十問北斗 指引蒼穹

桑尼

一問：為什么中國要建“北斗”？

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了全世界第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克一號”。1958年2月1日，美國發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星“探險者1號”。1989年2月4日，第一顆GPS衛(wèi)星發(fā)射成功，GPS是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。

GPS系統(tǒng)分為軍用和民用兩種定位模式，其中民用方式向全球開放，對人們生活品質(zhì)的提升相當(dāng)大，例如汽車和手機導(dǎo)航就非常重要，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。 GPS對于探險航海就更重要了，關(guān)鍵時刻可以救命。這么好的東西，美國又投入了巨資，居然向全世界免費，難道美國政府是活雷鋒？

中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其表示，長久以來，美國GPS系統(tǒng)都占據(jù)著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“霸主”地位。只要美國一不開心，就可以隨時關(guān)閉GPS，對全球任何一個依賴于現(xiàn)代科技的國家來說都是“致命性”的打擊。所以，必須要發(fā)展本國的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

二問：目前世界上有哪些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？

目前，只有美國、俄羅斯、中國、歐盟先后建立了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS）是現(xiàn)在世界上四個成熟的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一。其他三個分別是：美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）。日本、印度也建有區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

三問：北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有幾顆衛(wèi)星組網(wǎng)？

北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星，共30顆衛(wèi)星組成。這種混合星座設(shè)計是北斗系統(tǒng)獨有的，服務(wù)精度進一步提高，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力更強，尤其低緯度地區(qū)性能特點更為明顯。

四問：北斗衛(wèi)星走過了怎樣的星路歷程？

從北斗一號系統(tǒng)開始建設(shè)，我們已經(jīng)走過了26年，三代北斗已經(jīng)在軌20年。

1994年，開始啟動北斗一號系統(tǒng)建設(shè)。

2000年10月31日，第一顆北斗一號實驗導(dǎo)航衛(wèi)星升空。與此同時，北斗一號衛(wèi)星開始提供公共服務(wù)，北斗一號巧妙設(shè)計了雙向短報文通信功能，這種通導(dǎo)一體化的設(shè)計，是北斗的獨創(chuàng)。

2004年，開始建設(shè)北斗二號系統(tǒng)。北斗二號系統(tǒng)一共擁有14顆衛(wèi)星，2007年4月14日北斗實用衛(wèi)星首次發(fā)射，2012年完成北斗二號系統(tǒng)組網(wǎng)，北斗二號創(chuàng)新性構(gòu)建了5GEO+5IGSO+4MEO的中高軌混合星座架構(gòu)。

2009年，正式啟動北斗三號系統(tǒng)建設(shè)。

2017年11月5日19時45分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號乙”運載火箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射兩顆北斗三號衛(wèi)星，這也是北斗三號衛(wèi)星的首次發(fā)射?！拔磥?，通過一箭雙星或者多星模式發(fā)射衛(wèi)星將是常態(tài)?！焙教炜萍技瘓F一院長征三號甲系列火箭副總設(shè)計師葉成敏表示。

2018年前后發(fā)射18顆北斗三號衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國家。

2019年共發(fā)射北斗三號10箭19星。

2020年6月23日，北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。“截至當(dāng)前，所有的北斗衛(wèi)星均從這里飛向太空，成功率達到100%?！蔽鞑l(wèi)星發(fā)射中心人力資源部主任林玉南表示。

五問：北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)的優(yōu)勢所在？

與北斗二號相比，北斗三號衛(wèi)星增加了性能更優(yōu)、與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容性更好的B1C信號，按照國際標準提供了星基增強服務(wù)（SBAS）及搜索救援服務(wù)（SAR）。同時，還采用了更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘，銣原子鐘天穩(wěn)定度為E-14量級，氫原子鐘天穩(wěn)定度為E-15量級。

不僅僅是信號能夠覆蓋全球，而且任何國家都可享受北斗帶來的便利，更重要的是，其擁有許多GPS無法完成的功能，例如接收系統(tǒng)主動發(fā)射信號給衛(wèi)星等。此外，北斗還采用了比GPS的二頻信號更為先進、高級的三頻信號，這也讓目前除了美國GPS之外，各國又多了一個新的選擇。

六問：北斗衛(wèi)星是怎么找到你的？

作為中國版的GPS，這套系統(tǒng)的定位精度可以從“某地附近”變?yōu)椤澳骋粔K磚”，北斗它是怎么做到的？需要多少顆這樣的衛(wèi)星才能實現(xiàn)？

首先你需要一個接收衛(wèi)星信號的設(shè)備，例如安裝了接收器的手表，收到信號后以你跟衛(wèi)星的距離為半徑畫一個球，你的位置一定就在這個球體表面上的某一個點上，接著用同樣的方法，利用第二顆衛(wèi)星的信號得到第二個球體，你位置的范圍會縮小到兩球相交的平面上。這時只要再有一個這樣的球體，你的位置范圍就會進一步縮小在兩個點上，排除太空中的那個點，你的位置就能被確定。

如何知道你跟衛(wèi)星的距離，計算的關(guān)鍵在于信號傳播速度和傳播時間，理論上衛(wèi)星信號的傳播速度與光速相同，傳播時間是你的手表接收信號的時間減去衛(wèi)星發(fā)出信號的時間，現(xiàn)在用光速乘以時間差（L=V * （T1 - T2））就能得到你與該衛(wèi)星的距離，可這只是理論上而言，現(xiàn)實情況中由于傳播距離上信號傳播速度會受到大氣密度等因素的影響，導(dǎo)致不穩(wěn)定，衛(wèi)星用的原子鐘和你的手表也不一樣，時間會有誤差。

因此除了之前提到的三顆衛(wèi)星外，還至少需要第四顆衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)來修正距離計算中的誤差，且接收到的衛(wèi)星信號越多，計算出的位置信息就越精確。

七問：北斗發(fā)射與國際電信聯(lián)盟的關(guān)系？

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在發(fā)射的時候，有一個先決條件，必須要有國際電聯(lián)（ITU）規(guī)定的這樣一個頻段，相當(dāng)于頻率的使用權(quán)利，這是國際電聯(lián)規(guī)定的。ITU負責(zé)接收各國的衛(wèi)星軌道和頻率的申請，并進行備案和審批?！北倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計師楊長風(fēng)回顧：“2000年，我們向國際電聯(lián)無線電管理委員會申請了這樣一個頻率以后，規(guī)定在申請之日起，7年內(nèi)申請方的系統(tǒng)必須開始使用，這意味著，我們必須在2007年發(fā)射我們的北斗衛(wèi)星，否則，頻率的資源就沒有了?！?007年4月，一切準備就緒，火箭在塔架上蓄勢待發(fā)，然而，最后一輪檢查時，卻發(fā)現(xiàn)“應(yīng)答機”出現(xiàn)了問題，連夜驅(qū)車送到成都完成修復(fù)工作。4月14日，衛(wèi)星發(fā)射升空，信號接收正常。

20多年前中國政府選拔了一名優(yōu)秀的通信專業(yè)人士到國際電信聯(lián)盟工作，他數(shù)十年如一日地勤懇工作，業(yè)績斐然受人尊重，并在新一屆選舉中成功地當(dāng)選了國際電信聯(lián)盟秘書長，他就是趙厚麟。“北斗系統(tǒng)在其發(fā)展過程中也采用了最新的技術(shù)，國際電聯(lián)今年最終將確認5G相關(guān)標準，那么在這個發(fā)展過程中，我們發(fā)現(xiàn)北斗系統(tǒng)一直跟蹤世界最新的通訊技術(shù)，在這個方面，我非常贊同北斗系統(tǒng)專家們的國際眼光，瞄準前沿，大家一起和相關(guān)領(lǐng)域的專家密切合作，使得咱們北斗系統(tǒng)的先進性和實用性，能夠在市場保持一個相當(dāng)強的一個競爭力。”

八問：北斗和5G融合，將帶來哪些新業(yè)態(tài)？

“北斗提供全球服務(wù)以后，各行各業(yè)應(yīng)用北斗的信心倍增，全面布局北斗產(chǎn)業(yè)。同時，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。”中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其在發(fā)布會上作出如上表述。

今冬疫情來襲，北斗率先投入戰(zhàn)疫，在武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)中，北斗高精度定位設(shè)備火速馳援，確保工地大部分放線測量一次完成，實現(xiàn)高精度定位、精確標繪，向世界展示實現(xiàn)了“十天建成一所醫(yī)院”的偉大壯舉。

5月27日，5G和北斗齊上陣為珠峰“新高度”測量“神助攻”。GNSS衛(wèi)星測量不再依賴GPS系統(tǒng)，首次用上了我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。全球海拔最高的5G基站實現(xiàn)5G信號對珠峰北坡登山線路及峰頂?shù)娜娓采w，億萬觀眾通過5G高清直播共同見證這一極限挑戰(zhàn)時刻。

在冬奧會首鋼園區(qū)內(nèi)，基于北斗的高精度定位技術(shù)已展開應(yīng)用。無人駕駛中型巴士、無人駕駛大型清掃車、無人駕駛共享轎車等多種自動駕駛車輛都是基于北斗提供的厘米級高精定位服務(wù)以及5G園區(qū)的建設(shè)。即將來臨的2022年冬奧會，“北斗+5G”的技術(shù)也將被運用到奧運賽事中。

“北斗+高鐵”京張智能高鐵；“北斗+港口”深圳媽灣港區(qū)，一個個“北斗+”正加速走來，“北斗+5G”有望在機場調(diào)度、機器人巡檢、無人機、建筑監(jiān)測、車輛監(jiān)控、物流管理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。中國工程院院士、武漢大學(xué)教授劉經(jīng)南認為，實現(xiàn)“北斗+5G”融合和相互賦能，能產(chǎn)生顛覆性的技術(shù)，未來應(yīng)用有極大的想象空間，將催生更多的新技術(shù)、新需求與新業(yè)態(tài)。

九問：當(dāng)廣電遇上北斗，會碰撞出什么樣的火花？

在廣播電視系統(tǒng)中，標準時間占有重要的位置，是安全播出的前提條件。之前，廣播電視中心常利用GPS授時來獲取標準時間，GPS授時存在手段單一，我國沒有自主控制權(quán)。目前，基于北斗衛(wèi)星的廣播電視授時系統(tǒng)已經(jīng)展開應(yīng)用，通過北斗衛(wèi)星獲取標準時間實現(xiàn)全臺時間同步，此項應(yīng)用對改變國外衛(wèi)星授時系統(tǒng)壟斷我國市場的狀況，保證我國信息安全，具有重要意義。北斗授時系統(tǒng)接收北斗衛(wèi)星授時時間信號，將標準UTC時間信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，為制作播出網(wǎng)絡(luò)提供精確、標準、安全、可靠和多功能的ntp校時服務(wù)。

直播衛(wèi)星作為廣電的重大惠民工程，得到政府的大力推廣。具備北斗定位功能的新一代“戶戶通”（也稱“第四代‘戶戶通”）已成為當(dāng)下行業(yè)最新熱門話題，4月27日，第四代北斗“戶戶通”成功上線62套標清節(jié)目和47套廣播節(jié)目。直播衛(wèi)星高清時代已經(jīng)來臨，5月9日，國家廣播電視總局副局長朱詠雷出席全國廣播電視直播衛(wèi)星平臺高清節(jié)目同播工作部署電視電話會議。他指示，今年6月底前，中央廣播電視總臺、中國教育電視臺和具備條件的省級衛(wèi)視高清頻道，作為第一批頻道通過直播衛(wèi)星實現(xiàn)高清同播，推動直播衛(wèi)星平臺高清節(jié)目同播相關(guān)工作內(nèi)容已納入“十四五”發(fā)展規(guī)劃。

十問：6月23日北斗三號最后一顆衛(wèi)星發(fā)射實況直播團隊？

與發(fā)射場的震撼場景、指揮大廳的擁抱掌聲相比，負責(zé)此次衛(wèi)星和火箭發(fā)射電視直播任務(wù)的轉(zhuǎn)播車內(nèi)略顯平靜，伴隨著各種設(shè)備的運轉(zhuǎn)聲，各工種技術(shù)人員目不轉(zhuǎn)睛的盯著屏幕，他們是北斗三號的幕后英雄。

按照中宣部對此次衛(wèi)星發(fā)射宣傳報道工作的統(tǒng)一部署，由央視和川臺共同承擔(dān)本次衛(wèi)星發(fā)射的電視直播技術(shù)保障任務(wù)。在接到任務(wù)后，川臺抽調(diào)10名技術(shù)骨干和一輛高清轉(zhuǎn)播車、一輛高清衛(wèi)星車組成了一支精干的轉(zhuǎn)播技術(shù)團隊。5月29日，直播團隊奔赴西昌衛(wèi)星發(fā)射中心進行先期踩點。6月5日，技術(shù)團隊到達西昌后，全體人員通過了嚴格的政治審查和核酸檢測。6月7日，進駐基地進行了為期10天的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)搭建和全系統(tǒng)技術(shù)測試工作。

轉(zhuǎn)播車切換系統(tǒng)一共要接入23路各類攝像機、2路多視窗畫面和1路EVS精彩回放，共計26路信號。配合央視制作團隊解決了外場多機位視音頻信號遠距離傳輸、發(fā)射塔架12個工業(yè)鏡頭切換、2視窗/4視窗同步呈現(xiàn)及訊源調(diào)度、火箭發(fā)射時聲畫同步、各點位與轉(zhuǎn)播車之間通訊網(wǎng)絡(luò)信號全基地覆蓋、外場接入信號低電位差消除等一系列技術(shù)難題。

高清衛(wèi)星車將加密后的公共信號通過亞洲5號衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，傳送到央視播出部，保障了央視新聞頻道、國際頻道、軍事頻道和新媒體平臺的直播需求，向全球電視觀眾完美呈現(xiàn)了此次衛(wèi)星發(fā)射的盛況。

二十年，北斗從無到有；二十年，北斗人霜染兩鬢。中國航天人，辛苦了！抬頭望見北斗星，蒼穹鑄就中國夢。北斗指引，世界盡收眼底。B&P