北斗系統“亮劍”GPS

李星

人們已經習慣把定位和導航叫做“GPS”，這是一種慣性。

6月23日，隨著北斗三號衛星組網收官，北斗系統完成全球衛星導航部署，人們或許在未來一段時間需要改口叫做“BDS”（BeiDou Navigation Satellite System）。

作為“大國重器”，北斗系統此前就在一些涉及國家安全領域之中廣泛應用；由于終端芯片更加便宜、定位誤差更小、精度更高、支持短報文、無源定位等功能，目前已有70%的國產手機采用北斗系統，大部分運營車輛及漁業、海事、移動通信、民航等終端設備均采用北斗系統。

讓人自豪的是，北斗系統還是中國向全球輸出的公共服務產品，這不僅是中國“去依附”的科技成果，也將給世界帶來深遠影響。本文試圖梳理出北斗系統如何在GPS系統主導定位導航天下之下被迫獨立探索，并形成自身的核心實力開創新的基礎產品格局的大致過程。

GPS的國安隱患、伽利略計劃的排斥，逼出了北斗系統

北斗衛星導航系統官網這樣對北斗的功能和作用做出說明：北斗衛星導航系統是中國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施。

北斗誕生的淵源要追溯到1991年的海灣戰爭之中，以GPS為信息戰的“眼睛”發起對一個國家外科手術式打擊震驚了世界，也刺激我國進行軍事變革；尤其是遭遇了1993年“銀河號事件”事件之后，讓國家意識到擁有自主衛星導航系統的緊迫性。

北斗系統部署分為“三步走”戰略，從1994年北斗一號的研制到2003年完工的“北斗一號”，讓我國初步擺脫了對GPS的依賴。彼時，歐盟正在聯合搞全球衛星導航系統，我國曾試圖投入巨資入伙，但發現很多核心技術并不開放并果斷退出了伽利略計劃，推進“北斗二號”。

“北斗二號”的申請軌道和頻率和歐洲伽利略系統一致，按國際規則，衛星軌道和頻率誰先占了算誰的，雖然伽利略計劃的第一顆衛星比我國早兩年上天，但只占了軌道沒開通頻率，歐洲不慌不忙的搗鼓給北斗二號的部署時間。北斗二號第一顆衛星就占了衛星軌道和頻率，隨后開始一個接一個的打衛星，后來還發展到一箭雙星。

2018年是“北斗創業史”上開掛的一年，一年10箭18星，創下了全球衛星導航系統最快組網紀錄，2018年這一年也是“北斗三號”提供全球服務的開始。

當6月23日，北斗三號組網成功之后，孫家棟院士祝賀到“北斗是中國幾代北斗人努力的結果，是中國人的驕傲，希望北斗全球系統穩定運行，服務中國，服務世界。”

北斗系統與GPS將在全球范圍內展開激烈的市場競爭

據歐盟2018年的統計、GPS占據了全球60%以上的市場份額、伽利略約占全球衛星導航系統市場份額的25%，而北斗系統占據11%，該統計由于一些應用領域的保密性只能作為大致參考。

至今在國內依然有一些朋友認為北斗不如GPS精準，這實際上是由于北斗系統在營銷和宣傳上此前保持低調有關。

實際上，北斗使用了GEO和IGSO衛星，再加上衛星之間形成的數據通信鏈路，相比于其他系統僅使用中軌道的MEO衛星，是更為復雜、先進的星座系統。GPS衛星作為中軌道衛星東西旋轉，要保障精準度必須在全球設站，除美國以外的地區很難做到全球分布，而北斗的軌道高度比GPS高，為增加覆蓋面積，增加了衛星間鏈路系統，可以讓衛星互相“打電話”，使衛星定位的精度大幅度提高。

并且，北斗是全球第一個實現三頻發播的衛星導航系統。三頻本是由美國最先提出來的構想，但由于美國衛星發射相對較早，當時美國通過實驗發現單頻系統無法消除電頻層的干擾，極易造成誤差，而雙頻就能很好地解決這個問題，所以三頻就一直沒有難以全面付諸實施。美國的首顆GPS III衛星在2020年1月13日投入使用，而GPS要實現更新換代至少需要5年的時間，這給了北斗系統迎頭趕上充足的時間。

北斗系統從一開始就應用三頻系統，其優勢是北斗就可以更準確掌握地面終端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等沒有網絡的地方，裝有北斗系統終端的手機、車船等就可定位自己的位置，并能夠向外界發布短報文信息。除了導航以外，北斗系統形成的星基增強、精密定位、短報文通信、國際搜救服務能力、已提供地基增強完全服務能力有利于商業化擴展。

此外，北斗系統相比于GPS來說還具有明顯“性價比”優勢，北斗芯片和設備終端要比GPS便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區域內要比GPS新更能更優越。

當然，有一種觀點認為，現階段現階段北斗若想增加在世界范圍內的影響力和自身服務力，兼容GPS或許是更好的選擇。從實驗測量數據上，GPS和BDS集成后的精度要遠遠大于其中任何一方；從商業角度看，國家間雙邊和多邊合作，需要多個全球導航衛星系統之間的兼容互操作。

但是，在中美兩國競爭的大背景以及“脫鉤論”盛行之下，鑒于衛星導航關系國家和地區安全重大問題，北斗與GPS之間此消彼長的局面將難以避免。中國競爭最大的市場優勢在于中國擁有世界上最大的衛星導航應用與服務市場。

有統計數據顯示，中國國內導航產業超過3000億人民幣，北斗對產業的核心產值貢獻率達80%，由衛星導航衍生帶動形成的關聯產值達1947億元；隨后2019年國內導航產業已經超3500億人民幣。2020年，我國的衛星導航產業預計會超過4000億，并預計在未來幾年內的年復合增長率超過20%。

北斗的聲名早在全球的遠播，服務全球不是空話

我國自2012年12月27日宣布北斗正式向亞太地區提供服務后，泰國是首個應用北斗的國家，而當時在泰國建設的北斗示范站可以連續觀測和接受14顆北斗衛星信號，而同一區域的GPS信號僅為5～6顆，因而北斗精度在亞太地區普遍高于GPS。以泰國為示范樣板，北斗系統逐漸被東盟10國以及更多亞非國家采納。

北斗采用“第三世界包圍第一世界”的策略，比如巴基斯坦北斗衛星被用于軍事系統，突尼斯則用于無人駕駛，包括中東在內已有超過30個國家實際使用北斗系統，而“一帶一路”倡議國家則為北斗的重點對象，而北斗在這些國家的衛星定位標準，中國將在推行新技術和新產品方面占據優勢。

作為“基建狂魔”的中國在海外承擔機場、港口、鐵路、公路等相關的基建任務時，使用的多是北斗設備，北斗的應用和服務被廣泛推廣，中國北斗/GNSS導航型芯片、模塊和高精度板卡和天線已輸出到100多個國家和地區。

隨著“一帶一路”倡議的推進，目前全球已有130多個國家首都上空每天可以觀測到的北斗衛星數量已經超過其他導航系統；并在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等應用，全球已有120余個國家和地區基于北斗系統等活動。

北斗做到了不僅屬于中國人，還屬于全世界。

結語

北斗衛星導航系統是我國追趕關鍵領域的技術的典范，也將催生出越來越多的應用新模式，尤其是在智慧交通、智慧城市、智能可穿戴成以及汽車前裝、智能手機定位服務、高精度專業化應用、室內外定位聯合應用服務和國際市場開拓等多個迅速應用。

除了地球上的應用外，北斗系統也將是人類邁向太空的“新大航海時代”的向導。實際上，作為NASA投資的SpaceX公司的“星鏈計劃”，實際上是美國對軌道和頻段的“跑馬圈地”，我國也有虹云工程搭建類似“太空WIFI”計劃發射156顆衛星，計劃于2022年完成組網。而衛星網絡與5G組合實際上就是“6G”技術，在5G的基礎上集成衛星網絡來實現全球覆蓋，為全球用戶提供更加快速、精準的定位導航標識、多媒體與互聯網等綜合服務，有望在2025年初步進入商用。

“北斗系統”的勝利是集中力量辦大事舉國體制的勝利，而“北斗+”需要軍用轉民用，需要更多民營公司參與以及配合航空航天產業鏈的產業化轉化，既讓技術讓人類造福，也能形成生生不息創新產業體系，北斗系統組網成功代表了新的起點。