從起步到全球組網北斗系統如何影響我們的生活？

周博

為什么我們必須要自己建設北斗系統？

目前全球衛星導航系統國際委員會公布的全球4大衛星導航系統供應商包括：中國的北斗衛星導航系統（BeiDounavigationsatellitesystem，BDS）、美國的全球定位系統（Globalpositioningsystem，GPS）、歐盟的伽利略衛星導航系統（Galileonavigationsatellitesystem，Galileo）和俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統（Globalorbitingnavigationsatellitesystem，GLONASS）。其中最為大眾所熟悉的應該是美國的全球定位系統GPS，而GPS似乎也已經成為了全球衛星導航系統的代名詞，其實嚴格來講全球衛星導航系統的統稱應該是“GlobalNavigationSatelliteSystem，即GNSS”。

GPS項目的正式建立時間可以追溯到1973年，由美國國防部主導，軍方聯合開發建設，共經歷了三個階段，最終在1995年具備完全工作能力。但它第一次大規模使用是在1991年的海灣戰爭，美軍通過大量精準制導武器對伊拉克軍隊實施精準打擊，最終贏得了戰爭勝利。戰后，美國國防部在報告中高度肯定了GPS對未來軍事戰爭的重要性，將戰爭的勝利歸結為“GPS的勝利”，說它是“軍事力量的倍增器”，并且建議國會批準在所有的武器系統和作戰平臺上安裝GPS裝備。之后，美國在1996年提出GPS現代化計劃，該計劃推動了GPS在民用領域的快速發展，它將軍民用信號分離，在強化軍用功性能的同時將民用信號從1個增加到4個，除了保留L1頻點上的C/A碼民用信號外，在L1和L2頻點基礎上又加上民用L1C和L2C碼，還新增加L5頻點民用信號。發展到今天，衛星導航系統已經在測量、農業、救援、監測、交通等領域都有廣泛應用。由此可見，美國對于GPS擁有絕對的主導權，一旦美國在某一天不再對外開放GPS服務，那么對于還沒有自主衛星導航系統的國家將造成沉重打擊。

無論是國防還是民生，衛星導航系統對于一個國家而言具有相當重要戰略地位，這種關乎國家命脈的核心技術一定要掌握在自己手中。所謂居安思危，這就是我們為何要幾十年如一日致力建設自己的北斗的原因。

北斗系統是什么？

我國衛星導航系統的建設最早可以追溯到20世紀80年代的設想階段，直到1994年，北斗一號系統建設才正式啟動，它又叫北斗衛星導航試驗系統，實現我國衛星導航系統的從無到有。2004年，北斗二號系統建設啟動，它在有源定位的基礎上增加了無源定位，同時服務范圍也擴展到了亞太地區。2009年，北斗三號系統建設啟動，終于在今年北斗系統終于提前完成全球組網，可以向全球用戶提供服務。北斗三號系統包含30顆衛星，這30顆衛星相互協同作用，如一張無形的網將整個地球包裹其中。30顆衛星中分別有3顆地球靜止軌道（GEO）衛星、3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星，和24顆中圓地球軌道（MEO）衛星，三種衛星各司其職，在離地球不同距離的軌道運行，提供穩定精確的服務。

相比其他衛星導航系統，北斗還擁有眾多獨創的優勢。信號方面，北斗使用的三頻信號可以更好地消除高階電離層延遲影響，提高定位可靠性，增強數據預處理能力，大大提高模糊度的固定效率。此外，三頻信號容錯率更高，當其中一個信號出現問題時，則可以變為傳統的雙頻信號來使用。功能方面，北斗的短報文功能獨一無二，該功能從北斗一號系統一直延續到北斗三號系統，它不僅可以定位，還可以將自己的位置以短報文的形式發送給其他人，相當于在導航衛星上集成了通信的功能。該功能在沒有移動網絡覆蓋的荒漠、密林、深山、大海等區域大有用處。比如在汶川地震救災時，在地面通信設施都被破壞的情況下，北斗的短報文功能起到了關鍵作用，為救災贏得了寶貴的時間。值得一提的是，短報文功能經過幾代發展，在北斗三號系統上又有顯著提升，從之前一次發送120個漢字提升到一次1000個漢字，并且還可發送圖片信息等，應用場景將會更加豐富。

從去年開始，核心科學技術的討論一直是大眾關注的焦點，尤其是關于“技術卡脖子”的擔憂一直挑動著大家的神經，“必須掌握核心技術”幾乎成了大家的共識。不過，關于北斗我們絲毫不用擔心，從北斗項目成立之初，我國始終堅持自主建設、發展和運行北斗系統，全面實現了關鍵器部件的百分百國產化。北斗衛星導航系統工程副總設計師謝軍表示：“整個北斗系統建設的時候，實際我們一直是立足于自主可控，星上的產品，關鍵產品，元器件都堅持走國產化這條道路，這個初心，我們一直堅持。到北斗三號，我們全面實現了星載產品百分之百的國產化。”

遠在天邊，近在身邊

對于普羅大眾而言，日常大家所熟知的衛星導航系統應用應該是手機的地圖導航了，但這僅僅是衛星導航系統應用的冰山一角。事實上，北斗的大眾規模化時代早已經到來，并對我們生活的方方面面產生著潛移默化的影響。

產業方面，圍繞北斗，我國形成了一個非常完善的產業鏈。北斗整個系統大致可以分成三部分，分別是空間端、地面端、用戶端。這三部分都需要大量的上中下游企業提供服務于支撐，因此形成非常廣闊的市場。而北斗作為國之重器，對于供應商的要求無疑是極高的，這樣倒逼各個供應商不得不持續不斷研發更高精尖的產品，提高自身競爭力。以整個產業鏈中的核心芯片為例，上海司南衛星導航技術股份有限公司高精度芯片項目經理閆建巧表示：“北斗芯片作為終端產品的‘大腦與心臟，‘芯強則終端強，‘芯小則終端小，芯片技術更直接關系終端體積、重量、成本和性能，也會直接影響北斗下游產業發展。”《2020中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》也很好反映了北斗近些年來的發展成果，數據顯示，截至2019年底，國產北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1億片，含智能手機在內采用北斗兼容芯片的終端產品社會總保有量已超過7億。在中國市場申請入網的400余款具有定位功能的手機中，支持北斗定位的有近300款。

應用前景方面，小到手機、手表手環，大到飛機、輪船，北斗已經被廣泛使用。目前全國有7萬余艘漁船和執法船、2萬臺自動農機、10萬余套農機作業監管平臺和物聯網、650萬輛營運車輛支持北斗系統。而現在已經組網完成的北斗在未來將向全球用戶提供星基增強、地基增強、精密單位點定位、區域短報文通信、定位導航授時、全球短報文通信、國際搜救等七大服務。當然，北斗還將會和目前熱門的5G技術相融合，讓未來的智慧農業、智慧城市、智慧交通、智慧制造發揮更大的作用。正如中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其所說：“北斗應用只受人們想象力的限制，沒有做不到，只有想不到。”

天有北斗，再無迷途

汪國真曾說過“你若有一個不屈的靈魂，腳下便是一片堅實的土地。”從起步到全球組網完成，幾十年風雨兼程，北斗系統在幾代“北斗人”潛心鉆研下終于星耀全球。在當前暗流涌動的國際局勢下，“科技無國界”這個美麗的謊言被無情地刺破，各國都開始有意打造自己的科技壁壘，而北斗的成功在當下無疑為我國科技事業樹立了一個強有力的榜樣。從此天空將永遠高懸“北斗”，指引無數仍在迷途中的我國科研工作者繼續突圍。