北斗導(dǎo)航：太空中最亮的“中國星”

3月4日，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室透露，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)今年將繼續(xù)高密度全球組網(wǎng)，計(jì)劃發(fā)射8—10顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

北斗是“中國創(chuàng)造”的一張名片。2017年11月，北斗三號(hào)首發(fā)；去年底，北斗三號(hào)全球組網(wǎng)基本完成，并開始提供全球服務(wù)，標(biāo)志著北斗系統(tǒng)正式邁入全球時(shí)代；到2020年，我國的35顆北斗衛(wèi)星計(jì)劃全球組網(wǎng)完成。北斗系統(tǒng)的建設(shè)之快，凸顯著中國雄厚的技術(shù)實(shí)力。

是導(dǎo)航員也是郵遞員

就像GPS一樣，北斗是幫助用戶導(dǎo)航的。但北斗還有一項(xiàng)GPS尚不具備的特長：轉(zhuǎn)發(fā)用戶短信。

在茫茫大海之上，沒有手機(jī)信號(hào)，又沒有昂貴的海事衛(wèi)星，但你可以用北斗發(fā)信息，尤其是救命的信息。因此，漁民們成為北斗的第一批忠實(shí)用戶，全國4萬余艘漁船都安裝了北斗，累計(jì)救助漁民上萬人。

今年初，中國的西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)升級(jí)之后，借助北斗衛(wèi)星的短信傳輸，6000米深海與陸地的互聯(lián)得以實(shí)現(xiàn)——10套深海潛標(biāo)捕獲的大容量數(shù)據(jù)，用北斗衛(wèi)星“現(xiàn)場(chǎng)直播”到科學(xué)家的電腦或手機(jī)上，使他們從此不再依賴國外的通信衛(wèi)星。

圍繞北斗的“短報(bào)文”功能，還可設(shè)計(jì)出各種有創(chuàng)意的應(yīng)用。一些戶外裝備公司還針對(duì)野外活動(dòng)推出了一鍵報(bào)告所在位置的北斗盒子。地震和洪災(zāi)救援時(shí)，遇險(xiǎn)社區(qū)可通過北斗及時(shí)報(bào)告方位與災(zāi)情。北斗三號(hào)組網(wǎng)后，作為北斗特色的“短報(bào)文”通信服務(wù)容量將提高10倍，并大大降低用戶的發(fā)射功率。

目前，全國已有幾百萬營運(yùn)車輛安裝了北斗兼容終端。如北京的3萬多輛出租車、2萬多輛公交車安裝了北斗終端；1500輛物流貨車也用北斗實(shí)時(shí)調(diào)度。四川利用北斗來管理汽油車物流，有的地方則用北斗來監(jiān)控危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車。

中科院的專家們還用北斗來研究保護(hù)野生動(dòng)物，比如，給藏羚羊戴上北斗定位項(xiàng)圈，科研人員們就可以清楚地知道它們?cè)谀膬海粌?nèi)蒙古杭錦旗用類似的方法，通過北斗衛(wèi)星來管理幾百萬頭牲畜。

精準(zhǔn)定位不差毫厘

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)說：“北斗三號(hào)不僅覆蓋范圍提升至全球，定位精度也較北斗二號(hào)提升1至2倍。”不僅如此，利用一張全國地基網(wǎng)，中國用戶還可以獲得前所未有的高精度導(dǎo)航服務(wù)。

北斗具備動(dòng)態(tài)厘米級(jí)和靜態(tài)毫米級(jí)的定位能力。基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)定位數(shù)據(jù)，利用遍及全國的超過2200個(gè)地基增強(qiáng)站及自主研發(fā)的定位算法，相關(guān)系統(tǒng)可為全國的用戶提供精準(zhǔn)定位及延展服務(wù)。

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)2016年正式上線運(yùn)行，具備在全國提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)、事后處理毫米級(jí)和快速輔助定位能力。在地基網(wǎng)輔助下，北斗可實(shí)現(xiàn)2—5厘米的定位服務(wù)精度，行業(yè)最重視的“首次定位時(shí)間”可被縮短到5秒。另外，北斗還在全球建設(shè)了120個(gè)地基增強(qiáng)站點(diǎn)，為沙漠、海洋、高空等區(qū)域提供7×24小時(shí)高可用的動(dòng)態(tài)厘米級(jí)定位服務(wù)，預(yù)計(jì)服務(wù)在2021年覆蓋全球。

對(duì)標(biāo)世界一流，北斗三號(hào)系統(tǒng)的性能較北斗二號(hào)也大有提升。

星載原子鐘是定位精度的核心。北斗三號(hào)的銣原子鐘頻率穩(wěn)定度，較北斗二號(hào)提高10倍，使北斗定位精度和授時(shí)精度都提高了一個(gè)量級(jí)。衛(wèi)星同時(shí)配備了性能更優(yōu)的氫原子鐘，質(zhì)量和功耗大于銣原子鐘，兩者配合工作。

另外，由于不能像GPS那樣全球建地面測(cè)控站，位于地球背面的北斗衛(wèi)星利用星間鏈路聯(lián)系、測(cè)距和保持隊(duì)形。而且北斗三號(hào)衛(wèi)星可自主運(yùn)行至少60天，即使地面站故障，衛(wèi)星仍能正常工作。它能自我診斷故障和自我修復(fù)，設(shè)計(jì)壽命在10年以上。

目前，北京已有幾十萬輛共享單車安裝了北斗定位裝置，即使是在有建筑物或者大樹遮擋的地帶也能做到精準(zhǔn)定位，同時(shí)共享單車也可以放進(jìn)定點(diǎn)的電子圍欄。此外，北斗的高精度測(cè)量還已經(jīng)服務(wù)于山體滑坡監(jiān)測(cè)和橋梁大壩的形變監(jiān)測(cè)。

憑借快速的厘米級(jí)定位，北斗甚至能判斷小汽車行駛在中間車道，還是在左轉(zhuǎn)車道，這讓精確導(dǎo)航與未來無人車的行駛有了基礎(chǔ)。有了這一強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，未來，送貨的無人機(jī)可以精準(zhǔn)地降落在客戶的陽臺(tái)上，割草機(jī)器人則能做到沿兩米見方的框架轉(zhuǎn)圈，沒有誤差……

萬億級(jí)市場(chǎng)在招手

2018年，北斗三號(hào)的發(fā)射密度比起美、俄的發(fā)射密度紀(jì)錄要高出一倍，而北斗三號(hào)衛(wèi)星的批量生產(chǎn)和發(fā)射，無一失敗?！翱茖W(xué)的管理，提高了工作效率?！北倍啡?hào)衛(wèi)星總指揮遲軍說。

去年年底，一位在西昌工作多年的通信保障工程師告訴科技日?qǐng)?bào)記者，2018年發(fā)射任務(wù)如此密集，但發(fā)射場(chǎng)的衛(wèi)星試驗(yàn)人員較以往減少了近一半，發(fā)射場(chǎng)全流程時(shí)間縮短了近1/3，研制人員和研制周期都大為縮減。

除了效率的大幅攀升，北斗還有個(gè)本事，就是可與GPS射頻實(shí)現(xiàn)兼容。

通常，接收機(jī)需要同時(shí)看到4顆導(dǎo)航衛(wèi)星才能定位，看到的衛(wèi)星越多越有利。北斗與GPS實(shí)現(xiàn)互操作，一臺(tái)接收機(jī)能同時(shí)接收兩個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)，使得定位更快更準(zhǔn)。

美國GPS全球定位系統(tǒng)源于半個(gè)世紀(jì)前的美軍項(xiàng)目，可為陸?？杖箢I(lǐng)域提供全實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊。一開始，GPS被美軍用來導(dǎo)航，接著是道路交通和漁業(yè)應(yīng)用，隨著GPS設(shè)備降到白菜價(jià)，普通老百姓也可以很容易地消費(fèi)和使用GPS。目前，GPS的全球市場(chǎng)已達(dá)到每年1萬億元人民幣。

盡管美國的GPS開衛(wèi)星定位技術(shù)之先河，享有很高的知名度，但中、俄、歐也都在搭建自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS、北斗、格洛納斯和伽利略四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全部建成后，衛(wèi)星合計(jì)將超過百顆。

我國的北斗系統(tǒng)從1990年代開始研發(fā)，2011年開始面向民間開放，是GPS之后市場(chǎng)前景最好的一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)。由于北斗系統(tǒng)具有“短報(bào)文”能力，且抗遮擋能力強(qiáng)，在高樓林立的城市優(yōu)勢(shì)更明顯，其應(yīng)用已到快速發(fā)展期。目前，北斗已經(jīng)在鐵路、測(cè)繪、授時(shí)、航運(yùn)、航空等多個(gè)行業(yè)中應(yīng)用。未來，北斗在民用領(lǐng)域?qū)⑿纬升嫶螽a(chǎn)業(yè)鏈。

據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)估計(jì)，2020年北斗三號(hào)系統(tǒng)全面建成后，中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過5000億元。另有估計(jì)說，北斗在中國的市場(chǎng)占比，將由2016年的不到30%擴(kuò)大到60%，反超GPS。（本報(bào)記者 高 博）