【财讯】中国为什么要建卫星导航系统？

图像源@视觉中国

钛媒体注:本文来自本文科学技术《科学大家》，作者:徐颖，北斗导航系统科学家，中国科学院空天新闻研究院研究员，博士生导师，钛媒体授权发表。

年12月27日，北斗3号基本系统建成，全球服务开始，北斗系统的服务范围从地区扩大到全球，正式进入全球时代。

北斗卫星导航系统“三步走”战术(图像来源:中国青年网)

20世纪90年代，北斗系统开始研发，按照“三步走”的快速发展战术，先主动被动，先有地区，先在世界上，先建设北斗1号、北斗2号、北斗3号系统，建设中国特色的卫星导航

北斗系统卫星总指挥李长江说，第一代卫星导航系统处于起步阶段，虽然仅投入很少的资金就打破了海外卫星导航行业的垄断，但由于自身原理上的限制，无法迅速发展成为全球卫星导航系统，因此，在第一代导航系统中建设了

第一代北斗星座接收机是活动的，因为有暴露顾客位置的缺陷，所以在特定行业的用途有限。 大家看刘慈欣的《三体》，应该记得里面最重要的话。 “不要回答，不要回答，不要回答”。 一旦回答返回信号，因为你的位置有暴露的风险。 还有，你给我发消息后，我需要回应你。 正好这个时候，别人也给我发消息的话，消息堵塞了，可能无法马上回复所有人。

在这种情况下，被动定位系统的建设迫在眉睫，该如何建设呢？ 第一步是在2003年左右建设北斗导航1号系统，处理中国卫星导航系统有无问题，为中国及周边地区的中低动态客户提供快速定位、短消息通信和授权服务。 第二步是在年左右建设北斗二号系统，为中国和周边国家提供稳定的导航、定位、速度和授权服务。 第三步是在年建设“独立自主、开放兼容、安全可靠、技术先进、突出要点”的北斗三号系统，开拓国际导航市场。

年12月27日，中国北斗卫星定位系统正式具备全世界定位能力，可以在全世界为各类客户提供高精度、高可靠性的定位、导航、授时服务，北斗3号除了提供全世界服务外，还提供了以前流传的北方 北斗三号把导航和通信技术很好地集成在一个系统中，这个特色服务不在美国gps、俄罗斯glonass、欧洲galileo这三个系统中。

北斗3号将来将继续发射卫星，直到被30颗卫星复盖的北斗全球系统完成。 北斗全世界的系统星座包括三个geo卫星、二十四个meo卫星和三个igso卫星组成的地面段包括主站、注入站、检测站等几个地面站。 客户部门包括北斗客户终端和与其他卫星导航系统兼容的终端.。

我们建设北斗系统基本上有四个基本，第一个是开放。 北斗免费为世界各地的客户提供这样的服务。 在北斗官网上下载相应的icd文件，自己做北斗接收机，可以享受国家建设的卫星地面站给你带来的导航服务。

你可能会问，我是买这个终端还是要花钱？ 这是因为这个终端是对应的制造商做的。 例如，如果将手机作为供应商，则在购买手机后，必须采用每月支付一定通信费用的手机。 也可以使用连通、移动、电信。 但是，如果把北斗比作导航位置服务商，使用这个导航服务是不花钱的，不会每月收取导航位置服务费。 这是北斗系统开放的大体。 当然开放不是所有的开放。 最开放的是民码的频率和服务，不像军码那样开放，获得通信服务需要许可证。

第二个大致是自主的，所谓自主可以不怎么解释。 例如，前面提到的各种“掐脖子”技术等指的是自主这一问题。 所以北斗从一开始建设的时候，就有了独立自主的大体。 什么是独立自主？ 第一，本系统不依赖于其他系统，独立动作，在gps关闭后系统不会再动作。 第二，北斗系统的所有核心器件都是100%国产化的，不能尽九牛二虎之力构建系统，但结果核心器件必须依赖外国进口。

第三个大致是渐进的，北斗系统的建设分三步进行，也就是建设上述被动导航系统的三步计划，北斗3号年建成后，后续会被问及是否有4号5号。 例如，gps系统完成多年后，美国至今仍在升级gps，所以更新换代和升级过程一定会持续下去。 首先取决于国家的经济和技术水平。

第四项建设基本兼容，致力于实现与其他卫星导航系统的兼容性和互操作性，为客户提供更好的服务。

年，北斗和gps签署了兼容协议，北斗也签署了与glonass兼容的互操作协议。 很多人问为什么和gps兼容。 这并不意味着两个系统的兼容性被整合到一个系统中，兼容性和独立自主性之间没有矛盾，兼容性的意思主要是民间频率点和信号的兼容性。 由于itu分配给导航的带宽有限，为了应对北斗、gps、glonass等这些系统，世界各国的导航系统需要调整频率、调制方法等，最后民用的顾客可以在终端上接收

因此，这四项建设大致上下，2004年，北斗二号系统区域系统开始建设，中国的卫星导航定位系统迅速发展到了新时代。

2007年，北斗二号系统的建设稳步推进，作为北斗一号01星的后继，发射了第一颗试验星04星，可以稳定运行和无中断地提供系统服务。 卫星的寿命有限，北斗一号组网卫星的预期寿命为8年。

2009年，北斗二号g2星升空已经计划取代9年的北斗一号02星。

年，北斗1号01，03星北斗2号g1，g3星发射成功，顺利接入北斗1号系统，操作时间比预期缩短一半，系统中断服务仅1秒就顺利过渡。

平稳过渡后，北斗二号系统的建设开始重点处理北斗一号的部分不足，其中星座结构设计在后期工作的重要中起着重要作用。

美国、俄罗斯的导航系统使用的是半圆轨道，meo卫星均匀分布在轨道面上的对称星座是轨道面均匀、相位也均匀、覆盖世界的最佳星座。

形成区域导航服务能力的中国有什么样的星座呢？ 科学家表示，meo卫星绕地球旋转，每天仅30%的时间位于中国国土上空，其他时间无法为中国提供服务。 最终北斗地区系统不以meo卫星为中心，越来越多的人使用倾斜地球轨道卫星igso、地球静止轨道卫星geo。 这两个卫星的活动范围相对固定。

geo同步卫星的轨道倾斜角为0度，相对于地面不动，但有时在同一条直线上，无法计算定点的位置。 因为igso卫星也需要同步卫星。 轨道倾斜角为55度“8”字状，70%-80%的时间停留在中国国土上空，igso卫星定位，在世界上

现在北斗地区的星座结构是“5geo+5igso+4meo”，这是星地一体的卫星互联网，在大型多样的星座控制和管理中也是确保北斗导航系统可靠性的关键。 这样的星座设计既能建设，又能促进建设，是逐步实现卫星导航构想的必由之路，也符合中国的国情。

如果想用导航卫星直接精确地测量物体空之间的坐标，这是还不能完成的技术问题。 但是卫星导航可以把距离测量转换成时间测量，用正确的时间新闻来表达正确的距离消息。 这就是卫星导航的秘密武器。

正确的时间测量需要正确的时间标准。 简单来说，需要高精度的表。 这个精度很严格，必须达到几十万年甚至几百万年才能误差一秒钟的表。 这是现在任何机械表、电子表都达不到的精度。

机械表一天几乎有一秒的误差，石英表一天只有0.1秒的误差，不能满足高精度表的要求。

科学家们在实验室惊讶地发现，原子钟的电子从一种能级状态转移到另一种能级状态时，发射的电磁波频率异常稳定。 如果把这个频率作为钟摆，能做出难以置信的高精度的钟表，这就是原子钟的由来。

现在，gps的定位精度主要依赖于卫星上的原子钟精度、各卫星与地面站、卫星之间的原子钟时间同步精度。 测量的时间误差达到百万分之一秒时，位置相差300米。

根据时间的基础性和重要性，我国需要建设自主的时间系统，其中重要的是高精度的原子钟。

氢原子钟。 资料来源:装备科学技术微信公共平台

北京大学、中国科学院、中国航天科技集团等多个部门空间物理、空间无线等行业专家组成的课题组经过两年的研究实验，原子钟的课题终于得到处理，我国自己生产的原子钟为10亿

原子钟推进了从基础科学研究到产品应用的步伐。 中国自己星载原子钟设计的总体技术方案已经成熟，零部件国产化率达到100%，真正实现了技术国内的自主化，彻底打破了西方的技术封锁。 现在中国卫星的原子钟已经全部实现了国产。 这也是航天事业快速发展的诉求推动了科技产业快速发展的真正例子。

早在2006年2月21日，随着北斗系统的建设计划和进展，中国第一颗北斗导航卫星采用的卫星互联网已列入国际电车频率总表。 北斗1号04星的发射和在轨道上的运行于2007年3月26日正式启用了网络。

北斗系统在-年的3年内发射了共计15颗卫星，同步由美国gps block iir发射网络，美国人花了8年时间将13颗导航卫星一颗颗颗地发送到太空。

这一系列发射时间清楚地记录了我国北斗工程迅猛发展的真实历史

北斗二号的成功不仅意味着中国已经处于世界卫星导航技术强国之列，而且意味着世界近三分之一的人口有机会获得更高质量的导航服务，中国科学技术的迅速发展在亚太地区、世界上大 经过北斗苦难，经过风雨20年，终于达到了第一个高峰。

年12月27日正式宣布提供服务以来，北斗卫星导航系统已进入系统建设和应用宣传并行的新阶段，发展成为交通运输、气象、渔业、林业、电信、水利、测绘等应用行业。

渔船航运:在中国南海，70%的渔船配备了北斗系统。 我们知道海上没有基站，所以不能打电话。 科学调查船上通常有卫星电话。 海事卫星保障通信，但对渔民来说，卫星电话的费用很高，渔民通常出海，无法维持通信。 现在渔船装载北斗系统后，渔民可以出海捕鱼，通过给家人发邮件可以平安地报告，有危险的话可以直接联系海警寻求帮助。

正确的课程:北斗系统的氢原子钟精度非常高，有这么高的精度能做什么呢？ 在现实生活中，即使我们的手机时间相差1、2分钟，对生活也没有太大的影响，但在国计民生相关领域，比如金融业，金融结算的结算时间相差1毫秒，结算金额可能会相差数千万美元。 在电力系统中，如果不能使每个地区的时间和频率高度一致，则在高峰期会发生峰值重叠，整个地区有可能停电。

抗震救灾:汶川地震时，自然灾害导致所有通信设施无法采用，但卫星在天上不受地面灾害影响，当时受灾地区的通信服务，例如移动等通信恢复非常及时，一两天内可以再次提供通信服务。 汶川地震后的第一条消息来自北斗一号终端，处于非常危机的状况下。

北斗系统为天、地、海、人和车辆提供了最基本的时间、空之间的新闻服务，引用了卫星导航系统行业内的名言:卫星导航系统的应用仅限于人的想象力限制

最后，我们来想想未来是什么样的。 北斗3号之后有北斗4号，5号吧？ 确实有，但是我可能不会叫这个名字。 因为我们现在在论证pnt系统。

p是定位，n是导航，t是定时，也就是定位导航系统的意思，美国从08年开始研究pnt系统。 这是为了建立一个不依赖gps的随时导航定位系统。 美国太依赖gps了，没有gps可能很多东西都不能采用，因为gps处于状况。

因此我们研究了中国的pnt系统，作为北斗系统的补充、备份的增强和融合，在北斗系统目前无法覆盖的地方，向任何人、任何地方提供高精度可靠的服务，导航和通信深度融合的技术

全天候滚动播放最新的财经信息和视频，越来越多的粉丝福利扫描二维码备受关注( sinafinance )。