一步之遙，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航布局全球組網(wǎng)

聶輝

長征三號乙火箭發(fā)射第54顆北斗衛(wèi)星

3月9日19時55分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，又一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，順利進入運行軌道。這是北斗三號導(dǎo)航系統(tǒng)倒數(shù)第二顆衛(wèi)星，距離北斗三號系統(tǒng)建成，僅一步之遙。

5月份，最后一顆地球同步軌道衛(wèi)星按計劃發(fā)射后，最終實現(xiàn)30顆北斗三號衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，提前半年提供全球?qū)Ш椒?wù)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航核心供應(yīng)商之一。北斗三號系統(tǒng)全面建成以后，將成為國際上唯一可以與美國GPS相抗衡的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的短報文服務(wù)在國際導(dǎo)航領(lǐng)域獨一無二，在汶川地震救災(zāi)、2008奧運保障等國家重大事件中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。北斗三號系統(tǒng)全面建成以后，其千字短報文將成為獨步天下的利器。

“吉星”照耀全球

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)先后經(jīng)歷了北斗一號、二號、三號系統(tǒng)三個階段，目前北斗一號4顆試驗衛(wèi)星已全部退役。從北斗二號系統(tǒng)首顆星算起，中國已發(fā)射54顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

北斗系統(tǒng)是由GEO（地球同步軌道）衛(wèi)星、IGSO（傾斜地球軌道）衛(wèi)星和MEO（中圓地球軌道）衛(wèi)星三種軌道衛(wèi)星組成的混合導(dǎo)航星座。科技人員按諧音把GEO星稱為“吉星”。

此次發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星就是一顆“吉星”。此次發(fā)射成功的第54顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星。它在北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)中功能最多、信號最多、體量最大、壽命最長，具有廣闊的應(yīng)用前景。中國空間技術(shù)研究院研究員龐之浩介紹說，目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精度可以達到2.5米到5米之間，如果使用增強系統(tǒng)，定位精度可以達到厘米級別。

吉星不僅在導(dǎo)航信號上兼容北斗二號，為傳統(tǒng)用戶提供一如既往的導(dǎo)航服務(wù)，而且在短報文通信功能上有了新突破，通信能力提升10倍，單次可發(fā)送1000多個中文字符，足以將突發(fā)情況的情節(jié)一次性說清楚，還可發(fā)送圖片等信息，應(yīng)用場景更為豐富。

據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官網(wǎng)介紹，在北斗工程延生之前，早在上世紀(jì)70年代，中國就開始研究利用衛(wèi)星進行地面定位服務(wù)，但受制于當(dāng)時的國力不足等多方面原因，這項名為“燈塔計劃”的研究被擱淺。1983年，我國科學(xué)家陳芳允院土和一位美國科學(xué)家同時提出利用地球同步衛(wèi)星進行導(dǎo)航定位的設(shè)想。

為應(yīng)對蘇聯(lián)方面的威脅，上世紀(jì)70年代，美國陸?？哲娐?lián)合研制新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS，主要用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等。隨后，蘇聯(lián)建造了GLONASS（格洛納斯）系統(tǒng)。1999年，歐盟首次公開“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)計劃，意圖擺脫對美國GPS系統(tǒng)的依賴。法國、日本和印度等國家，隨后都開始發(fā)展屬于自己的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。

GPS的應(yīng)用，除了人們熟知的民用系統(tǒng)，其軍用系統(tǒng)催生的精確“外科手術(shù)式打擊”更讓人容易了解到其重要性。1990年的海灣戰(zhàn)爭，GPS精密制導(dǎo)武器嶄露頭角。原本需要數(shù)十架轟炸機、投彈數(shù)百噸才能完成的水壩轟炸任務(wù)，僅需2枚導(dǎo)彈在數(shù)百公里外突襲發(fā)射即可完成，第二枚導(dǎo)彈甚至可以通過第一枚炸開的大壩缺口鉆進去。

1994年，我國全面啟動導(dǎo)航系統(tǒng)的研制。六年之后，我國自行研制的第一顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星被成功送入太空。2003年5月25日，又一顆備份衛(wèi)星升空，這標(biāo)志著中國已經(jīng)自主建立了完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。至此，中國成為繼美、俄之后第三個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。

20世紀(jì)90年代末，中國開始探索衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，就形成了三步走發(fā)展戰(zhàn)略：2000年年底，建成北斗一號系統(tǒng)，主要為中國用戶服務(wù)。2012年年底，建成北斗二號系統(tǒng)，為亞太地區(qū)用戶提供定位、測速、授時、廣域差分和短報文通信服務(wù)。計劃在2020年前后，建成北斗全球系統(tǒng)，向全球提供服務(wù)。

2008年北京奧運會期間，北京的交通調(diào)度和場館安全監(jiān)控工作，就有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)助力保障。通過將實時路況信息疊加到北斗系統(tǒng)的車載導(dǎo)航儀上，駕駛者不僅能知道哪條路線的距離最短，還能結(jié)合道路的實時情況，尋找到一條用時最短的線路。這一形式在目前的電子導(dǎo)航地圖上已不新鮮，但對當(dāng)時的北斗導(dǎo)航而言，跨出了導(dǎo)航功能的一大步。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)早已實現(xiàn)第二步發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，為亞太地區(qū)提供區(qū)域服務(wù)。隨著最后一顆“吉星”發(fā)射，2020年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將實現(xiàn)全球覆蓋，成為GPS、格洛納斯和伽利略系統(tǒng)之后，全球區(qū)域覆蓋的第四個成熟衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

“吉星”團隊合影

千字短報文獨步天下

與GPS、格洛納斯和伽利略系統(tǒng)相比，中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還具有“獨門絕技”，提供短報文通訊服務(wù)。這項功能在全球定位系統(tǒng)當(dāng)中也是一次技術(shù)的突破，在應(yīng)急救災(zāi)中大顯身手。

所謂的短報文，就是通過北斗衛(wèi)星可實現(xiàn)天地雙向通信。用戶可在沒有地面通信信號覆蓋的地區(qū)，如海洋、沙漠中，發(fā)送信息和自己的定位。曾有人將其比喻為“用衛(wèi)星傳播的定位微博”。

中國空間技術(shù)研究院研究員龐之浩介紹說，短報文服務(wù)是北斗系統(tǒng)區(qū)別于其他導(dǎo)航系統(tǒng)的特有功能，把通訊和導(dǎo)航結(jié)合在一起，在服務(wù)區(qū)內(nèi)可以在沒有任何移動通訊網(wǎng)絡(luò)的情況下，利用北斗的通信功能發(fā)送位置信息，就如同手機短信一樣，實現(xiàn)“不僅可以知道自己在哪兒，還能讓別人知道你在哪兒”。

目前，國際上其他三大系統(tǒng)都只具有導(dǎo)航定位功能，無法實現(xiàn)接收機和衛(wèi)星之間的雙向通訊。北斗系統(tǒng)的短報文功能意味著衛(wèi)星可以向擁有此項授權(quán)服務(wù)的接收機發(fā)送專屬訊息。在大洋之上、深山老林中，任何失去手機信號的環(huán)境中，發(fā)生緊急情況時北斗導(dǎo)航衛(wèi)星都可以及時與地面互動。

相對于衛(wèi)星電話而言，龐之浩表示，雙方各有各的優(yōu)勢，衛(wèi)星電話主要使用通信衛(wèi)星進行語音交流，短報文使用的導(dǎo)航衛(wèi)星，在導(dǎo)航定位的基礎(chǔ)上進行短信息溝通。此外，龐之浩還介紹，使用北斗導(dǎo)航短報文服務(wù)，可以在定位終端完成，不需要再單獨購置接收終端。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計師、中科院院士楊元喜在介紹北斗導(dǎo)航系統(tǒng)時也提到，“北斗是全世界第一個，也是目前唯一一個把通信和導(dǎo)航很好融合起來的系統(tǒng)?！?/p>

在普通移動通訊信號不能覆蓋，或者通訊基站受損的環(huán)境下，北斗終端就可以通過短報文進行緊急通訊等。在汶川大地震救援中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用首次驚艷亮相，為人們所廣泛關(guān)注。當(dāng)時，地面通信設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，震區(qū)唯一的通訊方式就是北斗一代。救援部隊緊急配備了1000多臺“北斗一號”終端機，通過短報文通信發(fā)出了第一條來自災(zāi)區(qū)的信息，將災(zāi)情和受災(zāi)位置準(zhǔn)確報告給救災(zāi)搶險指揮部。救災(zāi)指揮部精確判定各路救災(zāi)部隊的位置，根據(jù)災(zāi)情及時下達新的救援任務(wù)。

此外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是第三個被國際海事組織認可的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，截至去年9月，已有7萬余艘漁船和執(zhí)法船安裝北斗終端，3200余座內(nèi)河導(dǎo)航設(shè)施、2900余座海上導(dǎo)航設(shè)施已應(yīng)用北斗系統(tǒng)。

2014年12月4日，中國電子科技集團第54研究所技術(shù)人員展示40納米級北斗導(dǎo)航芯片。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹，漁民裝了北斗終端以后，可以跟手機并網(wǎng)運行，解決漁民海上通信的需要，同時為沿海島礁信息傳輸提供了良好的手段。冉承其稱，自己就曾多次聽漁民講，“現(xiàn)在出海就放兩個東西，第一放媽祖，第二放北斗，要拜就拜兩個”。

已經(jīng)成功發(fā)射的北斗三號系統(tǒng)第13、14顆組網(wǎng)衛(wèi)星上，首次裝載了國際搜救組織標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，為全球用戶提供遇險報警及定位服務(wù)。未來，北斗系統(tǒng)將與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同組成全球中軌搜救系統(tǒng)，同時提供反向聯(lián)系，提升搜救能力和效率。

2019年12月27日，在國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，冉承其隆重介紹了北斗系統(tǒng)的千字短報文功能?！霸趨^(qū)域短報文通信服務(wù)方面，北斗三號系統(tǒng)一次可以發(fā)布1000個漢字的功能，很多同事朋友都說，不應(yīng)該叫短報文，應(yīng)該叫長報文服務(wù)?！?/p>

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計師楊長風(fēng)介紹，除了提供基本的導(dǎo)航和獨特的短報文服務(wù)之外，覆蓋全國的北斗地基增強網(wǎng)，和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、云計算融合，按照“全國高精度一張網(wǎng)”的模式在中國率先提供厘米級高精度位置服務(wù)，正在打造成為像水、電一樣的，觸手可及、隨需而用的公共服務(wù)。即使是路癡，也可以享受到車道級導(dǎo)航。

北斗應(yīng)用就在身邊

“衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用只受人類想象力的限制。北斗已經(jīng)緊密融入我們的日常生活，為我們提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航授時服務(wù)?！睏铋L風(fēng)介紹說，隨著5G商用時代的到來，北斗正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)加速融合，北斗應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)、新經(jīng)濟不斷涌現(xiàn)。

在抗擊新冠肺炎疫情中，也多處出現(xiàn)北斗導(dǎo)航的身影。北斗高精度測量支持援建武漢火神山、雷神山醫(yī)院;北斗導(dǎo)航支持的無人機、無人配送車應(yīng)用到疫區(qū)醫(yī)療物資配送;基于北斗的車聯(lián)網(wǎng)，提供精準(zhǔn)導(dǎo)航，保障了防疫救援物資的運送。

2011年，在公務(wù)用車改革中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)率先安裝在廣州公務(wù)用車中，實時提供車輛的定位、車內(nèi)通信和路線監(jiān)控，將公務(wù)用車管理納入紀(jì)檢監(jiān)察部門的電子監(jiān)察系統(tǒng)。此前，作為公車改革試點的廣州黃埔區(qū)，安裝一套GPS定位系統(tǒng)需要3000元，車載北斗終端系統(tǒng)的價格僅為1659元，幾乎便宜了一半。

在去年召開的北斗應(yīng)用大會上，楊長風(fēng)表示，我圍在2020年將完成北斗導(dǎo)航全球服務(wù)的目標(biāo)，目前正在加快北斗應(yīng)用的推進，以實現(xiàn)“全球北斗、一流北斗”的目標(biāo)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)深度融合，塑造北斗綜合導(dǎo)航定位授時體系。

除了布局全球系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)近年來也不斷加強與美國GPS、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的合作。2017年12月，中美兩國實現(xiàn)北斗與GPS信號兼容與民用信號互操作。去年8月，北斗與格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也實現(xiàn)了兼容與互操作。

據(jù)2019年發(fā)布的《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2018年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達到3016億元，較2017年增長18.3%，其中，與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的，包括芯片、器件、算法、軟件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、終端設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值達到1069億元人民幣。

以北京市為例，由該市國資企業(yè)建設(shè)并運營的國家北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)在全國燃氣管理中，有效提升了燃氣管網(wǎng)的安全水平。目前，“燃氣+北斗”的模式已經(jīng)在全國27個省區(qū)市超過600個城鎮(zhèn)應(yīng)用。2018年，北京市還為8萬輛公車和2.1萬輛公交車安裝了北斗定位終端。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會會長于賢成表示，北斗系統(tǒng)的應(yīng)用已成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟增長點，衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)正處于最好的發(fā)展機遇期，北斗也迎來深化應(yīng)用及黃金發(fā)展的新時代。

在龐之浩看來，60%以上的信息都和時間與距離有關(guān)，電子地圖就是導(dǎo)航定位和衛(wèi)星遙感的綜合運用。目前，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通、氣象和水文等都廣泛使用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。在我國新疆地區(qū)，精細農(nóng)業(yè)控制播種、撒藥也都開始應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。龐之浩預(yù)計，2020年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面完成全球系統(tǒng)建設(shè)后，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展格局將基本形成，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模和國際化水平將大幅提升，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所產(chǎn)生的商業(yè)價值將超過4000億人民幣。

去年12月，在國務(wù)院新聞辦舉行的新聞發(fā)布會上，冉承其特意把22納米工藝芯片帶到現(xiàn)場，芯片小到幾乎看不見。冉承其介紹，看不見的小小芯片就能提供非常優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。支持北斗三號新信號的22納米工藝射頻基帶一體化導(dǎo)航定位芯片，體積更小、功耗更低、精度更高，已實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

在3月26日發(fā)行的華為P40手機，使用的就是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的三號系統(tǒng)。市場上的智能手機中，使用麒麟、海思、高通驍龍、聯(lián)發(fā)科芯片的智能手機都可以使用北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)，但iphone系列的手機尚不支持北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)。有媒體報道稱，國內(nèi)70%的智能手機使用的都是北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

此前，提到衛(wèi)星導(dǎo)航時，說的用的大多是GPS系統(tǒng)，現(xiàn)在不一樣了。冉承其解釋說，中國已經(jīng)跟美國GPS、俄羅斯格洛納斯等世界主要導(dǎo)航系統(tǒng)都完成了信號兼容和民用信號互操作，大多數(shù)用戶設(shè)備都是包含北斗在內(nèi)的多系統(tǒng)應(yīng)用。“北斗信號遠在天邊幾萬公里，但是北斗應(yīng)用其實就在我們身邊?！?/p>

（辛乙薦自《看天下》）