北斗系统到底有多厉害？

　　司南导航：按照最新的消息，我们的北斗卫星导航系统在今天会择机发射最后一颗卫星入轨。不出意外的话，明天北斗系统组网就正式完成了!

　　可以负责任的说这是中华民族在航天上的巨大成就，其难度是超过登陆火星的!

　　提到北斗的时候大家都会觉得这是一个最近几年来才新兴的一套卫星导航系统，实则不然，从第一颗北斗试验卫星在2000年10月31日发射至今已经过去了将近20年的光阴。可以说这是我们用了整整一代航天人所建立起来的系统，甚至——在第一批发射成功的北斗系统中的卫星大部分已经退役了。

　　今天咱们就来聊聊，北斗卫星系统到底有多厉害。

　　GPS星座

　　现在的大部分人往往一提到导航就会下意识的想到GPS系统。这是美国的一套全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，GPS通过太空中的31颗GPS人造卫星、地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站对全球范围内的GPS兼容设备提供定位广播信号。在地球上的任何一个GPS接收机接收到了3颗或以上的GPS卫星发出的定位信号就可以快速的计算出自己所在地球上的经纬度位置，如果能够接收到4颗GPS卫星信号则可以迅速的解算出经纬度之外的高度信息。

　　如果说基本原理，世界上无论是GPS、北斗还是GLONASS等所有的卫星定位系统的原理基本上都是相同的都是采用了四点确定一个空间坐标的形式为地球上的设备进行定位。

　　而具体的细节做法这些系统则各有各的不同。

　　对于GPS系统来说完成定位信号传输是单向传播过程。美国实际上是将31个“无线电发射塔”放到了太空轨道中。发射塔以固定的频率向外发射定位信号。各种解读计算的过程在接收设备上上完成。

　　由于是广播机制，其实GPS是有精度限制的，目前虽然经过了多次升级，GPS系统的精度依然是30厘米的级别。

　　30厘米够不够用?基本上够用了。卫星导航的汽车、飞机、导弹等等交通工具或者武器在30厘米的范畴内是可以忽略掉误差的。

　　但30厘米的级别其实还真的是不够用的。

　　之前咱们有一个举世震惊的工程案例就是在利用了北斗系统的高精度定位完成的：

　　在2019年4月，厦门后溪长途汽车站的改建过程中使用了北斗系统的精确定位功能，将汽车站水平的旋转了90度。这座长度为165米重量达到3万吨的巨大建筑物如果在地面上进行旋转则需要在旋转的过程中搭设一组高精度的轨道(上图的同心圆)。这件事如果靠地面手工测量进行搭建实际上是一个完全不可能的任务。地面的起伏坡度、测量工具的热胀冷缩都会在将近150米的级别上出现极大的误差。唯一能做的事情就是借助于卫星的测量了。

　　可以想象一下，如果是GPS的30厘米的测量精度轨道每次的定位会偏差出去1尺最终我们只能得到一组弯弯曲曲的圆环轨道，大楼在平移旋转的过程中，会被轨道之间的误差直接挤碎。

　　美国国防部之前的估计我们的北斗系统的定位精度是10厘米。但说实话，10厘米的精度在这种工程中也是不够的，它和30厘米是一个级别的。而真实的精度是在厦门的长途汽车站施工的最终的工程报告中提了一句：直接卫星定位精度1厘米，经过干涉法提高精度到2.5毫米。

　　在这种精度下车站才可能完成真正的平移。

　　直接定位精度一厘米是什么概念?

　　差不多是我们从北京发射一个U盘的话，可以仅仅依靠北斗卫星的导航，让这个U盘准确的插入到2000多公里以外深圳的电脑上。

　　这种精度级别仅仅靠天空中的30颗北斗卫星就可以完成。

　　这就是“牛”的部分了。

　　为啥可以这么牛?这么“牛”的背后努力是什么?其实是我国空间技术方面的巨大成就作为后盾。

　　北斗卫星的运行高度是距离地球2万公里的高轨道。在这个轨道上的入轨精度我们现在做的比北斗卫星的定位精度还高。这很好解释的一个问题——尺子的制造精度决定了尺子的测量精度。

　　通过入轨控制和消误差控制的技术，实际上我们的我们的卫星运行轨道的精度也是厘米级甚至毫米级的。这个级别的控制也就是开头咱们说的比登陆火星还难的一个控制级别。毕竟登陆火星偏差几十千米的距离都还是可以接受，但对于用于定位的卫星来说偏差1厘米都是致命的，更何况这是2万公里外高空轨道上运行的卫星。

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