北斗导航系统有哪些优势？

　　司南导航www.sinognss.com：日前，北斗导航系统科学家徐颖在公开演讲中称，美国 GPS 全球卫星导航系统(以下简称 GPS)和欧洲伽利略全球卫星导航系统 (以下简称伽利略系统) 不靠谱、不可信。

　　作为北斗系统科学家，徐颖这么说是否客观呢?这一问题引起了网友热议。徐颖的话或许直白，但无可厚非。

　　全球卫星导航系统那些年那些事

　　毕竟 GPS 和伽利略系统确实在民用上存在 “人为的” 不可靠，徐颖在演讲中称：

　　“在 2018 年的时候，美国打击叙利亚，所以它临时提升了服务的性能，从而导致整个民用服务性能的下降，同样的事情在 2019 年又发生了一次。2019 年的时候，伽利略系统发生了全线服务中断。”

　　徐颖说：“我们需要的是一个既可靠又可信的卫星导航定位系统，而这个系统就是‘北斗’。”

　　北斗系统是继美国的 GPS、俄罗斯的格洛纳斯系统和欧洲伽利略系统之后，第四大全球卫星导航系统。2020 年 7 月 31 日，中国建成北斗三号全球卫星导航系统(以下简称北斗系统)，向全球提供高精度、高可靠定位、导航和授时服务。

　　这意味着，北斗系统加入 PK，“全球卫星导航系统 F4” 成立。作为北斗导航系统科学家，徐颖之所以敢公开吐槽美国 GPS 和欧洲伽利略，一是因为两者不靠谱的行为确实存在，二是因为北斗系统研发跟两者之间，有些瓜葛。

　　这还要从 27 年前说起，1993 年，美国以中国银河号货船运载违禁物品为借口，关闭了货船所在海域的 GPS 信号，银河号无计可施，在海上漂了 33 天。另一是 2002 年，欧美为避免被美国 GPS 遏制，要建立自己的全球卫星导航系统，第二年中国携资 2.3 亿欧元参与伽利略系统开发，但很快被排斥在核心技术之外，最终这场合作在 2008 年不欢而散

　　自此，北斗系统走上完全自主研发之路，经过几代科学家 26 年的努力，北斗三号系统终于建成，并在全球范围内投入应用。徐颖这样 “吐槽”，多少带有扬眉吐气的意思，但她确实有资格这么说。

　　正如中科院空天信息创新研究院副研究员王晓明在接受 DeepTech 采访时所说：“北斗相较于 GPS ，北斗系统从建设时间上来讲是晚的，这也带来了一定的后发优势，北斗系统可以使用最先进的技术，同时规避 GPS 在发展过程中所暴露的一些问题。”

　　北斗系统所需的核心部分星载原子 “钟” 和芯片，以及所有配件，中国有 100% 自主产权。有了实力就有了说话的底气，有人问过北斗系统可以做什么?官方回答是：北斗系统的应用只受想象力的限制。

　　“北斗” 优势：短报文、星间链路和混合星座

　　北斗系统官网这样介绍其应用：“自建成以来，北斗系统在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域的广泛应用。服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。”

　　正应了北斗系统的目标，一流的 “北斗” 不仅是中国的，还是世界的北斗。北斗系统加入全球卫星导航系统竞争，作为 “后起之秀”，北斗系统有哪些优势呢?

　　首先北斗是全球唯一一个可以同时提供全球短报文和中国周边大容量高并发短报文通信的全球卫星导航系统。什么是短报文服务呢?王晓明副研究员告诉 DeepTech ：“它主要是面向移动通信信号不能覆盖的地区，比如在海航中，或者通信基站遭受严重破坏的情况下，北斗能提供一个紧急的通信。”

　　图 | 北斗星(来源：Pixabay)

　　“08 年汶川地震造成了巨大损失，当时在汶川的营救过程中，北斗一号除了发挥定位功能，其短报文系统还是当时唯一的通讯方式。后来建设北斗二号中，北斗的短报文功能就被保留了下来并且做了优化。目前，北斗的短报文功能的通信能力大大提升，一次可以发送 1000 个汉字。北斗把导航和通信进行融合，这是北斗的一个特色服务，这也是 GPS 和伽利略所不具备的。”王晓明补充道。

　　北斗系统从 “一号” 到 “三号”，走过 26 年的研发历程，最初研究北斗系统的科学家们提出北斗系统必须有两个功能：一、一次可以发 120 字短讯求助;二、5 秒只内获得导航反馈。

　　北斗科学家决心不让银河号货船的无奈经历上演，如今北斗系统可以一次性发 1000 个字以内的短报文，据称使用北斗系统的渔民出海时，可利用短报文功能在线聊天。当渔船遇到危险时，利用短报文系统给附近的海警发短讯，海警能秒收求助信息，立即实施救援。定位不是终点，定位后能发求救信息才是关键。

　　说到北斗系统的其他优势，王晓明告诉 DeepTech ：“我个人认为比较有特色的一个技术是北斗系统的星间链路技术。北斗系统的卫星发射后，需要在全球范围内建立分布均匀的地面站，以实现对卫星系统的监测和管理。但是我们国家在海外建站具有很大的难度，因此我们创造性地提出星间链路的解决方案。通过星间链路，所有在轨北斗卫星间可以通信、测距，很大程度上降低导航卫星对地面运控系统的依赖，通过星间测距、星间通信和星上数据处理，实现导航星历的自主更新，使其成为真正的自主运行能力。一方面弥补监测站分布局限性和稀疏性对星座精密星历确定的不利影响;另一方面，星间链路技术也能大大提高导航系统可靠性。”

　　王晓明说：“所谓星间链路是指，用少量监测站监控一部分卫星，同时在卫星之间建立一个通信链路，卫星和卫星之间可以共享信息，卫星出现故障之后，可以进行自动化的管理，及时通知地面更换卫星，降低了对地面检测的依赖。”

　　为表达清楚北斗系统的星间链路的优势，王晓明举了个例子：“这方面我们可以跟伽利略系统做个对比，在 2019 年 7 月，伽利略出现一个长达五天的失效期，也就是在这一段时间，系统没有办法提供任何服务。外界也因此提出质疑，认为伽利略系统过于依赖于地面的监测系统，而北斗系统就没有这个担忧。”王晓明补充道。

　　北斗系统的另一个优势是它和 GPS 的战略差异，北斗系统是混合星座 。因为北斗系统除了有 GPS 和伽利略系统所具备的中圆轨道的卫星之外，还具有地球静止轨道和倾斜地球同步轨道，这样能够用最少的卫星实现最好的覆盖效果，提高定位的精准性。

　　北斗系统高燃技能：超高精准定位

　　北斗系统的超高精准定位技术入选了《麻省理工科技评论》2021 年 “全球十大突破性技术”。

　　在北斗系统目前广泛使用的方法中，一种是实时动态定位，精度可达 3cm 以下;另一种是精确点定位，也可以达到厘米级别的精度。此外，中国科学院航天信息研究所一位不愿具名的专家表示：“我们正在开发 PPP-RTK 技术，结合二者的优势，有望在几年后投入使用。”

　　谈到北斗系统的超高精准定位，王晓明举了一个通俗易懂的解释：“生活中比较熟悉的共享单车，或者我们手机打车的定位，这种定位其实谈不上超高精准，超高精准定位的误差在几厘米。”

　　超高准定位精准预测自然灾害，帮助人们提前采取措施，挽回经济损失。

　　2020 年正式开通的北斗三号全球卫星导航系统可实时捕获地面上几米的位置变化，甚至其处理精度能够达到毫米级。比如长安大学开发的高精度北斗地质灾害监测预警平台已成功用于监测中国各地山体滑坡易发地区地表的细微变化，并多次为中国甘肃省等地区的滑坡灾害提供预警，使村民得以提前撤离。中国科学院空天信息创新研究院专家表示，如果卫星定位精度仍然在数米的水平，对此，这是不可能实现的。

　　王晓明也同意中国科学院航天信息研究所专家的意见，如果卫星定位精度仍然在米或分米的水平，对此，这是不可能实现的。

　　图 | 定位导航卫星(来源：Pixabay)

　　超高准定位可以用于精确的天气预测，帮助航天发射火箭，也能为人们出行提供便利。

　　王晓明表示：“目前，低轨微小卫星星座的发展十分迅速，微小卫星技术的快速发展和应用为气象业务的天基观测拓展了新的领域，同时商业航天发展的快速发展也使得卫星的发射的成本很大程度降低了。一颗微小卫星只有几千克、十几千克，一次发射就可以把几十个甚至上百个微小卫星送进轨道。我们在微小卫星上面搭载一个质量小、功耗低、价格便宜的北斗接收机，通过低轨的微小卫星接受高轨的北斗卫星的无线信号，这个信号也会穿越地球大气层，然后我们用数据来反演全球的气象条件，这时掩星大气探测技术， 可以帮助我们提供更好气象观测信息，提高我们精准气象预报的精度。”

　　“另外，北斗系统提供了空中无线电系统，而我们在地面又建了很多用来做定位、用来做增强的观测站。我们利用这些地面站点去接收北斗卫星的信号，当卫星信号经过大气层时由于大气对于无线电信号的影响会发生变化。通过对北斗导航信号的高精度数据处理来分离大气对于导航信号的影响，我们就可以获取大气的一个实时状况，服务于精细化的天气预报。”王晓明解释道。

　　徐颖也在演讲中提到，北斗系统还可以助力环保业的发展。安装了北斗系统的渔船，如果它往海里排放污水，那么海水会有变化，地面传感器会把细微的变化通过卫星传到监测站，监测站就知道这条船在往海里排放污水，得到消息后的监管部门会立即出面制止。

　　王晓明表示：“建好北斗导航系统是我们的初心，用好北斗导航是我们未来发展的重点。在北斗建设方面，我们主要是卫星的发射以及配套的地面的监控站或监控系统的建设。北斗系统建成运行后，我们还需要通过众多监测站对北斗卫星系统的运行状态进行实时监测。看它运行状态是否是正常，卫星上高精度设备是不是在正常工作，信号产生和发射是否存在问题。”

　　王晓明告诉 DeepTech：“卫星有一定使用年限，比如说 7~8 年之后，这颗卫星就不能再使用了，我们还需要再补发卫星去代替这颗要退役的卫星。”

　　北斗未来的发展，除了对现有系统的维护和必要的升级之外，重点是如何推动北斗在更广泛范围内的应用。要推广北斗导航系统在各个领域的应用，从基础的导航定位、授时、功能出发，到气象探测、自然灾害监测测、环保监测等等。通过推进北斗产业化的发展，使其成为一个一个真正服务于国家现代化建设，服务于人民生活的重要基础设施。

　　北斗系统不止定位和导航，这只是它的基础功能，现在北斗长商正协同发展，实现成果全球共享，鼓励北斗技术创新，助力北斗市场化。

　　“北斗” 未来：全球共享成果，助力新业态、新产业

　　北斗三号发射成功以来，交出了一份不错的成绩单：北斗系统的基础产品已出口至 120 余个国家和地区;据统计，2020 年第四季度，79% 的智能手机支持北斗定位入网;同时智能手机也植入了北斗高精度地基增强信息，定位精准度可以“米”计算……

　　北斗官网在 3 月 4 日发布的《北斗新征程》一文中表示：“系统应用正从区域走向全球，大众消费应用成效显著，系统应用模式更加丰富。今年，北斗三号区域短报文将在年内进入智能手机，可实现不换卡不换号不额外增加外设，实现移动通信和短报文通信的融合使用。”

　　文中还表示：“北斗将继续完善优化产业生态保障体系，加快推动国家综合定位导航授时(PNT)体系建设。鼓励 ‘北斗 +’、‘+ 北斗’ 技术创新，实现北斗产业化向更宽范围、更高水平、更高层次迈进。”

　　展望北斗系统发展愿景，王晓明说：“未来，北斗还要进一步要发展，北斗不会停留在现在的阶段性胜利上，它会朝着更先进、更完备的体系去发展，造福各行各业，造福世界各地人民。“

　　司南导航北斗导航系统：www.sinognss.com

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