的。

中國「北鬥」相關技術的發展速度絕對稱得上「駭人」,而且在盡可能縮短研發時間的情況下,成品的質素絕對能讓人忍不住就豎起大拇指。

中國 北鬥 衛星定位系統的定位精度已經達到了 0.5米。

【中國「北鬥」】

不過和美國GPS一樣,中國「北鬥」 在不同的情況下,定位精度也有所不同。

比如不借助第地基增強系統或星基增強系統時,「北鬥」的定位精度一般穩定在米級,借助這些系統的情況下,其定位精度一度可以精確到厘米級甚至毫米級。

值得一提的是,盡管從中美衛星定位系統的理想定位精度數據來看,中國和美國還有些差距,但以2022年2月全球監測結果來看,「北鬥」系統的定位精度等各項指標是要大幅領先美國的——

「北鬥系統B1C頻點的定位精度是水平精度1.76米、高程精度3.14米、空間訊號精度0.49米;而GPS的水平精度是2.23米,高程精度是4.28米,空間訊號精度是0.85米。」

【中國「北鬥」】

盡管單個頻點很難代