從起步到全球組網(wǎng)北斗系統(tǒng)如何影響我們的生活？

周博

為什么我們必須要自己建設(shè)北斗系統(tǒng)？

目前全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會公布的全球4大衛(wèi)星導航系統(tǒng)供應(yīng)商包括：中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDounavigationsatellitesystem，BDS）、美國的全球定位系統(tǒng)（Globalpositioningsystem，GPS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Galileonavigationsatellitesystem，Galileo）和俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Globalorbitingnavigationsatellitesystem，GLONASS）。其中最為大眾所熟悉的應(yīng)該是美國的全球定位系統(tǒng)GPS，而GPS似乎也已經(jīng)成為了全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的代名詞，其實嚴格來講全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的統(tǒng)稱應(yīng)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(lián)合開發(fā)建設(shè)，共經(jīng)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(guī)模使用是在1991年的海灣戰(zhàn)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(zhàn)爭勝利。戰(zhàn)后，美國國防部在報告中高度肯定了GPS對未來軍事戰(zhàn)爭的重要性，將戰(zhàn)爭的勝利歸結(jié)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(tǒng)和作戰(zhàn)平臺上安裝GPS裝備。之后，美國在1996年提出GPS現(xiàn)代化計劃，該計劃推動了GPS在民用領(lǐng)域的快速發(fā)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(chǔ)上又加上民用L1C和L2C碼，還新增加L5頻點民用信號。發(fā)展到今天，衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)在測量、農(nóng)業(yè)、救援、監(jiān)測、交通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。由此可見，美國對于GPS擁有絕對的主導權(quán)，一旦美國在某一天不再對外開放GPS服務(wù)，那么對于還沒有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家將造成沉重打擊。

無論是國防還是民生，衛(wèi)星導航系統(tǒng)對于一個國家而言具有相當重要戰(zhàn)略地位，這種關(guān)乎國家命脈的核心技術(shù)一定要掌握在自己手中。所謂居安思危，這就是我們?yōu)楹我獛资耆缫蝗罩铝ㄔO(shè)自己的北斗的原因。

北斗系統(tǒng)是什么？

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

相比其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗還擁有眾多獨創(chuàng)的優(yōu)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(shù)據(jù)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(xiàn)問題時，則可以變?yōu)閭鹘y(tǒng)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(tǒng)一直延續(xù)到北斗三號系統(tǒng)，它不僅可以定位，還可以將自己的位置以短報文的形式發(fā)送給其他人，相當于在導航衛(wèi)星上集成了通信的功能。該功能在沒有移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的荒漠、密林、深山、大海等區(qū)域大有用處。比如在汶川地震救災時，在地面通信設(shè)施都被破壞的情況下，北斗的短報文功能起到了關(guān)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(jīng)過幾代發(fā)展，在北斗三號系統(tǒng)上又有顯著提升，從之前一次發(fā)送120個漢字提升到一次1000個漢字，并且還可發(fā)送圖片信息等，應(yīng)用場景將會更加豐富。

從去年開始，核心科學技術(shù)的討論一直是大眾關(guān)注的焦點，尤其是關(guān)于“技術(shù)卡脖子”的擔憂一直挑動著大家的神經(jīng)，“必須掌握核心技術(shù)”幾乎成了大家的共識。不過，關(guān)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(shè)、發(fā)展和運行北斗系統(tǒng)，全面實現(xiàn)了關(guān)鍵器部件的百分百國產(chǎn)化。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)工程副總設(shè)計師謝軍表示：“整個北斗系統(tǒng)建設(shè)的時候，實際我們一直是立足于自主可控，星上的產(chǎn)品，關(guān)鍵產(chǎn)品，元器件都堅持走國產(chǎn)化這條道路，這個初心，我們一直堅持。到北斗三號，我們?nèi)鎸崿F(xiàn)了星載產(chǎn)品百分之百的國產(chǎn)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(wèi)星導航系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)該是手機的地圖導航了，但這僅僅是衛(wèi)星導航系統(tǒng)應(yīng)用的冰山一角。事實上，北斗的大眾規(guī)模化時代早已經(jīng)到來，并對我們生活的方方面面產(chǎn)生著潛移默化的影響。

產(chǎn)業(yè)方面，圍繞北斗，我國形成了一個非常完善的產(chǎn)業(yè)鏈。北斗整個系統(tǒng)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(yè)提供服務(wù)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(yīng)商的要求無疑是極高的，這樣倒逼各個供應(yīng)商不得不持續(xù)不斷研發(fā)更高精尖的產(chǎn)品，提高自身競爭力。以整個產(chǎn)業(yè)鏈中的核心芯片為例，上海司南衛(wèi)星導航技術(shù)股份有限公司高精度芯片項目經(jīng)理閆建巧表示：“北斗芯片作為終端產(chǎn)品的‘大腦與心臟，‘芯強則終端強，‘芯小則終端小，芯片技術(shù)更直接關(guān)系終端體積、重量、成本和性能，也會直接影響北斗下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！薄?020中國衛(wèi)星導航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》也很好反映了北斗近些年來的發(fā)展成果，數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，國產(chǎn)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(nèi)采用北斗兼容芯片的終端產(chǎn)品社會總保有量已超過7億。在中國市場申請入網(wǎng)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(yīng)用前景方面，小到手機、手表手環(huán)，大到飛機、輪船，北斗已經(jīng)被廣泛使用。目前全國有7萬余艘漁船和執(zhí)法船、2萬臺自動農(nóng)機、10萬余套農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管平臺和物聯(lián)網(wǎng)、650萬輛營運車輛支持北斗系統(tǒng)。而現(xiàn)在已經(jīng)組網(wǎng)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(qū)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(wù)。當然，北斗還將會和目前熱門的5G技術(shù)相融合，讓未來的智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智慧交通、智慧制造發(fā)揮更大的作用。正如中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其所說：“北斗應(yīng)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?！睆钠鸩降饺蚪M網(wǎng)完成，幾十年風雨兼程，北斗系統(tǒng)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(yè)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(shù)仍在迷途中的我國科研工作者繼續(xù)突圍。