组网圆满完成！自此，天上的星星参“北斗”

资料图：北斗卫星导航系统（beidou.gov.cn）

19日凌晨，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射两颗北斗三号全球组网卫星。

北斗卫星导航系统总设计师杨长风当天在接受记者采访时表示，自此，北斗三号基本系统星座部署圆满完成，中国北斗迈出从国内走向国际、从区域走向全球的“关键一步”。

吃过GPS的亏

说到全球卫星导航系统，大家脑海中第一个浮现的可能就是GPS（全球定位系统）。

GPS有多强大？

地图导航、打车软件、共享单车，包括汽车无人驾驶、飞机自动驾驶，现代人出行几乎离不开GPS；

大型电网、金融交易、电信通讯离不开GPS星上原子钟的精密授时；

高铁、机场等基建工程离不开GPS精准标定；

甚至科学领域，研究地球重力场、磁场、板块运动、大气、海洋、冰川、自然灾害的卫星，都需要GPS系统帮助卫星精密定轨。

战场上，GPS的出现，更是为人类战争史贡献了一个新词——"外科手术式打击"。早在1991年海湾战争时期，GPS便初露锋芒。原本需要数十架轰炸机、投弹数百吨才能完成的水坝轰炸任务，变成仅需2枚导弹在数百公里外突袭发射即可，第二枚甚至可以通过第一枚炸开的大坝缺口钻进去。正是有了GPS的精确制导，战机、坦克、舰船、导弹才能实现精准打击，让大空间跨度作战指挥变成可能。

说到这里，大家可能有疑问了，既然有了GPS，为什么中国还要花大力气建设自己的北斗系统？

事实上，GPS本质是一个军用卫星导航系统，隶属于美国空军。美国国防部1973 年批准GPS 计划，并于1994 年建成。从第一颗试验卫星起算到全球系统建成共发射了41颗卫星。

GPS是从以军用为目标的单一授权服务逐步转向民用开放服务。早期GPS一家独大时，美国军方在所有民用信号上放了干扰。直到俄罗斯格洛纳斯（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米级。

目前，GPS仍包含军用码和民用码两种信号，而这两种信号明显不在一个量级，前者已达到毫米级别。

既然是美国人的GPS，当然优先服务于美国利益。作为运营者，停止GPS服务、增加干扰、乃至提供虚假位置服务信息，都具有可执行性，这不仅对于民用，对于军用更是致命的。

1999年印巴卡吉尔（Kargil）战争期间，美国直接关停了印巴战区的所有GPS服务，导致双方的武器和士兵瞬间“失明”，均遭受了巨大的损失。事后，印度彻底放弃了原先开发的GPS增强系统及与GPS相关的卫星，决心自己做一套独立的系统。

而中国也因“银河号事件”吃一堑长一智。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，船突然停了下来。后来大家才知道，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，只能“乖乖”接受美国人的无理检查。

百分百国产

实际上，在提出利用卫星进行导航定位的设想方面，中国是与世界同步的。早在上世纪70年代，几乎在美国GPS起步的同一时段，中国就开始了自己的卫星导航系统设计，取名为“灯塔”，可惜因国家财力等原因，工程搁浅。

“银河号”事件发生次年，也就是1994年，北斗导航系统工程正式启动，并逐步形成今天三步走战略：2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，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。

“司南之杓，投之于地，其柢指南。”司南是最早的导航仪器，坐北指南就是导航，而司南的样子恰好是北斗七星的模样。从指南针到北斗，算是千年传统。

2000年，北斗一号，从无到有，两颗卫星小幅起步揭开了中国卫星导航序幕。

经过近3年的调试、测试和试运行，2003年12月15日，中国第一代卫星导航系统正式开通运行，成为继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后，全球第三个建成并投入使用的卫星导航定位系统。

利用两颗地球静止轨道卫星实现区域导航定位，属于世界首创。但是，双星定位存在覆盖范围有限、无法提供高度（只能提供经纬度）、用户数量受限等缺陷。建设北斗二号提上议程。

这时，欧洲人向中国抛出橄榄枝，主动“邀请”中方加入伽利略全球卫星导航系统（GALILEO）。不同于美国GPS和俄罗斯GLONASS的军用背景，欧洲“伽利略”是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布。

其时，美国主导欧洲正对华实行武器禁运，中欧在高端技术上的合作，无疑撕开了一个口子。中国欣然接受，并承诺投入2.3亿欧元的巨额资金，使“伽利略”计划捉襟见肘的财政状况得到极大缓解。

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，项目不断推迟。而中国虽然是投资方，却惨遭排挤，欧盟很多核心技术的研究都把中国排除在外。

“2004年北斗二号工程批准了以后，我们想跟欧盟引进星钟。当时在谈判的过程中，进展还不错，但是到了最后签协议的时候，突然欧洲说，不能给我们提供了。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风在央视《开讲啦》节目中讲述，“北斗系统不能没有这个星上的原子钟。它是整个北斗系统的核心。”

“怎么办？只能自己干！”杨长风说，“六七十年代，我们自己造出了原子弹，现在我们的北斗人，一定要造出我们的原子钟。”

北斗人顶着封锁的压力，组建三支攻关队伍，你追我赶，经过两年时间，自主开发研制出天稳定度达到10~14量级的原子钟，授时精度50纳秒。

这是什么概念？

“星钟的精度，十万年只能差一秒，我们现在已经到了，三百万年差一秒的精度。”杨长风无不动容地说，“从那以后，我们的北斗关键的器部件，一定要百分之百的国产化，这些关键的核心的东西，一定要掌握在自己的手上。”

300万年只有1秒误差，彻底打破了他国垄断。“拥有完全自主知识产权”这10个字，得来不易、字字千钧。

换道超车

后发不意味着跟跑，八万北斗人换道超车，采取了一套与其他任一导航系统都截然不同的思路。

从星座部署上来看，北斗系统采用的是混合星座构型，与其他导航系统的星座结构有明显区别。美国GPS、俄罗斯格洛纳斯和欧盟伽利略系统均采用中圆轨道（MEO）对称星座，北斗系统除MEO卫星以外，还采用了倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和地球静止轨道卫星（GEO）。

啥意思？文科小编来一波强行科普。

资料图：北斗卫星导航系统（beidou.gov.cn）

北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成。空间星座部分由5颗地球静止轨道（GEO）卫星和30颗非地球静止轨道（Non-GEO）卫星组成。其中，Non-GEO卫星由27颗中圆地球轨道（MEO）卫星和3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星组成。

简单一点说，每一颗导航卫星的本质就是告诉你这么一个事情：现在几点了（时间t0），我在哪里（x0，y0，z0）。同时接收到4颗卫星的信号能准确定位地球上一个点。

27颗MEO卫星围绕地球转圈，可以保证对全球范围内任一点的稳定覆盖，符合常规卫星定位系统需求。

IGSO卫星和GEO卫星则是为中国乃至亚太地区特殊定制。5颗GEO卫星静止在赤道上空，3颗IGSO由于倾斜设置相对地面做固定周期运动，投影轨迹始终保留在亚太区域。这样一来，亚太地区几乎可以保持至少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。在配合地面建设的增强基站情况下，实现分米乃至厘米级定位。

资料图：北斗系统星历星座（beidou.gov.cn）发布时间：2018-11-21

自去年11月我国发射北斗三号首发双星开始，北斗系统组网发射进入高密度期，仅1年时间，先后圆满完成11次北斗导航卫星发射任务，成功将19颗北斗三号导航卫星和1颗北斗二号导航卫星送入预定轨道，组网发射最短间隔仅17天，创造了北斗组网发射历史上高密度、高成功率的新纪录。

从北斗二号到北斗三号，不仅仅是卫星数量的增加，北斗三号在载荷、星间链路、激光通信等方面都有创新，还增加了卫星搜救功能及全球位置报告功能，采用的星载氢原子精度比北斗二号的星载铷原子提高了一个数量级。铷原子钟每一万秒的偏差在十乘以负十四次方，氢原子钟精度更高，万秒偏差在十乘十的负十五次方秒。

提到星间链路，算得上是北斗人的又一创新。

我们知道，卫星发送上天后，并不是一个失去联系的风筝。地面随时需要向卫星上注入一些数据，纠正它的一些偏差等等，来确保整个系统长期稳定的运行。为此，GPS在全球范围内部署了很多的地面站，来构建全球系统。

但北斗在区域拓展过程中，碰到的第一个拦路虎是如何去海外建站。海外建站，周期长、国际上的协调难度大，似乎是一个短期不能攻克的难关。于是，北斗人将目光投向了空中。

通过在卫星间开辟通道，让卫星和卫星之间能够星探星、手拉手，这就是星间链路。在浩瀚的宇宙，两颗卫星在各自的轨道上相距5万到7万公里，仿佛就是两颗尘埃。北斗星间链路技术让这样两颗尘埃，在一百毫秒里，相互捕获、锁定，交互信息。

崭露头角

北斗还有一个独门绝活：短报文功能，通过卫星实现天地双向通信。

无论是GPS、格洛纳斯还是伽利略，都只能单向接收卫星信号。“北斗系统具有短报文和位置报告服务能力，这是打破技术封锁走向全球的优势所在。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其如此描述北斗的奥秘。

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“知道我在哪，也知道你在哪”，这项功能甫一问世，便得到渔政、水文监测和森林防火部门的青睐，并在2008汶川地震救灾中崭露头角。

地震发生后，灾区通讯系统、电力系统全部中断，救援部队紧急配备了1000多台“北斗”终端机，救援队员手持终端机，通过短报文方式，实时将灾区情况报告救援指挥中心，为灾区人民打开了一条生命通道。

渔民更是将北斗视作“救护神”，称其为“海上妈祖”。 2012年1月，中国商船“盛泰11号”在湄公河金三角水域遭到了袭击。当时，遇险船只第一时间通过北斗系统发出了求救信号，中国海事、公安部门根据系统提供的位置和遇险情况，及时解救了遇险船只。

飞入寻常百姓家

打开你的手机，北斗正在为你服务。

目前世界主流手机芯片大都已支持北斗，国内销售的智能手机，北斗正成为标配。北斗信号的获取主要取决于手机处理器（SOC）中集成的定位芯片，目前大多SOC都能同时支持GPS、北斗和GlONASS。

交通出行，北斗正在为你导航。

根据交通运输部最新数据统计，全国已有超过617万辆道路营运车辆、3.5万辆邮政和快递运输车辆、36个中心城市约8万辆公交车、370艘交通运输公务船舶安装使用或兼容北斗系统。

民航也将依托北斗建设航空器全球追踪系统，国产民航运输飞机首次搭载了北斗系统。

交通运输部还针对长江航运等重点领域，研究出台了具体措施，分阶段稳步推动北斗系统在交通运输行业实现全覆盖。

仅仅依靠“天上”的卫星，定位精度往往只能控制在10米量级，而要提升这个精度，短时间来看似乎只能从“地上”下功夫。

眼下，就有一张由1400多个北斗基站和上万台套设备组成的“北斗网”在中国境内铺开。完全建成后，普通用户有望感受到从10米到分米级、厘米级的体验飞跃。“北斗的高精度服务，在中国将成为一种像水电一样的公共服务！”

从0到2万亿。

《2018中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》披露，2017年我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到2550亿元，同比增长20.4%。其中与卫星导航技术直接相关的芯片、器件等产业核心产值占比为35.4%，达到902亿元，北斗对产业核心产值的贡献率已达到80%。

预计到2020年，北斗应用在交通运输、精准农业、城市综合安防和智慧城市建设等主要细分市场的规模有望超过2万亿元。

5年来，我国推出的全球首个支持“北斗”的加速辅助定位系统，服务覆盖200余个国家和地区，用户突破1亿，日服务达2亿次。北斗真正“飞入寻常百姓家”，逐渐成为一项平民化、普通百姓常用的高精尖技术。伴随着“北斗+”融合应用新模式，明日的“北斗”，或许只受想象力限制。

走向世界

“我们建设北斗关键还是在用。只有用得更加普及，更加深入，这才是赢家。”“两弹一星”元勋、“卫星之父”孙家栋院士说过的一段话直到现在还让北斗人记忆犹新。

11月19日北斗三号系统第十八、十九颗组网卫星发射成功，标志着我国北斗三号基本系统星座部署圆满完成，“将卫星服务区域正式扩大至‘一带一路’国家和地区”。随着2019年继续布网剩余卫星，届时，北斗将彻底点亮全球。

资料图：北斗系统可见卫星数（beidou.gov.cn）发布时间：2018-11-21

目前，北斗系统和美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统以及欧盟伽利略系统一起，共同被联合国确认为全球卫星导航系统（GNSS）四大核心供应商。

大家知道，导航卫星受到轨道资源限制，频率资源也是有限的，北斗与其他系统既存在竞争关系，同时也存在合作需求。北斗三号组网卫星更是自带全球“基因”，在设计建造之初就已考虑对其他卫星导航系统的兼容性，借由兼容互操作技术，使用户可以在终端上接收多个信号。

2017年12月，中美双方签署《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》，北斗与GPS“闪婚”，实现民用信号互操作。中俄双方计划在2018年至2020年间规划连接西安至莫斯科的路线，为北斗提供全球服务“保驾护航”。

可以预见在未来某一天，北斗和其他系统都可以兼容，北斗的用户可以使用其他卫星导航系统，“在天上100多颗卫星的照耀下，大家享受的卫星导航服务也会更舒畅”。

“北斗既是中国的，也是世界的。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风说。（海外网/李连环）