從 2000 年北斗一號(hào)系統(tǒng)第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射，到 2020 年 6 月 16 日北斗三號(hào)系統(tǒng)最后一顆衛(wèi)星雖因故推遲發(fā)射但即將升空已是板上釘釘。

歷經(jīng) 20 年，我國(guó)自主研制的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，將正式建成，實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш焦δ?，這無(wú)疑是一個(gè)振奮人心的好消息。

有同學(xué)可能要問(wèn)了，北斗導(dǎo)航早就聽(tīng)說(shuō)了，并且明明很多手機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)使用北斗導(dǎo)航進(jìn)行定位了，為啥你說(shuō)才建設(shè)完成？

這是因?yàn)?，把北斗?dǎo)航系統(tǒng)部署在天空，攏共分三步：

一階段完成一號(hào)系統(tǒng)：1994 年，啟動(dòng)北斗一號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2000 年 -2003 年間發(fā)射 5 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)中國(guó)區(qū)域服務(wù)；

二階段完成二號(hào)系統(tǒng)：2004 年，啟動(dòng)北斗二號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；至 2012 年底，共發(fā)射 14 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域服務(wù)；

三階段完成三號(hào)系統(tǒng)：2009 年，啟動(dòng)北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2020 年年底前，發(fā)射 30 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)。

至此，很快（本來(lái)應(yīng)該說(shuō)是已經(jīng)），國(guó)人總算有了自己的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，國(guó)內(nèi)科技界又向前邁出了一大步。

但是，明明已經(jīng)有非常成熟且好用的 GPS 系統(tǒng)，我國(guó)依然投入了如此巨大的人力物力、耗費(fèi)了這么多年的時(shí)間，建設(shè)了自己的全球定位系統(tǒng)，究竟圖個(gè)啥？

01 GPS 的誕生

早在 1958 年，也就是中國(guó)國(guó)內(nèi)還一窮二白之時(shí)，美國(guó)人已經(jīng)開(kāi)始研究使用衛(wèi)星構(gòu)建全球定位系統(tǒng)的計(jì)劃了。

當(dāng)時(shí)的美國(guó)軍方共發(fā)射 6 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了覆蓋全球的定位系統(tǒng)，但是定位精準(zhǔn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到今天的 GPS 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

于是乎，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室提出了名為 Tinmation 的新型定位系統(tǒng)，計(jì)劃使用 12 到 18 顆導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的全球定位。

N 年后，經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù)的方案修正，最終，一直到 1988 年成型的方案才塵埃落定：美國(guó)計(jì)劃使用 24 顆衛(wèi)星構(gòu)建全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)官方名稱為 Navigation Signal Timing and Ranging/Global Positioning System，簡(jiǎn)稱就是目前被大家所熟知的 GPS。

1989 年，第一顆 GPS 衛(wèi)星發(fā)射升空，隨后，在 GSP 衛(wèi)星陸陸續(xù)續(xù)發(fā)射的過(guò)程中，美軍已經(jīng)開(kāi)始迫不及待的使用 GPS 系統(tǒng)開(kāi)展軍事行動(dòng)。

在 1990 年打響的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍士兵配備了大量的 GPS 接收機(jī)（當(dāng)年 GPS 并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于民用設(shè)備），還未建成的 GPS 系統(tǒng)為攻擊部隊(duì)提供了極為精確的定位，幫助美軍“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈精準(zhǔn)打擊敵軍，使得 GPS 系統(tǒng)徹底名聲大振。

一直到 1995 年，GPS 系統(tǒng)正式建成，24 顆衛(wèi)星全部升空完畢，由于美國(guó)方面的完全免費(fèi)、全面支持民用的政策，GPS 逐漸開(kāi)始在民用領(lǐng)域普及開(kāi)來(lái)，成為各類(lèi)手持終端定位導(dǎo)航的必備功能。

02 蘇聯(lián)人的追趕

GPS 系統(tǒng)建設(shè)正處于美蘇冷戰(zhàn)期間。美國(guó)人建設(shè)了自己的全球定位系統(tǒng)，蘇聯(lián)人自然當(dāng)仁不讓，著手開(kāi)始搭建自己定位系統(tǒng)，于 1976 年啟動(dòng)了格洛納斯（GLONASS）項(xiàng)目。

所謂 GLONASS，是俄語(yǔ)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema）的縮寫(xiě)。蘇聯(lián)人從 1982 年開(kāi)始發(fā)射第一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，一直到 1995 年，才耗資 30 多億美元完成了 GLONASS 的組網(wǎng)工作。

而且，正是由于蘇聯(lián)人最先宣布 GLONASS 向民用場(chǎng)景全面免費(fèi)開(kāi)放，才迫使美國(guó)人跟進(jìn)，將 GPS 向全球人民開(kāi)放使用。

但是，由于 GLONASS 性能差于 GPS，服務(wù)不穩(wěn)定，且支持設(shè)備實(shí)在太少，因此 GLONASS 最終也沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)過(guò) GPS，反而是讓倍感壓力的美國(guó)人徹底開(kāi)放了 GPS，使得 GPS 成為了今天全球衛(wèi)星定位扛把子。

03為什么要建中國(guó)自己的定位系統(tǒng)

1993 年 7 月 23 日，中國(guó)貨輪“銀河號(hào)”本平靜的在國(guó)際公海上行駛，卻突然無(wú)端遭到美國(guó)軍方攔截，美方指控“銀河號(hào)”貨輪違規(guī)向伊朗運(yùn)輸制造化學(xué)武器的原材料，因此在毫無(wú)證據(jù)的情況下，將其扣留三周進(jìn)行徹底搜查。

被攔截的“銀河號(hào)”

當(dāng)然，審查的結(jié)果自然是啪啪打臉的沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何化學(xué)武器材料，但在整個(gè)事件的開(kāi)端，美國(guó)方面為了攔截“銀河號(hào)”，竟然出乎意料的將“銀河號(hào)”海域上的 GPS 服務(wù)關(guān)停了，這才導(dǎo)致迷失方向的“銀河號(hào)”因此才得以被美方順利攔截。

中國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是 1994 年開(kāi)始計(jì)劃建設(shè)的，可以說(shuō)與“銀河號(hào)”事件不無(wú)關(guān)系。如果沒(méi)有自己的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，那么始終是寄人籬下，今天人家可以斷了你的民用導(dǎo)航，明天就可以斷了你整個(gè)國(guó)家的定位服務(wù)，甚至可以影響一國(guó)的軍事行動(dòng)。只有擁有自己的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，才能保證不會(huì)在未來(lái)某一天被人掐住脖子。

尤其隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)，GPS 的授時(shí)功能愈發(fā)凸顯。目前全球電信運(yùn)營(yíng)商幾乎都要使用美國(guó) GPS 系統(tǒng)為基站提供同步時(shí)鐘源，因?yàn)槟承┮苿?dòng)通信系統(tǒng)（比如中國(guó)移動(dòng)的 TD-LTE）必須保證全網(wǎng)基站時(shí)鐘同步才能正常服務(wù)，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無(wú)法服務(wù)。

比如 2010 年 1 月 13 日，中國(guó)一家運(yùn)營(yíng)商的 CDMA（需要嚴(yán)格時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)制式）網(wǎng)絡(luò)就出現(xiàn)了大范圍告警，正是因?yàn)槠?CDMA 基站均使用 GPS 信號(hào)作為同步源，而造成基站時(shí)鐘源紊亂的原因是當(dāng)時(shí) GPS 系統(tǒng)的一次普通的升級(jí)。。

04 北斗導(dǎo)航是個(gè)什么水平？

當(dāng)然，如今國(guó)人已經(jīng)沒(méi)有被有意或無(wú)意切斷 GPS 的后顧之憂了，我們自己的北斗導(dǎo)航離完整部署只差一步之遙。

相信大家都會(huì)很好奇，我國(guó)的北斗導(dǎo)航目前就究竟是個(gè)什么水平？

除了美國(guó)的 GPS、俄羅斯的 GLONASS 外，其實(shí)歐洲還有個(gè)伽利略全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，只是俄羅斯人和歐洲人的衛(wèi)星定位系統(tǒng)都有點(diǎn)非主流，國(guó)人接觸較少。

從目前數(shù)據(jù)來(lái)看，在民用上，北斗（最后一行的 COMPASS）在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的兩大主要功能上，也就是定位和授時(shí)，精度均弱于美國(guó)的 GPS 和歐洲的伽利略。

但表格中的數(shù)據(jù)稍微有點(diǎn)落后，根據(jù)最新數(shù)據(jù)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全部建成后，為全球用戶提供服務(wù)時(shí)位置精度優(yōu)于 10 米，授時(shí)精度優(yōu)于 20ns；為亞太地區(qū)用戶提供服務(wù)時(shí)位置精度優(yōu)于 5 米，授時(shí)精度優(yōu)于 10ns，略強(qiáng)于表格中數(shù)據(jù)。

但同時(shí)要知道，GPS 系統(tǒng)的 10m 定位精度，僅僅是對(duì)民用開(kāi)放的極限。其實(shí)際定位精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)，因此北斗導(dǎo)航與 GPS 存在一定差距，但已經(jīng)足夠應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域。

更難能可貴的是，在我國(guó)下游產(chǎn)業(yè)鏈的大力支持下，支持北斗的設(shè)備越來(lái)越普及。2019 年一季度的數(shù)據(jù)顯示，新申請(qǐng)入網(wǎng)的 116 款國(guó)產(chǎn)手機(jī)中支持北斗定位的有 82 款，北斗定位支持率達(dá)到 70%，而且運(yùn)營(yíng)商的 5G 基站（三大運(yùn)營(yíng)商的 5G 制式為 TDD，需要嚴(yán)格時(shí)間同步）基本也都支持 GPS+北斗的雙授時(shí)模式，可以互為主備。

當(dāng)然，北斗的性能只是其價(jià)值一方面的體現(xiàn)，更重要的中國(guó)已經(jīng)牢牢的把定位授時(shí)權(quán)掌握在了自己的手中。

這么看，建設(shè)北斗無(wú)論投入多少資金與人力物力，都簡(jiǎn)直不能更值。

導(dǎo)航衛(wèi)星北斗導(dǎo)航系統(tǒng)GPS系統(tǒng)