谈到中国北斗卫星导航系统建设及应用，就不能不提到刘经南院士。他是中国提出分布式广域差分技术的第一人，在GPS技术领域的研究中创造了数个第一：创立了我国第一个国家卫星定位系统工程技术研究中心；研制出了我国第一个卫星定位商品化的“GPS快速静态定位软件”；提出了GPS网随机模型质量控制概念、有关理论和处理方法，成功地解决了大规模、高精度GPS网整体平差工程的一系列理论与实际问题；负责我国第一个GPS永久跟踪站（武汉）的建立、长年运行和维护，提出了一套永久站的技术标准。本刊记者在南京召开的第五届中国卫星导航学术年会上采访到了刘经南院士。

本刊记者：请您介绍一下您参与北斗建设和发展的经历。

刘经南：从武汉测绘学院天文大地测量专业本科毕业后，我做了11年的外业测绘工作。36岁那年，我重回武汉测绘学院读研究生，选择了卫星测量基准的地心坐标系与常规测量的地面大地坐标系的转换关系这一当时的前沿作为我学术研究方向，跟着导师做深入的探索，终于第一次证明了国际上三个坐标转换模型的等价性，纠正了国际上对坐标转换模型有优劣之分的传统看法，解决了大地测量坐标系理论研究领域的一系列难题。

20世纪80年代中期，全球卫星定位系统（GPS）接收机及其相应技术传入中国，我国逐步成为GPS的用户大国。GPS是世界上第一套覆盖全球范围的、由美国国防部和运输部共同管理的卫星定位、导航、授时、守时系统，其在军事上具有重要价值；GPS接收机能在全球任何地点、任何时间提供静止和动态用户的地理位置与时间，其定位精度、动态响应时间和作用空间几乎可以满足任何要求；作为一门迅速兴起、影响广泛的高新技术，GPS便成为国际性的热门研究的新兴领域。1986年，我被调回母校，开始了对卫星大地测量的科研攻关和GPS技术的研究。那时，大多数人都在研究像“确定卫星在天空中的轨道位置”这样最复杂、最尖端的前沿问题和“用于飞机、火箭上的卫星定位方法”等热点问题。我却选择了与国民经济密切相关的学术领域——卫星定位网，即GPS网，进行了持续不断的探究，终于研制出我国第一个GPS商品化软件——GPS卫星定位数据处理综合软件。此后，我亲自去做产品的市场推广，在全国各地举办学习班，帮助解决用户应用中遇到的问题，国内外数百家单位采用了这种软件，占据国内80%以上的市场，这个研究成果还获得国家科技进步二等奖，并作为专有技术出口到日本。

上世纪九十年代，我国提出了建立卫星导航系统的设想，准备搞北斗一代，我参加了论证，在原国防科工委支持下，主持了一个广域差分的项目。当时，GPS信号受到美国政府故意对民用用户降低信号精度的干扰，只有美国和其盟友才能无限制地使用GPS系统。而国内高精度用户的市场需求却越来越多，中国必须要有自主的卫星导航系统。结合中国当时的实际情况，我率先提出建立广域差分GPS系统以对抗美国政府技术限制的思路，并制订出建设中国广域差分GPS系统的初步方案。

差分GPS是用于局部区域改进导航精度的一种技术，可分局域差分GPS和广域差分GPS两个类型。广域差分指的是较大范围内（几千公里）提供精度一致的差分GPS服务系统，它可提高GPS定位的精度。广域差分的概念是由GPS系统总设计师最先提出来的，我是在国内最早把它具体化的人。我的提议方案得到了原国防科工委的项目支持，通过进行大量的科研和技术攻关，发现广域差分GPS实时定位系统中对数据通讯链的要求很高，而当时我国数据通信技术和经费条件根本满足不了要求，我在学生研究发现GPS卫星钟误差特性基础上，首次提出分布式广域差分概念和技术。

中国分布式广域差分的思路，就是把卫星的广播星历由当时80～100米提高到2～3米的接近精密星历的精度，测出和消除美国政府对卫星钟的人为抖动干扰，把卫星钟误差处理由30～50纳秒提高到在2～3个纳秒的水平上，并根据星历、钟差、电离层这三个误差的时变特征不同，可实行分布式求解和向用户发送。卫星钟差变化快，每几秒钟就要计算一次并向用户发送，电离层误差每15分钟计算并发送一次就行，而轨道精确修正，30分钟一次都可以。分开解算，会大大减少对计算机性能和通讯频率的要求，这在当时的中国，技术和经济上都可实现，也很节约资源。我们按照这一方案开展实验，由北京发信号到南海接收，近3000千米的差分距离，都能实现3米～5米的实时定位精度。因此，在国防科工委领导支持下，我建议在北斗一代上实施广域差分体系，使北斗一代不仅是具有自身区域的导航试验系统，同时还能对GPS进行广域差分来提高精度，满足用户的需求。2000年，第一颗北斗区域实验卫星发射时，就采取了广域差分这个功能，现在北斗二代区域系统仍旧保留这个功能。这是我最早参与北斗工作时所做的研究，我们的研究成果能用在北斗一代上，能为已发射的国家北斗导航卫星广域差分系统的建设提供最早的、完整的技术思路，我感到幸运，但具体的工程实施是由后来总装备部、航天和总参等部门实现的。

我比较全面地参与了北斗二代系统的立项论证、方案论证，并亲自承担了一些科研项目。那时国家号召有关大学参与星座设计，我带领后来并入武汉大学的研究团队，也设计过第一期的星座方案，根据设计做了仿真，看哪种星座最节省资源，并提出一些建议。我们提出的星座方案是3GEO（地球静止轨道卫星）+3IGSO（地球同步轨道卫星）+8MEO（中高度圆轨道卫星）卫星。现在的北斗二代区域星座方案采取的5GEO+5IGSO+4EMO方式，这个方案更经济且效果更好。

   当中国提出要建北斗全球系统时，我全面参与了“中国二代导航系统的建设”重大专项。“中国二代导航系统”有三大内涵：一是北斗的全球系统星座加区域星座设计方案，要在中国及周边实施北斗的广域差分定位，还要在中国以及周边实施短报文位置服务，在全球实施20米左右的标准服务；第二个内涵是中国二代要在北斗全球系统基础上，在亚太地区实施广域精密定位，也就是实现米级、亚米级、分米级精度的实时定位；与此同时，中科院也提出一个利用通信卫星转发式的信号接收方式来实现导航定位的方案，我们把这三个方案糅合在一起，就叫中国二代导航系统。

在参与北斗全球系统和北斗二代系统的建设中，我们做了很多具体工程实践。在北斗区域星座开始布设时就同步开展了广域精密定位的研究。项目属国家重大专项，也获得了国家863计划重点项目的经费支持。我们在国内和亚太地区都做了广域精密定位的实验，能实现米级和亚米级精度的车道级导航管理，满足对高速公路上车辆轨迹的监测要求；交通部门发通知要求，“两客一危”车辆都要安装北斗定位装置；此外，也做了实时厘米级和分米级精度的动态定位实验。

武汉大学有全球科技合作的基础，在参与了北斗全球系统和北斗区域系统的基础项目和前沿项目的基础上，我们还迅速布局了北斗全球性基准站网，也就是卫星跟踪网。北斗全球卫星基准网有两大作用：一是可以在全球范围内监测北斗卫星轨道的运行状态。我们利用学校在国外建网方便的机会，在海外布设了10多个网站，在国内布了8个网站，组成了20多个站的全球网，这样就能保证北斗全球监测的精确性，及时发现它存在的问题，给北斗广播星历精度评定提供标准。第二个作用，是北斗全球跟踪网为广域精密定位研究和工程试验提供了平台和基础设施。我们可以利用它算出北斗卫星中的精密星历、北斗星钟的精密钟差、亚太大气层中的各种误差，对信号进行精准修正，从米级达到亚米级，甚至达到厘米级水平。这就为中国北斗全球系统实现亚太地区广域精密定位的增强目标打下了良好的基础。

   北斗作为一个GNSS导航系统的标准服务定位的精度是10米左右，定时精度是20个纳秒左右，但这种服务越来越不能满足很多用户的需求，用户对定位和同步时间的要求越来越精准，一定要有高精度的服务。例如，物联网对通信的时间同步的要求将从目前的微秒级提高到纳秒级，就将是近4个量级的的提高。现在，全球高精度用户只占到24%左右，这几年上升很快，未来十年左右将上升到65%～75%。为了满足高精度用户需求，就要建立高精度增强系统，这个系统本身就是北斗系统的补充或者就是北斗系统的地面系统。