GPS不仅对全世界是开放,而且免费使用,我国为什么一定要搞北斗

长征三号乙/远征一号运载火箭成功发射北斗三号首发双星。
从北斗一代的双星系统至今,中国的北斗系统走过了怎样的发展历程,又承载了哪些中国的高技术发展之梦?

GPS不仅对全世界是开放,而且免费使用,我国为什么一定要搞北斗


国际上有一个非常“高大上”的俱乐部,一共只有四个会员,却吸引了全世界的关注和众多顶级科学家的研究,这个“俱乐部”就是全球导航卫星系统,四个会员分别是美国GPS系统、欧洲伽利略系统、俄罗斯格洛纳斯系统和中国北斗系统。
中国卫星导航系统步入全球组网新时代,成为目前仅有的能与美国GPS系统相媲美的全球导航系统。
有人会问,GPS不仅对全世界是开放的,而且免费使用,咱中国人还有必要花费大量财力和人力再去做一个系统吗?其实,这还真不只是关系到钱这么简单。
时光回溯26年。1991年1月,以美国为首的多国部队发动了海湾战争。就其军事意义而言,海湾战争是一次高科技之战,其中GPS是最引人注目的技术之一。
在中东茫茫的沙漠中,GPS为美军提供了精确的定位服务和导航,大大提高了攻击精度和隐蔽性。因此,战争后美国将GPS作为海、陆、空军事力量的主要导航手段。

GPS不仅对全世界是开放,而且免费使用,我国为什么一定要搞北斗


以GPS为代表的高技术展示出的强大威力,让全世界重新认识了卫星的应用价值。于是,世界上掀起了新一轮利用外层空间的竞争,研发属于自己的全球卫星定位导航系统成为大国的首选目标。俄罗斯开始加紧研发“格洛纳斯”系统,西欧诸国也联合起来共同发展“伽利略”系统。
就中国而言,GPS在战争中的成功应用也让我们备受震动。于是,研制属于中国自己的卫星定位导航系统就被紧急提上日程。
但是,研发卫星定位系统消耗巨大,我们应该投入巨资开发还是先借助美国免费的GPS呢?GPS确实是个好东西,例如可以用于汽车和手机导航,关键时刻还能救命。这么好的东西,美国又投入了巨资,居然向全世界免费,难道美国政府是活雷锋?
其实,美国GPS“免费”使用完全是其技术特点决定的。GPS是单向通信体制,跟广播电视塔类似。比如,广播电视塔只管发射信号,到底有1个还是1万个收音机听,广播电视塔是不知道的。GPS系统亦是如此,具体是谁在接收并使用这些信号,它是根本不知情,更谈不上收费了。不过尽管信号免费,但使用GPS的产品是花钱的。依托这套“免费”的系统衍生出一个庞大的国际性产业,美国成为了最大受益者。据统计仅2013年,GPS对美国经济产生的可见回报就高达560亿美元。



另外,如果中国只图省事和便宜,在军事系统上安装美国GPS,后果将是灾难性的。
1996年台海危机期间,解放军在一次大规模军演中向台湾附近的东海海域发射了3枚导弹,以示警告。发射的第一枚导弹准确命中目标,但随后发射的第二枚和第三枚导弹突然无法追踪,大大偏离了原定的落点范围。据事后军事分析,肯定是美军做了手脚,这两次发射失败可能是由GPS信号突然中断造成的。而且,当时美国向台湾海峡派出了两支航母编队,中国无法对其进行有效跟踪,更无法对其进行威慑。

GPS不仅对全世界是开放,而且免费使用,我国为什么一定要搞北斗


正因为看到拥有独立自主的卫星定位导航系统的极端重要性,因此中国除了发展本国的定位导航系统,别无选择。
蹒跚起步,北斗选择厚积薄发
2000年,我国推出了北斗一代也被称为北斗导航试验系统,成为继美、俄之后世界第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
根据国情,北斗共分“三步走”:2000年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。

当时,我国既没经验又没钱,刚起步时不宜冒进,必须逐步积累以取得研制经验,因此第一代是个双星定位系统。然而,发射两颗星的局限性很快就显现出来了。因为只有两颗,所以必须搞高轨道的,因为轨道低了覆盖面就小。只有搞高轨道的,而且得静止,这样才能使卫星安稳地停留在中国上空服务。可是,高轨道卫星定位精度不高,加之只有两颗,所以定位精度远远不及GPS。
于是,适时启动北斗二代系统势在必行。
2004年8月31日,北斗卫星导航系统正式立项,由5颗高轨道静止轨道卫星和30颗中轨道非静止轨道卫星组成。到了2012年底,“北斗”已于面向亚太地区提供服务,是世界上第三个正式运行服务的卫星导航系统。


从缅甸的农业、林业、土地规划、大湄公河监管,到老挝的精细农业和病虫灾害监测管理、文莱的智慧旅游,再到印尼海上集成应用,作为“一带一路”的排头兵,北斗系统在东盟地区率先应用,进而推进到阿拉伯地区,目前已覆盖巴基斯坦、沙特、缅甸、印尼等近30个“一带一路”沿线国家。

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2016年6月16日,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在白皮书发布会上。


2016年6月16日,国务院发表《中国北斗卫星导航系统》白皮书,这是中国政府在卫星导航领域发表的第一部白皮书。
在发布会上,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,我国已经完全实现了核心芯片、终端板卡、天线等的自主可控,并且都具有国际先进水平。其中,无源定位功能是“北斗”最独特的优势,用户可以通过手机与卫星进行交互,并使用“短报文”向其他用户发送120个汉字,快速进行位置报告。这一特色应用在通信手段不健全、不发达的地区极具优势。“其他卫星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方,而北斗卫星导航系统除了让你自己知道在什么时间、什么地方之外,还可以将你的位置信息发送出去,使你想告知的其他人获知你的情况,解决了何人、何事、何地的问题。”冉承其说。
第二代“北斗”已经如此优秀,那“北斗”计划的第三步目前进行得如何了?其实早在2009年,北斗三号工程就已经正式启动了。

相比北斗二号,北斗三号将增加性能更优、与世界其他卫星导航系统兼容性更好的信号;按照国际标准提供星基增强服务及搜索救援服务。同时,还将采用更高性能的铷原子钟和氢原子钟。

根据计划,2018年底前后将发射18颗北斗三号,覆盖“一带一路”沿线国家;到2020年左右,完成30多颗组网卫星发射,实现全球服务能力。到那时,中国就真正在卫星定位导航系统领域自立门户了。
那么,北斗三号系统的技术到底有多先进?总体而言,可用“三高一多”来形容。

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北斗三号卫星


——高精度。“北斗”的定位精度将提升到2.5米至5米水平,建成后为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务,并且将为付费用户提供更高精度等级的服务,卫星设计寿命达10年以上。随着北斗地基增强系统提供初始服务,可提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级的服务。
——高可靠。用户每一次享受到北斗系统的服务,都必须保证有至少4颗卫星提供服务;作为全球覆盖的系统,“北斗”至少要有20余颗卫星同时提供稳定服务,因此对质量可靠性要求比单星更高,对产品可靠性的要求更苛刻。“北斗”还是一个固有属性要求必须连续运行的系统,系统必须连续、稳定、完好、可靠。
——高保险。“北斗”采用多重可靠性“加固”措施,可最大限度地增强系统的保险系数。比如,系统建成后运行卫星数量大于服务必需卫星数;同时,北斗三号卫星还采用了软件冗余、故障自我诊断、故障自我修复等多项措施,保证系统可靠性。
——多功能。“北斗”除具有短报文等特色功能外,还可以将用户的位置信息发送出去,让其他人可以知道用户的情况,较好地解决了何人、何事、何地的问题。把短信和导航结合起来,是“北斗”的一大特色,一个终端,就可以导航、通信兼备。


九寨沟地震期间,北斗地基增强站为灾区提供亚米级(一米以下)定位服务。

九寨沟附近的北斗地基增强站
此外,为了获得更高精度,我国还建设了“北斗”地基增强系统,它可以把信号传到国家数据处理系统,经过处理变成各种修正信号再播发给客户。目前,这套系统已完成项目一期建设,“全国一张网”正式上线运行,具备在全国主要经济区域提供实时动态厘米级、事后处理毫米级和快速辅助定位能力。
北斗”这么厉害,为啥在生活中都没有接触到过?那你太OUT了。ofo小黄车已经与北斗导航共同推出北斗智能锁;小蓝单车利用北斗地基增强系统实现了米级定位,即使在树荫下也不会出现“漂移”……为了更精准地报告“我在哪里”,你每天上下班都要骑的共享单车都陆续接入了北斗高精度时空定位服务。

而且,共享单车只是“北斗”近在眼前、服务民生的应用之一。在车联网上,“北斗”可以解决车辆安全情况报告,减少空载率;在工程领域,它可以提供精准定位的功能,通过测经度和纬度来保证楼房没有盖歪等。此外,“北斗”还跳出了单一导航技术的范畴,从城市燃气、城镇供热到电力电网、供水排水,“北斗”为全国超过400座城市的各种行业应用提供精准服务,有效推动智慧城市基础设施的优化和完善。

只要你能想得到,“北斗”都可以去应用。

北斗导航型芯片
目前,北斗导航型芯片模块销量已突破3000万片,高精度板卡和天线销量已占据国内市场30%和90%的市场份额,并输出到70余个国家和地区,其中“一带一路”沿线国家和地区30余个,应用于智能手机和其他消费类产品的国产芯片或IP核数量接近2200万。
2016年,我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到2118亿元,“北斗”的贡献率就有70%。随着北斗三号的全球组网建设加速,乃至最后完成全球组网,会有更多国家、更多用户使用北斗系统,将进一步拉动北斗应用推广与产业化进程,带动北斗走出国门,走向世界。


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