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随着两颗全球组网卫星19日凌晨从西昌卫星发射中心顺利升空，我国成功完成北斗三号基本系统星座部署。 这次发射的两颗卫星属于中圆地球轨道卫星，也是第十八、十九颗北斗三号全球组网卫星。北斗三号工程副总设计师、航天科技集团五院北斗三号卫星首席总设计师谢军说：“目前北斗三号卫星上所有使用的部件，全部实现了国产化。” 中国北斗卫星导航系统总设计师杨长风此间表示，北斗三号基本系统今年底正式开通运行，向“一带一路”国家和地区提供基本导航服务，迈出从区域走向全球的“关键一步”。 提及全球卫星导航系统，人们最熟悉的莫过于美国的GPS，而北斗全球卫星导航系统，则是我国科技领域中长期发展规划的16项重大专项之一。在此之前，我国已先后发射多颗北斗一号、北斗二号卫星，前者向中国提供服务，后者向亚太地区提供服务——这些也让我国成为继美、俄之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。 如今的北斗三号卫星则是向全球提供服务。 一直以来，很多声音都认为北斗能和美国的GPS一决高下，可也有一些人认为，中国发展北斗导航毕竟时日尚短，怎么能跟“资历很深”的GPS相抗衡？ 北斗真实实力究竟如何，是被过度高估了吗？ 1 有了GPS，为啥还要搞“北斗”？ GPS全称为Global Positioning System，隶属于美国空军，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。 这个系统主要包含军码和民码两种信号，二者精密级别不在一个量级，前者是毫米级别，后者是分米级别。 GPS有多强大？ 军事方面：目前，美国几乎所有的飞机、坦克、舰船、单兵、精确制导弹药都在使用GPS。 在战场上，精确制导的重要性毋庸置疑。 最典型的应用是在1991年海湾战争时期，美国轰炸伊拉克水电站，至少需要数百吨常规弹药，并且，轰炸机面临着巨大的防空火力威胁。而基于GPS和图像精确制导的导弹，只需两颗——一颗炸出缺口，第二颗沿着缺口飞进去，在百公里外发射便可自动飞向目标。 第二次海湾战争期间，甚至出现了导弹顺着新闻大楼通风口一直钻下去的高精度袭击场景。
此外，对于战场指挥系统，特别是大空间跨度的指挥，极其精确的时间同步也是非常重要的，GPS都可以做。 民用方面：离开了GPS，手机不能导航，微信不能共享位置，各种地图都不能用...... 离开了GPS，国家的电网都会没那么稳定。 离开了GPS，各大股票/大宗商品交易所的时间没法精确同步（GPS可做到纳秒级别授时），为确保安全，金融效率会降低很多，还玩什么高频交易、超短线？ 离开了GPS，科学界现在的大气、重力场、地球磁场、地球板块运动、地震及火山自然灾害、地球洋流和海平面变化、冰川运动和融化等研究，就基本可以退回到20年前的状态了，这些年上述领域的重大突破都和GPS有紧密关系。 离开了GPS，自动驾驶技术、精密农业、民航飞机高精度起飞降落自主导航，都是梦。 离开了GPS，超大工程定位，比如港珠澳大桥、高铁、突破人类天际的各个中国大桥，就没那么多中国速度了，测量与校正就足够折腾的。 ...... 然而，这么重要的GPS，极易被控制。 如果完全依赖GPS，美国加上了干扰，怎么办？或者，根本不让你用了呢？还有更极端的，干脆给你发送虚假的GPS信号呢（GPS的干扰、欺骗都容易实现）？ 那么，轻则汽车、轮船等走错路，重则导弹攻击错误目标，打到自己也极有可能。 在美国GPS一家独大之时，美国军方在所有民用信号上放了干扰。后来俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）系统出现，美国为了应对竞争才取消了这个干扰（2000年5月2日）。从图中可以看出，取消干扰后，民用信号的定位精度直接从百米级提高到了今天的米级。
曾经高度依赖美国GPS系统的印度也吃过大亏。 1999年，印巴卡吉尔（Kargil）战争期间，美国觉得不能让印度太得瑟，就直接关闭了印巴战区的所有GPS服务，导致印度的武器和士兵瞬间“失明”，遭受了巨大的损失。 后来，印度痛定思痛，放弃了自己原先开发的GPS增强系统及与GPS相关的卫星，自己做了一套区域性的导航系统。 2 大国重器，必须靠自己！ 实际上，早在1970年，我国就提出了关于卫星导航技术的论证方案——“灯塔”项目，与美、苏在同一时期，后来，因国内外形势变化被迫下马。 海湾战争给全世界“上了一课”，大家都深刻意识到卫星导航系统的巨大价值。 1993年7月23日，美国无中生有地指控中国“银河”号货轮将制造化学武器的原料运往伊朗。当时，“银河”号正在印度洋上正常航行，突然船停了下来。事后大家才知道，这是因为当时美国局部关闭了该船所在海区的GPS导航服务，使得船不知道该向哪个方向行驶。 “银河号事件”使我们清楚地意识到：卫星导航，我们一定要自己搞出来！ 1994年，我国开始进行北斗一号的研制工作； 2000年，发射了两颗静止轨道卫星，实现了区域性（仅限于亚太地区）卫星导航； 2003年，又发射了一颗备份卫星，北斗一号正式完工，我国已经在军事领域（战术武器等）摆脱了对GPS的依赖。 按原计划，我国只需研发出北斗一号应用于亚太地区即可，在全球性应用方面寄望于与欧盟计划共同推出伽利略系统。 2000年，伽利略系统立项； 2003年，我国率先加入该项目，投资超过2亿欧元，并迅速成立了中欧卫星导航技术培训合作中心。 然而，造价仅仅相当于一个欧洲中型机场的伽利略系统（35亿欧元）进展很不顺利，欧盟麾下各国明争暗斗，导致这个项目被不断推迟——计划于2006年前后建成的系统至今仍未完成。中国虽然是投资方，却被不断排挤，欧盟很多核心技术的研究都把中国排除在外。 中国果断决定：自己干！ 2007年，中国开始正式建设自己的北斗卫星导航系统，也就是我们熟知的北斗二代。 到了2012年，我们已经发射了16颗卫星，完全覆盖了亚太地区。 北斗二号的建设与运转给我们积累了大量的技术和经验，我们的目光已超越亚太地区、投向全世界任何一个地方。 于是，北斗三号正式开始建设。2015年，中国发射了北斗三号第一颗卫星，目前，进入建设高潮期。 现在，北斗已经成长为共计23颗的庞大卫星导航系统，在2020年，将有35颗卫星处于工作状态，从而实现全球无差别的高精度定位。
▲2017年9月28日北斗可见卫星图 3 中国北斗有两大“绝活” 评价导航系统的主要指标主要有四项：
按照这四个指标来看，美国的GPS导航系统仍然独占鳌头——GPS是已经发展了30多年的成熟系统，早就实现了全球覆盖，卫星补充稳定，长期维持在32颗，并已经更新到第三代。
▲GPS系统星座动态图 最重要的是，GPS几乎垄断了全世界民用导航市场，其商业价值远远超过军方投资。后来者很难与其争锋。 我国的北斗卫星导航系统紧随其后。 ▲我国北斗星座 北斗有两大“绝活”： 1 是最复杂的星座系统 不同于世界其他任何一个系统，北斗是唯一一个使用了地球静止轨道（36000公里高）、地球倾斜同步轨道（36000公里高）和中轨轨道（20000+公里高）的卫星导航系统。GPS、格洛纳斯、伽利略都是仅使用中轨轨道。 北斗使用了更加高轨的静止和倾斜同步轨道，卫星轨道运转周期为24小时，其信号会长期覆盖指定区域，且卫星之间形成的数据通信链路也能校正误差、进一步提高精度。 我国重点覆盖的区域是亚太地区及“一带一路”地区，系统建成后，这些地区均将获得优于GPS系统的精准定位。 2 是短报文系统 其他所有定位系统只接收太空信号，不与通信卫星进行任何交流。而北斗的接收机可以和卫星进行交流，最典型的应用是可以发布140个字的短报文，就像现在人们平时用的“短信”，既能够定位，又能显示发布者的位置。 在海洋、沙漠和野外等没有网络的地方，安装北斗系统终端的用可以定位自己的位置，并能够向外界发布文字信息。该技术将被用于紧急救援、野外作业、海上作业系统。 更重要的是，北斗的短报文功能可以实现双向通信，提供的指挥端机可进行一点对多点的广播传输，为各种平台应用提供了极大便利，在国防、民生和应急救援等领域具有很强的应用价值。 特别是在灾区，在通讯、电力中断或移动通信无法覆盖北斗终端的情况下，可以使用短报文进行通信。 2008年汶川地震时，进入重灾区的救援部队利用120字的短报文突破通信盲点、与外界取得联系，及时向指挥部汇报了灾情。 而且，这个功能不但实用，而且成本很低，目前我国民用短报文大概几毛钱一条。 由上可知，无论是军用还是民用，北斗对我国意义重大，称其为“国之重器”丝毫不为过。在技术上，它完全可以与新一代GPS媲美，之前有媒体报道过某博士破解了北斗信息，完全是谣言，因为“破解”的是民码，而民码本来就是要公开的（全世界各个系统都是如此）。 只是相比GPS，在商业化方面，北斗暂时很难从每年千亿美元级别的GPS市场那里“分一杯羹”。而且，北斗系统尚未完全建成，竞争力较为有限。 不过，2020年前后，北斗三期完全建成，巨大的国内市场和“一带一路”国家的需求足以支撑北斗成长为世界第二大系统。在未来，北斗还有很大上升空间。 4 俄欧印日的导航系统怎么样？ 目前，世界上有四大全球导航系统、两个区域性导航系统。除中美外，俄罗斯、欧盟、日本也在搞导航系统，它们水平怎么样呢？ 1 俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）系统 该系统自苏联时期开始建设，是唯一一个频分多址的系统（不同于其他系统的码分多址）。 这两个的区别可以用一个例子形容：在一条狭窄的道路上（国际上频段资源非常有限），在运货（导航信息）的过程中，你可以选择用很多小车（多个频率，俄罗斯方案），也可以选择用2辆（老版本GPS两个频率）大车，或3辆大车（伽利略、新GPS、北斗三个频率）运输，各有利弊。 ▲格洛纳斯GLONASS系统目前的星座 因为小车运输，格洛纳斯安全系数高，在抗干扰和欺骗等方面很强，同时兼容性较差、维护成本很高。 |
