【科普】北斗系统如何一步一步改变中国

2010年1月13日下午，中国电信CDMA网络出现大范围故障告警，涉及到全国绝大多数省份，原因是美国GPS系统升级影响了CDMA的全网同步。中国电信经营的3G业务使用的是美标CDMA2000，若没有GPS授时则只能维持72小时的安全运行。

您可以想象，当时政府有关部门和运营商是有多么的紧张，全国上亿手机用户全部断线，这将是震惊国际的大事件。

他们是怎样应对这场重大危机的呢？他们什么都没有做，不是不想做，而是没啥可做的。

GPS全球定位系统（来源百度百科）

GPS授时信号是关键项，这掌握在美国人手里，中国没有任何控制权，只能紧张地干等。好在GPS的升级过程还算顺利，不久系统就解除了警报。

国家安全的命脉不能掌握在他国手里，政府有责任做好危机防范工作，必须要有自主可控的手段，遇到危机后能顶上去。

美国的GPS是免费的，其高精度的军码定位也对北约开放，但欧洲还是投入了巨资搞伽利略工程。日本跟美国是军事同盟，也在搞区域性的导航定位卫星系统。

这些都是出于国家和民众安全的考虑，基础科技必须要有自主可控的手段，即使是盟国也不能全面依靠，这是国际社会的共识。

北斗卫星系统的由来

中国是个有抱负的大国，在定位导航卫星这件事上早有规划，从上个世纪70年代就已经开始着手了，七五规划中提出了“新四星”计划，随后提出过单星、双星、三星、三到五颗星的区域性系统方案，以及多星的全球系统设想。研究、论证、再研究、再论证……从来就没有停止过。

上世纪90年代，终于选定以“两弹一星”元勋陈芳允院士提出的双星定位方案。只有两颗星，当然不能像美国GPS那样搞中轨道的，轨道低了覆盖面就小，两颗中轨道卫星多数时间会在中国上空以外的地方飞行，那中国还咋用呢？因此只能搞高轨道的，而且还得是静止的，这样才能妥妥地停在中国大陆的上空。

静止高轨道是双星定位的必须选择，在这个轨道上能与通信卫星一样完成通信任务，于是既能定位又能通信就被设计成为了北斗一代的技术特点，而GPS等其它定位导航系统都是不支持通信功能的。

美国GPS不具备北斗这样的通信功能，这不能说人家技术落后，因为美国的卫星系统是各司其职的，定位卫星和通信卫星两套系统的性能都很优异。而中国北斗一代是身兼两职，听起来功能更加全面，其实是中国把定位卫星打到了通信卫星的轨道上，自然能收获了通信这个副业。

由于这两颗星的轨道很高且数量少，其定位精度自然远远比不过GPS，通信功能也比国际海事卫星差得多。通信和定位啥都能干，但啥性能都不行。

加盟欧洲“伽利略”

北斗一代的使用体验比较差，那该咋往下走呢？这时中国看上了欧洲的伽利略计划，这是欧洲国家联合搞的全球定位导航卫星系统计划，这个项目实在是太烧钱，于是他们就瞄上了中国这个大金主。

双方各有所图，因此一拍即合，中国作为第一个非欧盟国家加入了伽利略工程，并且支付了两个亿的入伙费。

但中国越来越觉得不对劲，因为日本和印度也加入了，交的钱远比我们少，也享有基本相同的权利。跟日本和印度共享相同的战略资源？这是我们不想要的，于是就痛下决心，退出伽利略工程开始发展北斗二代。

北斗二代计划在2020年前后发射35颗卫星，形成全球性的定位导航系统，其中有5颗是在赤道上空的静止高轨道卫星，主要完成短信任务。

北斗二代的规模与GPS相当，申请的轨道和频率与欧洲伽利略比较一致，这就不可避免地遇到了卫星轨道和频率争夺的问题。卫星轨道和空间频率是人类共有的资源，那该如何分配呢？国际规则是既不按国家来分，也不按人口来分，而是谁先占了算谁的。

先占先得的原则是西方发达国家制定的，他们认为这是各国都有同样机会的公平原则，理由是：你有本事你也打卫星啊，我又没拦着你，你不打是你自己的事，如果你永远不打，难道说轨道和频率还要永远给你留着？这听起来也有道理，更关键的是，即使你觉得没道理，你也没能力阻止发达国家占轨道和频率。

2005年伽利略计划的第一颗卫星上天了，但并没有开通，只是占了轨道但没占频率，为啥没开通呢？原因是没钱，开通需要花钱的，欧洲手头有点紧。中国北斗二代的第一颗星也随后上天了，而且上去就开通了，这下就把轨道和频率都占上了。

欧洲伽利略那边慢悠悠地捣鼓，而中国这边的北斗一颗接一颗地不停打卫星，后来还搞起了一箭双星，而伽利略计划和北斗二代有些频率是重合的，双方都在国际电信联盟组织备案了，谁先占上就算谁的，中国的快节奏把欧洲搞急眼了，通过美国给中国施压，要求中国放慢脚步等等欧洲人民。

以前欧美国家凭借技术和经济优势抢占资源，中国技术和经济不给力只能吃哑巴亏，你们从来就没谦让过，现在凭什么要我谦让？中国不理会欧美的抗议，按既定的节奏继续打卫星。

北斗系统的应用

北斗的首次成功应用是2008年5月12日的汶川地震，甭看我们平时的通信非常方便，电话、短信、互联网等手段很多，但其实都是高度依赖光纤和基站的，当这些基础设施遭到大面积损坏时，你会发现QQ、微信、微博、短信……所有平时很方便的通信手段全都完蛋了，除了靠吼之外简直就没有一点办法。

那时候北斗还是一代系统，虽然因为性能指标比不过GPS和海事卫星而被骂，但北斗一代在地震时却发挥出了不受地面影响的优势，它的定位和短信能力充分发挥了作用，成为了救援指挥部队和前线救援人员最得力的通信助手，最大限度地保证了“72小时黄金抢救时间”的有效利用，彰显了北斗服务民生的技术优势。

远洋渔业是个充满危险的行当，遇到风险时能得到及时救助非常重要。再节省的渔民都会备齐两样电子设备，一是GPS，二是海事卫星电话，以便遇到风险时能及时求助。

遇到风险需要求救，首先要用GPS定好位，然后用海事卫星电话通知岸上的救援队，告诉他们我遇险的GPS坐标，以便他们来救我。当然也有用电台的，但电台的可靠性不如海事卫星电话，生死攸关时通不上可就抓瞎了。但是，养一部海事卫星电话是很贵的，但为了关键时刻救命又不敢不养，很多渔民对此很纠结。

2013年北斗二代在亚太地区布网后，渔民有了一个新选择，那就是装北斗卫星船载终端，北斗的双向短信功能在渔船救险方面得到了完美应用，遇到险情后一键求救，终端会自动把附带着定位信息的求救短信通过卫星发给岸上的救援队，实现了GPS+海事卫星电话的功能，而且更加方便。

那这个终端贵吗？政府大力推广，将之列为安全机械设备，享受农机补贴政策，政府额外拿出了1个亿，免费为辽宁、山东、浙江、海南的1万艘渔船安装北斗终端，后续再安装的直接补贴九成，渔民只需要象征性地出一成的钱就可以安装。

海事卫星电话很贵，那北斗卫星短信贵不贵呢？答案是一条三毛！这是有史以来最便宜的卫星短信了。为啥这么便宜，有政府补贴呗，其实根本就没考虑成本，收费是象征性的。

北斗卫星的短信功能非常受欢迎，根据浙江省2011年的统计，浙江渔民利用北斗卫星发短信1300万条，其中船与船互通604万条，船与手机互通696万条。

渔业省份在岸上大建基于北斗二代的渔业信息服务基础设施，通过卫星给渔船发送实时的天气、海浪、赤潮、鱼汛消息，甚至还有当日渔市价格，帮助渔民决定捕捞哪种鱼，渔民在海上就可以把渔获信息传到岸上，提前联系好卖家。

亚太国家认识到了北斗的覆盖优势，中国政府也积极推动北斗二代在亚太地区的应用，泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝等国家派出了19名专家，于2014年7月来到中国考察北斗二代，研究讨论合作的事项。

泰国专家表示，有些GPS卫星的信号泰国收不到，而北斗所有的卫星信号都能接收到，当然要参加北斗的“天眼”计划，而且泰国现在已建成了首批CORS（连续运行卫星定位服务综合系统）。马来西亚紧随其后，成为北斗“天眼”落户的国家。

“两客一危”指的是从事道路班线客运、旅行包车、危险货物运输车，这些都必须安装电子定位装置，并将运行信息及时接入到全国的联网联控系统中。在交通管理部门的监控大屏幕上，车辆的运动状态一目了然，超速闯禁行等违规驾驶行为会自动报警，这是一项保护人民生命安全的法规。

“两客一危”的范围还在扩展，警车、公务车、校车也正在被纳入到北斗卫星定位监控系统之中，不仅仅是为了行车安全，还要监控公车私用，车辆行驶路线清清楚楚，数据妥妥地存在数据库里，由不得司机遮掩狡辩。

这种对特种车辆的卫星监控，以前要求使用GPS，现在被政府明令要求必须使用北斗系统。有些人为此质疑过政府，以前基于GPS的系统本来就能完成任务，现在为了推广国产北斗就来硬的，这不是劳民伤财吗？

这真不是劳民伤财，而是有着长远规划的必要措施。中国正在搞北斗地基增强系统的建设，在全国各地甚至东南亚国家大力建设CORS站，与天基系统相互配合，可达到厘米级的实时定位精度。

北斗的天基系统和地基增强系统一旦成功结合，那大货车就再也不敢长期占用超车道了，而以前的GPS定位精度是10米，是无法区分车道的。给孩子戴的定位手表会更加精准和灵敏，定位信息不再是“在某地附近”，而是精确到孩子站在哪块地板砖上。

地基增强系统是要与天基系统密切配合的，如果把这个遍及全国的国字号系统搭建在美国GPS的基础之上，那万一人家收费了呢？或者把底层数据屏蔽了，那我们就被卡了脖子。我们已经有了完全自主产权的北斗系统，自家的地基增强系统当然要跟自家的北斗系统配对。

现在北斗的实时定位精度已经高于GPS，达到了80公里/小时情况下2厘米的精度，这就给另一种业务提供了技术手段，那就是基于北斗系统的无考官驾考。

现在的倒车入库等驾考项目已经有电子监控了，压线就会报警，但路考还得有考官。以后的全部驾驶课目考试可能被北斗系统全面取代，在考试车上安装北斗接收机，无论是倒库还是路考，系统都会精确实时记录车辆轨迹，并自动评分，会比考官更严格和公正。

北斗三代星的出现

最近有一条令人振奋的好消息，北斗导航卫星已成功发射了51颗，即将全球组网完毕。可按照原计划，是2020年前发射35颗北斗二代星全球组网完毕，为什么又出现了三代星？都51颗了还没有发射完？

这是因为前些年在北斗二代的发射组网过程中，我们发现了两个问题，一是铷原子钟是进口的，我们很担心在这方面被人卡脖子，二是我们不像美国那样在全球有很多海外基地，地球背面卫星的导控是个难题。

于是我们在二代星的基础上做出了两项重大调整，一是用我们自主研制的氢原子中代替了国外进口的铷原子钟，精度提高了10倍。

二是增加了星际链路功能，我们只需要把导控信息发射到一颗卫星，然后就可以在35颗卫星中互相转发，形成了对所有卫星的导控。

2017年11月5号，我国发射了第1颗三代星，可距离2020年只剩下短短不到三年的时间了，全部换成三代星，时间来得及吗？北斗卫星团队的小宇宙爆发了，两年发射了20多颗，中国基建狂魔的称号不是盖的，全球组网后的北斗系统将是全世界最好的定位导航系统。

北斗三代星的精准定位对国计民生有非常大的作用，例如前一段时间在江苏有一个铁路局和铁塔公司合作搞的“双铁”项目，解决了铁路局一个重大的隐患。什么隐患呢？每天只有晚上3点钟左右没有火车，这是检修铁轨的时间窗口，铁路局就怕一个事，就是工人把工具落在铁轨上，黑灯瞎火地也没发现，这就可能出现重大事故。

为解决这个重大安全隐患，江苏铁路局安排了200名机关干部轮流上夜班，就做一件事，对检修工具进行“三确认”登记。

合作项目就是铁塔公司在每个工具上绑了一个北斗精准定位模块和一个物联网模块，可以把它的实时位置上传到云上，每一个工具都是动态显示，如果一个工具离堆，马上就会报警，这比人工检查可靠得多。

合作完成后铁塔技术人员要撤出，铁路局干部就说非常感谢你们，你们人可以走，设备必须留下。因为这太好使了，他们终于可以不用上夜班了。

除了工业化应用，北斗对消费者也有重要作用，例如我们都离不开手机导航，新款手机荣耀9X就支持北斗，而且采用的就是联合定位的策略。北斗和GPS是两套独立的系统，各有各的误差，经过联合定位后，其精度会得到很大提高。

你可能会问，国内其他手机也都支持北斗，为什么单独拿荣耀9X来说事儿呢？这是因为这款手机使用了旗舰级别的麒麟810芯片，支持了北斗三代最新的b1c频率，这个新的频率可以使得信号能量更加集中，进一步降低了误差。

除硬件优势外，荣耀9X上还支持AI智慧通信2.0功能。通过AI智慧识别使用场景，比如在电梯中需要定位叫车出行，由于电梯内信号较弱，其他安卓手机无法精准定位。荣耀9X可以做到智能切换，迅速恢复信号，并与北斗导航相结合精准定位。

华为技术加上北斗三代星，再加GPS辅助，形成了现在最先进的手机导航策略。

北斗系统是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统，可在全球范围，全天候、全天时，为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。

现在已经发射了51颗卫星，再发射4颗就全球组网完毕了，届时将超越GPS成为全球第一大卫星导航系统，它不仅是中国人的骄傲，也将是全人类的福祉。

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来源：新浪微博 作者：奥卡姆剃刀

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