導航的英文是navigation，原為航行之意。初始形式是羅盤領航和天文導航，此后發(fā)展到陸地車輛和航空飛行器的行駛，如今navigation也被譯作領航或導航之意。

從廣義上來講，通航就是引導車輛、航空飛行器等運動載體沿一定航線經濟而安全地到達目的地，我們最常見導航設備的有車載導航。不知道是否有人思考過，為什么我們的車載導航能準確進行定位呢?

我們看到導航系統是由衛(wèi)星、地面接收站和發(fā)射站來組成，但其工作機理卻比我們想象的要復雜得多。

在中國科學院國家授時中心(以下簡稱國家授時中心)有這樣一個研究部門，專門以高精度時間傳遞和信號傳播研究為基礎，開展衛(wèi)星導航授時及其他輔助導航授時與定時技術的研究工作，這就是中國科學院精密導航定位與定時技術重點實驗室(以下簡稱重點實驗室)。

天空滿是導航星

自從人類出現最初的政治、經濟和軍事活動以來，便有了對導航的要求。

1990~1991年，在阿拉伯半島爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊幾乎每一種戰(zhàn)術操作都離不開衛(wèi)星導航系統的引導，反觀伊拉克軍隊僅有少量衛(wèi)星導航設備，明顯處于軍事弱勢。

進入20世紀后，隨著人類科技水平的提高，第一無線電導航系統——無線電信標問世。我國在南海也建立了長河二號南海無線電導航系統，自1990年起正式向國內用戶開放使用。

“我的專業(yè)是無線電導航技術與方法，來到國家授時中心讀碩士和博士研究生時，選擇了時頻和衛(wèi)星導航兩個專業(yè)。”國家授時中心副研究員鄒得才目前在重點實驗室工作，他告訴《中國科學報》記者，“羅蘭c導航、基于正交頻分復用超寬帶(ofdm-uwb)技術的室內精密定位導航、衛(wèi)星導航，這三類都是無線電導航。”

鄒得才介紹了羅蘭c導航主要用于海上，陸地也可以使用。他目前主要開展上述的第二類無線導航系統——ofdm-uwb導航的研究，也是“863”計劃項目。

衛(wèi)星導航，是接收導航衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號，并以導航衛(wèi)星作為動態(tài)已知點，實時測定運動載體的在航位置和速度，進而完成導航。在第一顆人造地球衛(wèi)星于1957年10月入軌運行的次年，美國科學家就開始進行衛(wèi)星導航系統的研究，人造地球衛(wèi)星的重要應用，即全球無線電導航。

目前，已經投入運行的有美國全球定位系統gps和俄羅斯的全球導航衛(wèi)星系統，正在建設的有歐洲的全球衛(wèi)星導航定位系統，和中國的北斗全球定位系統。

其中，北斗全球定位系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。空間段由5顆地球靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。

評估空間信號質量

導航系統的地面段由主控站、注入站和若干監(jiān)測站組成。

其中，主控站主要任務是收集各個監(jiān)測站的觀測數據，進行數據處理，生成衛(wèi)星導航電文和差分完好性信息，完成任務規(guī)劃與調度，實現系統運行管理與控制等。

注入站主要任務是在主控站的統一調度下，完成衛(wèi)星導航電文、差分完好性信息注入和有效載荷的控制管理。監(jiān)測站接收導航衛(wèi)星信號，發(fā)送給主控站，實現對衛(wèi)星的跟蹤、監(jiān)測，為衛(wèi)星軌道確定和時間同步提供觀測資料。

國家授時中心副研究員王雪說：“由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號等影響，使得民用gps的定位精度只有100米。”

在國際上，國際全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(igmas)正在建立一個全球分布的全球衛(wèi)星導航系統(gnss)信號跟蹤網絡，通過多gnss高精度接收機和高增益全向天線，監(jiān)測gnss 的服務性能和信號質量，為全球廣大用戶提供服務。igmas國內跟蹤站建設由中國科學院國家授時中心牽頭。

2009年，國家授時中心作為第三方機構，由重點實驗室派出成員參與北斗全球定位系統空間信號評估，王雪便是其中一員。

同年，國家授時中心在西安臨潼建成了中國首個北斗空間信號質量監(jiān)測與評估系統，包含7.3m孔徑的天線。新的40m孔徑天線正處于研發(fā)中，預計將于2014年在西安市安裝。

“1月進行評估的建設論證，我們從2月開始實施，到4月建成北斗空間信號質量監(jiān)測與評估系統。”王雪表示，“不到兩個月的時間里，我們幾乎處于日夜趕工狀態(tài)，最終順利完成了這項任務。”

為精度出一份力

在重點實驗室里，有來自物理電子學、無線電技術與信息系統、計算機軟件、應用數學、通信與信號系統等多學科領域的研究人員。“這些專業(yè)在我們這里都用得上。”國家授時中心副研究員成芳說。

成芳本科專業(yè)是應用數學，碩士專業(yè)是衛(wèi)星導航，博士至今從事的是通信研究，主要開展衛(wèi)星導航的數據處理和算法分析，并且逐步參與一些項目。“我跨越了3個學科，但最終都是希望能提高我們的衛(wèi)星導航系統的精度。”

在衛(wèi)星導航系統中，最重要的指標是精度。因為gnss與其他導航手段相比較，其最大的優(yōu)勢是高精度、全天候和全球化。這些年來，衛(wèi)星導航系統精度在不斷提高。

去年的統計數據表明，美國為提高gps控制精度，適應gps現代化的需要，地面控制站已經增加到12個，并最終將達到19個，分布在世界各地，以期保證在全球范圍內對每顆在軌衛(wèi)星至少有兩個站對其實施連續(xù)的實時跟蹤觀測。

我國為進一步提高定位精度，北斗系統計劃在中國建設北斗地基增強網。北斗地基增強系統將開拓北斗精密定位應用，提高北斗系統服務能力和競爭力。

成芳在今年5月曾參與了一次北斗地基增強系統的建設，也是一項時間緊、任務重的工作，但成芳和來自重點實驗室的成員們仍然在幾天的時間內，完成了4個城市的調試工作。

近年來，北斗地基增強系統正在全國各地普遍建設推廣，將更好地滿足北斗系統精密定位用戶和導航用戶的要求。重點實驗室也將繼續(xù)發(fā)揮自己的作用，為北斗建設貢獻自己的一份力。