从起步到全球组网北斗系统如何影响我们的生活？

周博

为什么我们必须要自己建设北斗系统？

目前全球卫星导航系统国际委员会公布的全球4大卫星导航系统供应商包括：中国的北斗卫星导航系统（BeiDounavigationsatellitesystem，BDS）、美国的全球定位系统（Globalpositioningsystem，GPS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（Galileonavigationsatellitesystem，Galileo）和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（Globalorbitingnavigationsatellitesystem，GLONASS）。其中最为大众所熟悉的应该是美国的全球定位系统GPS，而GPS似乎也已经成为了全球卫星导航系统的代名词，其实严格来讲全球卫星导航系统的统称应该是“GlobalNavigationSatelliteSystem，即GNSS”。

GPS项目的正式建立时间可以追溯到1973年，由美国国防部主导，军方联合开发建设，共经历了三个阶段，最终在1995年具备完全工作能力。但它第一次大规模使用是在1991年的海湾战争，美军通过大量精准制导武器对伊拉克军队实施精准打击，最终赢得了战争胜利。战后，美国国防部在报告中高度肯定了GPS对未来军事战争的重要性，将战争的胜利归结为“GPS的胜利”，说它是“军事力量的倍增器”，并且建议国会批准在所有的武器系统和作战平台上安装GPS装备。之后，美国在1996年提出GPS现代化计划，该计划推动了GPS在民用领域的快速发展，它将军民用信号分离，在强化军用功性能的同时将民用信号从1个增加到4个，除了保留L1频点上的C/A碼民用信号外，在L1和L2频点基础上又加上民用L1C和L2C码，还新增加L5频点民用信号。发展到今天，卫星导航系统已经在测量、农业、救援、监测、交通等领域都有广泛应用。由此可见，美国对于GPS拥有绝对的主导权，一旦美国在某一天不再对外开放GPS服务，那么对于还没有自主卫星导航系统的国家将造成沉重打击。

无论是国防还是民生，卫星导航系统对于一个国家而言具有相当重要战略地位，这种关乎国家命脉的核心技术一定要掌握在自己手中。所谓居安思危，这就是我们为何要几十年如一日致力建设自己的北斗的原因。

北斗系统是什么？

我国卫星导航系统的建设最早可以追溯到20世纪80年代的设想阶段，直到1994年，北斗一号系统建设才正式启动，它又叫北斗卫星导航试验系统，实现我国卫星导航系统的从无到有。2004年，北斗二号系统建设启动，它在有源定位的基础上增加了无源定位，同时服务范围也扩展到了亚太地区。2009年，北斗三号系统建设启动，终于在今年北斗系统终于提前完成全球组网，可以向全球用户提供服务。北斗三号系统包含30颗卫星，这30颗卫星相互协同作用，如一张无形的网将整个地球包裹其中。30颗卫星中分别有3颗地球静止轨道（GEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星，和24颗中圆地球轨道（MEO）卫星，三种卫星各司其职，在离地球不同距离的轨道运行，提供稳定精确的服务。

相比其他卫星导航系统，北斗还拥有众多独创的优势。信号方面，北斗使用的三频信号可以更好地消除高阶电离层延迟影响，提高定位可靠性，增强数据预处理能力，大大提高模糊度的固定效率。此外，三频信号容错率更高，当其中一个信号出现问题时，则可以变为传统的双频信号来使用。功能方面，北斗的短报文功能独一无二，该功能从北斗一号系统一直延续到北斗三号系统，它不仅可以定位，还可以将自己的位置以短报文的形式发送给其他人，相当于在导航卫星上集成了通信的功能。该功能在没有移动网络覆盖的荒漠、密林、深山、大海等区域大有用处。比如在汶川地震救灾时，在地面通信设施都被破坏的情况下，北斗的短报文功能起到了关键作用，为救灾赢得了宝贵的时间。值得一提的是，短报文功能经过几代发展，在北斗三号系统上又有显著提升，从之前一次发送120个汉字提升到一次1000个汉字，并且还可发送图片信息等，应用场景将会更加丰富。

从去年开始，核心科学技术的讨论一直是大众关注的焦点，尤其是关于“技术卡脖子”的担忧一直挑动着大家的神经，“必须掌握核心技术”几乎成了大家的共识。不过，关于北斗我们丝毫不用担心，从北斗项目成立之初，我国始终坚持自主建设、发展和运行北斗系统，全面实现了关键器部件的百分百国产化。北斗卫星导航系统工程副总设计师谢军表示：“整个北斗系统建设的时候，实际我们一直是立足于自主可控，星上的产品，关键产品，元器件都坚持走国产化这条道路，这个初心，我们一直坚持。到北斗三号，我们全面实现了星载产品百分之百的国产化。”

远在天边，近在身边

对于普罗大众而言，日常大家所熟知的卫星导航系统应用应该是手机的地图导航了，但这仅仅是卫星导航系统应用的冰山一角。事实上，北斗的大众规模化时代早已经到来，并对我们生活的方方面面产生着潜移默化的影响。

产业方面，围绕北斗，我国形成了一个非常完善的产业链。北斗整个系统大致可以分成三部分，分别是空间端、地面端、用户端。这三部分都需要大量的上中下游企业提供服务于支撑，因此形成非常广阔的市场。而北斗作为国之重器，对于供应商的要求无疑是极高的，这样倒逼各个供应商不得不持续不断研发更高精尖的产品，提高自身竞争力。以整个产业链中的核心芯片为例，上海司南卫星导航技术股份有限公司高精度芯片项目经理闫建巧表示：“北斗芯片作为终端产品的‘大脑与心脏，‘芯强则终端强，‘芯小则终端小，芯片技术更直接关系终端体积、重量、成本和性能，也会直接影响北斗下游产业发展。”《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》也很好反映了北斗近些年来的发展成果，数据显示，截至2019年底，国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破1亿片，含智能手机在内采用北斗兼容芯片的终端产品社会总保有量已超过7亿。在中国市场申请入网的400余款具有定位功能的手机中，支持北斗定位的有近300款。

应用前景方面，小到手机、手表手环，大到飞机、轮船，北斗已经被广泛使用。目前全国有7万余艘渔船和执法船、2万台自动农机、10万余套农机作业监管平台和物联网、650万辆营运车辆支持北斗系统。而现在已经组网完成的北斗在未来将向全球用户提供星基增强、地基增强、精密单位点定位、区域短报文通信、定位导航授时、全球短报文通信、国际搜救等七大服务。当然，北斗还将会和目前热门的5G技术相融合，让未来的智慧农业、智慧城市、智慧交通、智慧制造发挥更大的作用。正如中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其所说：“北斗应用只受人们想象力的限制，没有做不到，只有想不到。”

天有北斗，再无迷途

汪国真曾说过“你若有一个不屈的灵魂，脚下便是一片坚实的土地。”从起步到全球组网完成，几十年风雨兼程，北斗系统在几代“北斗人”潜心钻研下终于星耀全球。在当前暗流涌动的国际局势下，“科技无国界”这个美丽的谎言被无情地刺破，各国都开始有意打造自己的科技壁垒，而北斗的成功在当下无疑为我国科技事业树立了一个强有力的榜样。从此天空将永远高悬“北斗”，指引无数仍在迷途中的我国科研工作者继续突围。