GPS不僅對全世界是開放,而且免費使用,我國為什麼一定要搞北斗

長征三號乙/遠征一號運載火箭成功發射北斗三號首發雙星。
從北斗一代的雙星系統至今,中國的北斗系統走過了怎樣的發展歷程,又承載了哪些中國的高技術發展之夢?

GPS不僅對全世界是開放,而且免費使用,我國為什麼一定要搞北斗


國際上有一個非常“高大上”的俱樂部,一共只有四個會員,卻吸引了全世界的關注和眾多頂級科學家的研究,這個“俱樂部”就是全球導航衛星系統,四個會員分別是美國GPS系統、歐洲伽利略系統、俄羅斯格洛納斯系統和中國北斗系統。
中國衛星導航系統步入全球組網新時代,成為目前僅有的能與美國GPS系統相媲美的全球導航系統。
有人會問,GPS不僅對全世界是開放的,而且免費使用,咱中國人還有必要花費大量財力和人力再去做一個系統嗎?其實,這還真不只是關係到錢這麼簡單。
時光回溯26年。1991年1月,以美國為首的多國部隊發動了海灣戰爭。就其軍事意義而言,海灣戰爭是一次高科技之戰,其中GPS是最引人注目的技術之一。
在中東茫茫的沙漠中,GPS為美軍提供了精確的定位服務和導航,大大提高了攻擊精度和隱蔽性。因此,戰爭後美國將GPS作為海、陸、空軍事力量的主要導航手段。

GPS不僅對全世界是開放,而且免費使用,我國為什麼一定要搞北斗


以GPS為代表的高技術展示出的強大威力,讓全世界重新認識了衛星的應用價值。於是,世界上掀起了新一輪利用外層空間的競爭,研發屬於自己的全球衛星定位導航系統成為大國的首選目標。俄羅斯開始加緊研發“格洛納斯”系統,西歐諸國也聯合起來共同發展“伽利略”系統。
就中國而言,GPS在戰爭中的成功應用也讓我們備受震動。於是,研製屬於中國自己的衛星定位導航系統就被緊急提上日程。
但是,研發衛星定位系統消耗巨大,我們應該投入巨資開發還是先借助美國免費的GPS呢?GPS確實是個好東西,例如可以用於汽車和手機導航,關鍵時刻還能救命。這麼好的東西,美國又投入了巨資,居然向全世界免費,難道美國政府是活雷鋒?
其實,美國GPS“免費”使用完全是其技術特點決定的。GPS是單向通信體制,跟廣播電視塔類似。比如,廣播電視塔只管發射信號,到底有1個還是1萬個收音機聽,廣播電視塔是不知道的。GPS系統亦是如此,具體是誰在接收並使用這些信號,它是根本不知情,更談不上收費了。不過儘管信號免費,但使用GPS的產品是花錢的。依託這套“免費”的系統衍生出一個龐大的國際性產業,美國成為了最大受益者。據統計僅2013年,GPS對美國經濟產生的可見回報就高達560億美元。



另外,如果中國只圖省事和便宜,在軍事系統上安裝美國GPS,後果將是災難性的。
1996年臺海危機期間,解放軍在一次大規模軍演中向臺灣附近的東海海域發射了3枚導彈,以示警告。發射的第一枚導彈準確命中目標,但隨後發射的第二枚和第三枚導彈突然無法追蹤,大大偏離了原定的落點範圍。據事後軍事分析,肯定是美軍做了手腳,這兩次發射失敗可能是由GPS信號突然中斷造成的。而且,當時美國向臺灣海峽派出了兩支航母編隊,中國無法對其進行有效跟蹤,更無法對其進行威懾。

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正因為看到擁有獨立自主的衛星定位導航系統的極端重要性,因此中國除了發展本國的定位導航系統,別無選擇。
蹣跚起步,北斗選擇厚積薄發
2000年,我國推出了北斗一代也被稱為北斗導航試驗系統,成為繼美、俄之後世界第三個擁有自主衛星導航系統的國家。
根據國情,北斗共分“三步走”:2000年底建成北斗一號系統,向中國提供服務;2012年底建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年前後建成北斗全球系統,向全球提供服務。

當時,我國既沒經驗又沒錢,剛起步時不宜冒進,必須逐步積累以取得研製經驗,因此第一代是個雙星定位系統。然而,發射兩顆星的侷限性很快就顯現出來了。因為只有兩顆,所以必須搞高軌道的,因為軌道低了覆蓋面就小。只有搞高軌道的,而且得靜止,這樣才能使衛星安穩地停留在中國上空服務。可是,高軌道衛星定位精度不高,加之只有兩顆,所以定位精度遠遠不及GPS。
於是,適時啟動北斗二代系統勢在必行。
2004年8月31日,北斗衛星導航系統正式立項,由5顆高軌道靜止軌道衛星和30顆中軌道非靜止軌道衛星組成。到了2012年底,“北斗”已於面向亞太地區提供服務,是世界上第三個正式運行服務的衛星導航系統。


從緬甸的農業、林業、土地規劃、大湄公河監管,到老撾的精細農業和病蟲災害監測管理、文萊的智慧旅遊,再到印尼海上集成應用,作為“一帶一路”的排頭兵,北斗系統在東盟地區率先應用,進而推進到阿拉伯地區,目前已覆蓋巴基斯坦、沙特、緬甸、印尼等近30個“一帶一路”沿線國家。

GPS不僅對全世界是開放,而且免費使用,我國為什麼一定要搞北斗


2016年6月16日,中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其在白皮書發佈會上。


2016年6月16日,國務院發表《中國北斗衛星導航系統》白皮書,這是中國政府在衛星導航領域發表的第一部白皮書。
在發佈會上,中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其表示,我國已經完全實現了核心芯片、終端板卡、天線等的自主可控,並且都具有國際先進水平。其中,無源定位功能是“北斗”最獨特的優勢,用戶可以通過手機與衛星進行交互,並使用“短報文”向其他用戶發送120個漢字,快速進行位置報告。這一特色應用在通信手段不健全、不發達的地區極具優勢。“其他衛星導航系統只是告訴你什麼時間、在什麼地方,而北斗衛星導航系統除了讓你自己知道在什麼時間、什麼地方之外,還可以將你的位置信息發送出去,使你想告知的其他人獲知你的情況,解決了何人、何事、何地的問題。”冉承其說。
第二代“北斗”已經如此優秀,那“北斗”計劃的第三步目前進行得如何了?其實早在2009年,北斗三號工程就已經正式啟動了。

相比北斗二號,北斗三號將增加性能更優、與世界其他衛星導航系統兼容性更好的信號;按照國際標準提供星基增強服務及搜索救援服務。同時,還將採用更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘。

根據計劃,2018年底前後將發射18顆北斗三號,覆蓋“一帶一路”沿線國家;到2020年左右,完成30多顆組網衛星發射,實現全球服務能力。到那時,中國就真正在衛星定位導航系統領域自立門戶了。
那麼,北斗三號系統的技術到底有多先進?總體而言,可用“三高一多”來形容。

GPS不僅對全世界是開放,而且免費使用,我國為什麼一定要搞北斗


北斗三號衛星


——高精度。“北斗”的定位精度將提升到2.5米至5米水平,建成後為民用用戶免費提供約10米精度的定位服務、0.2米/秒的測速服務,並且將為付費用戶提供更高精度等級的服務,衛星設計壽命達10年以上。隨著北斗地基增強系統提供初始服務,可提供米級、亞米級、分米級,甚至釐米級的服務。
——高可靠。用戶每一次享受到北斗系統的服務,都必須保證有至少4顆衛星提供服務;作為全球覆蓋的系統,“北斗”至少要有20餘顆衛星同時提供穩定服務,因此對質量可靠性要求比單星更高,對產品可靠性的要求更苛刻。“北斗”還是一個固有屬性要求必須連續運行的系統,系統必須連續、穩定、完好、可靠。
——高保險。“北斗”採用多重可靠性“加固”措施,可最大限度地增強系統的保險係數。比如,系統建成後運行衛星數量大於服務必需衛星數;同時,北斗三號衛星還採用了軟件冗餘、故障自我診斷、故障自我修復等多項措施,保證系統可靠性。
——多功能。“北斗”除具有短報文等特色功能外,還可以將用戶的位置信息發送出去,讓其他人可以知道用戶的情況,較好地解決了何人、何事、何地的問題。把短信和導航結合起來,是“北斗”的一大特色,一個終端,就可以導航、通信兼備。


九寨溝地震期間,北斗地基增強站為災區提供亞米級(一米以下)定位服務。

九寨溝附近的北斗地基增強站
此外,為了獲得更高精度,我國還建設了“北斗”地基增強系統,它可以把信號傳到國家數據處理系統,經過處理變成各種修正信號再播發給客戶。目前,這套系統已完成項目一期建設,“全國一張網”正式上線運行,具備在全國主要經濟區域提供實時動態釐米級、事後處理毫米級和快速輔助定位能力。
北斗”這麼厲害,為啥在生活中都沒有接觸到過?那你太OUT了。ofo小黃車已經與北斗導航共同推出北斗智能鎖;小藍單車利用北斗地基增強系統實現了米級定位,即使在樹蔭下也不會出現“漂移”……為了更精準地報告“我在哪裡”,你每天上下班都要騎的共享單車都陸續接入了北斗高精度時空定位服務。

而且,共享單車只是“北斗”近在眼前、服務民生的應用之一。在車聯網上,“北斗”可以解決車輛安全情況報告,減少空載率;在工程領域,它可以提供精準定位的功能,通過測經度和緯度來保證樓房沒有蓋歪等。此外,“北斗”還跳出了單一導航技術的範疇,從城市燃氣、城鎮供熱到電力電網、供水排水,“北斗”為全國超過400座城市的各種行業應用提供精準服務,有效推動智慧城市基礎設施的優化和完善。

只要你能想得到,“北斗”都可以去應用。

北斗導航型芯片
目前,北斗導航型芯片模塊銷量已突破3000萬片,高精度板卡和天線銷量已佔據國內市場30%和90%的市場份額,並輸出到70餘個國家和地區,其中“一帶一路”沿線國家和地區30餘個,應用於智能手機和其他消費類產品的國產芯片或IP核數量接近2200萬。
2016年,我國衛星導航與位置服務產業總體產值已達到2118億元,“北斗”的貢獻率就有70%。隨著北斗三號的全球組網建設加速,乃至最後完成全球組網,會有更多國家、更多用戶使用北斗系統,將進一步拉動北斗應用推廣與產業化進程,帶動北斗走出國門,走向世界。


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