低调！中国北斗核心卫星部署完成，开启“全球时代”！超越GPS指日可待

来源：科技杂谈、百度

物联网智库 整理发布

2019年12月16日15时22分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭（及配套远征一号上面级），以“一箭双星”的方式成功将第52、53颗北斗导航卫星发射升空。历经3个多小时的飞行之后，卫星顺利进入了预定轨道，后续将进行在轨测试，适时入网提供服务。

至此，北斗导航系统的中圆地球轨道卫星全部发射完毕，也标志着北斗三号全球系统核心星座部署全部完成。中圆地球轨道卫星作为北斗三号全球系统星座的主力卫星，将主要为全球用户提供导航定位授时服务，以及全球短报文通信、国际搜索等特色服务。北斗三号全球系统核心星座的部署完成，也预示着北斗三号进一步提升了系统服务性能和用户体验，为实现全球组网奠定了坚实的基础。

当前国际上，在GNSS（全球导航卫星系统）俱乐部中，有且仅有四家成员：美国的GPS、欧洲的伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS以及中国的北斗COMPASS。其中，中国北斗虽然是后起之秀，但却是其中发展最为快速的会员。

1957年10月4日，苏联向太空中发射了全球第一颗人造地球卫星，开创了人类新纪元。

而远在大洋彼岸的美国对此事高度重视，一位名叫比尔·盖伊的数学家和一位名叫乔治·威芬巴赫的物理学家在霍普金斯的应用物理实验室里发现了这颗卫星的频率出现了偏移，经过研究发现是相对运动引起的多普勒频移效应。

他们发现，如果在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置。而彼时的实验室主任弗兰克·麦克卢尔正在为海军做一项研究，内容是五角大楼如何知道茫茫大海中军舰的具体位置。

当他们将实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪研究结果告知弗兰克时，一个逆向思路出现在弗兰克的脑海中，美国GPS系统也就此启动。

在反复研究低、中、高轨道利弊后，美国在1978年选择了24颗卫星的中轨道星座，并发射了第一颗GPS卫星。1994年GPS系统完成全球组网，全球覆盖率高达98%，1995年投入运行，并分为军用和民用两种定位模式，其中民用方式向全球开放。

经过30多年的发展，GPS系统已经成为目前全球使用最为广泛，商业模式最为成熟的卫星导航系统。同时，GPS的出现也改变了在纸质地图上规划路线的历史，在汽车导航、海上导航中发挥着巨大的作用。

既然已经有了最为成熟，并且使用免费的卫星导航技术，为什么中国还要研发北斗全球系统？

我们不妨联系一下最近中美之间发生的故事，说说北斗卫星由来。近两年，美国方面不断向中国企业施加压力，先是中兴断臂求生，再有华为倾力抵抗，还有围绕掌握尖端核心科技自主知识产权的讨论也在业界不断被提起。

现在我们在举国之力打造“中国芯”，这是由于国内起步晚、科技水平有限，在很长时间里我们始终处于一个被动的位置，是否被卡脖子，主动权完全掌握在别人手中。这还是在商用和民用领域，但事实上，从GPS研发的初衷中不难看出，军用才是GPS卫星导航系统的本质。

试想，就像美国断供华为一样，将GPS民用信号切断，那么使用地的所有设备将再也无法使用设备定位服务，对于已经过度依赖于导航的我们来说，无异于瞬间回归“黑暗”，只能在里面到处碰壁。

在军用领域就更为严重了，作为一项开放的技术，美国虽然无法禁止其他国家使用GPS，但由于GPS分为军用和民用两大部分，因而在开放程度上，美国还掌握着主动权。假使美国的敌对国使用民用GPS信号，只在定位精度上美国就已经领先了对手十倍。如果美国再向敌国发送欺骗码，那瞄向美国的导弹可能就会落到自家阵地上。

因此，即便GPS在全球形成了巨大的市场，并以此托举着众多新的国际性产业，造福了民用市场，但无形中也形成了一股强大国家软实力，本质上还会以美国国家利益为主。

基于国家安全、人民福祉和经济发展，早在上世纪70年代，我国七五规划中就提出了“新四星”计划，随后还提出单星、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，以此筹备和发展国内军民两用的全球卫星导航系统。

早期在国家一穷二白的基础上发展全球卫星导航系统确有困难，但到20世纪后期，打造中国自己的全球导航系统的步伐开始不断加快，同时也探索出一条适合中国国情的导航系统发展之路。

• 2000年年底，中国建成北斗一号系统，开始向中国提供服务；

• 2012年年底，北斗二号系统建成开通，中国的北斗全球系统开始向亚太地区提供服务；

• 2019年年初，北斗三号基本系统完成建设，开始向全球输出服务能力；

• 预计到2020年，中国的北斗全球系统建设任务将全面完成，定位精准度将从米级跨越至厘米级，最高精度足以匹配GPS，实现质的提升。

不仅如此，GPS的另一弊端，也已经被北斗全球系统所克服。GPS是单向通信体质，好比广播电视塔发射信号，它只管发射信号，而不管到底有1个还是1万个接收设备在接收信号。同理，30颗卫星不断向地面发射信号，然而具体是谁在接收并使用这些信号，卫星自身是毫不知情的。

而在上世纪（1994年启动，2000年双星升空）的北斗一代，我国研究人员采用“两弹一星”元勋成芳允院士为首的专家团队提出的双星定位方案，已经实现了双向通信能力。虽然由于种种原因，北斗一代采用了静止高轨道的双星定位方案，但北斗一代两颗卫星可以与国际通信卫星一样完成通信任务，其既能定位又能通信的特点也成为其一大技术特征。

当然，这并不证明美国的GPS等其他定位导航系统不支持通信功能就是技术上不先进，只能说明，这为今后北斗的演进奠定了更好的基础。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户端三部分组成，可以在全球范围内全天候、全天时的为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、导航和授时服务。并且具有短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为10米，测速精度为0.2米/秒，授时精度为10纳米。具体特点如下：

• 北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显；

• 北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；

• 北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

当然，北斗全球系统作为后起之秀，相比较GPS还处于发展的初级阶段，GPS在全球拥有稳定的市场和国家性产业链，想要把中国的“千里眼”推向国际还需要时间。

未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能，互联网和脑科学交叉研究机构。

未来智能实验室的主要工作包括：建立AI智能系统智商评测体系，开展世界人工智能智商评测；开展互联网（城市）云脑研究计划，构建互联网（城市）云脑技术和企业图谱，为提升企业，行业与城市的智能水平服务。

  如果您对实验室的研究感兴趣，欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”