日前，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)科學(xué)家徐穎在公開演講中稱，美國(guó) GPS 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱 GPS）和歐洲伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （以下簡(jiǎn)稱伽利略系統(tǒng)） 不靠譜、不可信。

作為北斗系統(tǒng)科學(xué)家，徐穎這么說是否客觀呢？這一問題引起了網(wǎng)友熱議。徐穎的話或許直白，但無可厚非。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)那些年那些事，畢竟 GPS 和伽利略系統(tǒng)確實(shí)在民用上存在 “人為的” 不可靠，徐穎在演講中稱：

“在 2018 年的時(shí)候，美國(guó)打擊敘利亞，所以它臨時(shí)提升了軍用服務(wù)的性能，從而導(dǎo)致整個(gè)民用服務(wù)性能的下降，同樣的事情在 2019 年又發(fā)生了一次。2019 年的時(shí)候，伽利略系統(tǒng)發(fā)生了全線服務(wù)中斷?！?/p>

徐穎說：“我們需要的是一個(gè)既可靠又可信的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而這個(gè)系統(tǒng)就是‘北斗’。”

北斗系統(tǒng)是繼美國(guó)的 GPS、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)和歐洲伽利略系統(tǒng)之后，第四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2020 年 7 月 31 日，中國(guó)建成北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱北斗系統(tǒng)），向全球提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。

這意味著，北斗系統(tǒng)加入 PK，“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) F4” 成立。作為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)科學(xué)家，徐穎之所以敢公開吐槽美國(guó) GPS 和歐洲伽利略，一是因?yàn)閮烧卟豢孔V的行為確實(shí)存在，二是因?yàn)楸倍废到y(tǒng)研發(fā)跟兩者之間，有些瓜葛。

這還要從 27 年前說起，1993 年，美國(guó)以中國(guó)銀河號(hào)貨船運(yùn)載違禁物品為借口，關(guān)閉了貨船所在海域的 GPS 信號(hào)，銀河號(hào)無計(jì)可施，在海上漂了 33 天。另一是 2002 年，歐美為避免被美國(guó) GPS 遏制，要建立自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，第二年中國(guó)攜資 2.3 億歐元參與伽利略系統(tǒng)開發(fā)，但很快被排斥在核心技術(shù)之外，最終這場(chǎng)合作在 2008 年不歡而散。

自此，北斗系統(tǒng)走上完全自主研發(fā)之路，經(jīng)過幾代科學(xué)家 26 年的努力，北斗三號(hào)系統(tǒng)終于建成，并在全球范圍內(nèi)投入應(yīng)用。徐穎這樣 “吐槽”，多少帶有揚(yáng)眉吐氣的意思，但她確實(shí)有資格這么說。

正如中科院空天信息創(chuàng)新研究院副研究員王曉明在接受 DeepTech 采訪時(shí)所說：“北斗相較于 GPS ，北斗系統(tǒng)從建設(shè)時(shí)間上來講是晚的，這也帶來了一定的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，北斗系統(tǒng)可以使用最先進(jìn)的技術(shù)，同時(shí)規(guī)避 GPS 在發(fā)展過程中所暴露的一些問題?！?/p>

北斗系統(tǒng)所需的核心部分星載原子 “鐘” 和芯片，以及所有配件，中國(guó)有 100% 自主產(chǎn)權(quán)。有了實(shí)力就有了說話的底氣，有人問過北斗系統(tǒng)可以做什么？官方回答是：北斗系統(tǒng)的應(yīng)用只受想象力的限制。

“北斗” 優(yōu)勢(shì)：短報(bào)文、星間鏈路和混合星座 北斗系統(tǒng)官網(wǎng)這樣介紹其應(yīng)用：“自建成以來，北斗系統(tǒng)在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象測(cè)報(bào)、通信授時(shí)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、公共安全等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。服務(wù)國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！?/p>

正應(yīng)了北斗系統(tǒng)的目標(biāo)，一流的 “北斗” 不僅是中國(guó)的，還是世界的北斗。北斗系統(tǒng)加入全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)，作為 “后起之秀”，北斗系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

首先北斗是全球唯一一個(gè)可以同時(shí)提供全球短報(bào)文和中國(guó)周邊大容量高并發(fā)短報(bào)文通信的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。什么是短報(bào)文服務(wù)呢？王曉明副研究員告訴 DeepTech ：“它主要是面向移動(dòng)通信信號(hào)不能覆蓋的地區(qū)，比如在海航中，或者通信基站遭受嚴(yán)重破壞的情況下，北斗能提供一個(gè)緊急的通信?！?/p>

“08 年汶川地震造成了巨大損失，當(dāng)時(shí)在汶川的營(yíng)救過程中，北斗一號(hào)除了發(fā)揮定位功能，其短報(bào)文系統(tǒng)還是當(dāng)時(shí)唯一的通訊方式。后來建設(shè)北斗二號(hào)中，北斗的短報(bào)文功能就被保留了下來并且做了優(yōu)化。目前，北斗的短報(bào)文功能的通信能力大大提升，一次可以發(fā)送 1000 個(gè)漢字。北斗把導(dǎo)航和通信進(jìn)行融合，這是北斗的一個(gè)特色服務(wù)，這也是 GPS 和伽利略所不具備的。”王曉明補(bǔ)充道。

北斗系統(tǒng)從 “一號(hào)” 到 “三號(hào)”，走過 26 年的研發(fā)歷程，最初研究北斗系統(tǒng)的科學(xué)家們提出北斗系統(tǒng)必須有兩個(gè)功能：一、一次可以發(fā) 120 字短訊求助；二、5 秒只內(nèi)獲得導(dǎo)航反饋。

北斗科學(xué)家決心不讓銀河號(hào)貨船的無奈經(jīng)歷上演，如今北斗系統(tǒng)可以一次性發(fā) 1000 個(gè)字以內(nèi)的短報(bào)文，據(jù)稱使用北斗系統(tǒng)的漁民出海時(shí)，可利用短報(bào)文功能在線聊天。當(dāng)漁船遇到危險(xiǎn)時(shí)，利用短報(bào)文系統(tǒng)給附近的海警發(fā)短訊，海警能秒收求助信息，立即實(shí)施救援。定位不是終點(diǎn)，定位后能發(fā)求救信息才是關(guān)鍵。

說到北斗系統(tǒng)的其他優(yōu)勢(shì)，王曉明告訴 DeepTech ：“我個(gè)人認(rèn)為比較有特色的一個(gè)技術(shù)是北斗系統(tǒng)的星間鏈路技術(shù)。北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射后，需要在全球范圍內(nèi)建立分布均勻的地面站，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和管理。但是我們國(guó)家在海外建站具有很大的難度，因此我們創(chuàng)造性地提出星間鏈路的解決方案。通過星間鏈路，所有在軌北斗衛(wèi)星間可以通信、測(cè)距，很大程度上降低導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)地面運(yùn)控系統(tǒng)的依賴，通過星間測(cè)距、星間通信和星上數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航星歷的自主更新，使其成為真正的自主運(yùn)行能力。一方面彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)站分布局限性和稀疏性對(duì)星座精密星歷確定的不利影響；另一方面，星間鏈路技術(shù)也能大大提高導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性。”

王曉明說：“所謂星間鏈路是指，用少量監(jiān)測(cè)站監(jiān)控一部分衛(wèi)星，同時(shí)在衛(wèi)星之間建立一個(gè)通信鏈路，衛(wèi)星和衛(wèi)星之間可以共享信息，衛(wèi)星出現(xiàn)故障之后，可以進(jìn)行自動(dòng)化的管理，及時(shí)通知地面更換衛(wèi)星，降低了對(duì)地面檢測(cè)的依賴?！?/p>

為表達(dá)清楚北斗系統(tǒng)的星間鏈路的優(yōu)勢(shì)，王曉明舉了個(gè)例子：“這方面我們可以跟伽利略系統(tǒng)做個(gè)對(duì)比，在 2019 年 7 月，伽利略出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)達(dá)五天的失效期，也就是在這一段時(shí)間，系統(tǒng)沒有辦法提供任何服務(wù)。外界也因此提出質(zhì)疑，認(rèn)為伽利略系統(tǒng)過于依賴于地面的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而北斗系統(tǒng)就沒有這個(gè)擔(dān)憂。”王曉明補(bǔ)充道。

北斗系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它和 GPS 的戰(zhàn)略差異，北斗系統(tǒng)是混合星座 。因?yàn)楸倍废到y(tǒng)除了有 GPS 和伽利略系統(tǒng)所具備的中圓軌道的衛(wèi)星之外，還具有地球靜止軌道和傾斜地球同步軌道，這樣能夠用最少的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)最好的覆蓋效果，提高定位的精準(zhǔn)性。

北斗系統(tǒng)高燃技能：超高精準(zhǔn)定位

北斗系統(tǒng)的超高精準(zhǔn)定位技術(shù)入選了《麻省理工科技評(píng)論》2021 年 “全球十大突破性技術(shù)”。

在北斗系統(tǒng)目前廣泛使用的方法中，一種是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，精度可達(dá) 3cm 以下；另一種是精確點(diǎn)定位，也可以達(dá)到厘米級(jí)別的精度。此外，中國(guó)科學(xué)院航天信息研究所一位不愿具名的專家表示：“我們正在開發(fā) PPP-RTK 技術(shù)，結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，有望在幾年后投入使用?！?/p>

談到北斗系統(tǒng)的超高精準(zhǔn)定位，王曉明舉了一個(gè)通俗易懂的解釋：“生活中比較熟悉的共享單車，或者我們手機(jī)打車的定位，這種定位其實(shí)談不上超高精準(zhǔn)，超高精準(zhǔn)定位的誤差在幾厘米。”

超高準(zhǔn)定位精準(zhǔn)預(yù)測(cè)自然災(zāi)害，幫助人們提前采取措施，挽回經(jīng)濟(jì)損失。

2020 年正式開通的北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可實(shí)時(shí)捕獲地面上幾米的位置變化，甚至其處理精度能夠達(dá)到毫米級(jí)。比如長(zhǎng)安大學(xué)開發(fā)的高精度北斗地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)已成功用于監(jiān)測(cè)中國(guó)各地山體滑坡易發(fā)地區(qū)地表的細(xì)微變化，并多次為中國(guó)甘肅省等地區(qū)的滑坡災(zāi)害提供預(yù)警，使村民得以提前撤離。中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院專家表示，如果衛(wèi)星定位精度仍然在數(shù)米的水平，對(duì)此，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。

王曉明也同意中國(guó)科學(xué)院航天信息研究所專家的意見，如果衛(wèi)星定位精度仍然在米或分米的水平，對(duì)此，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。

超高準(zhǔn)定位可以用于精確的天氣預(yù)測(cè)，幫助航天發(fā)射火箭，也能為人們出行提供便利。

王曉明表示：“目前，低軌微小衛(wèi)星星座的發(fā)展十分迅速，微小衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用為氣象業(yè)務(wù)的天基觀測(cè)拓展了新的領(lǐng)域，同時(shí)商業(yè)航天發(fā)展的快速發(fā)展也使得衛(wèi)星的發(fā)射的成本很大程度降低了。一顆微小衛(wèi)星只有幾千克、十幾千克，一次發(fā)射就可以把幾十個(gè)甚至上百個(gè)微小衛(wèi)星送進(jìn)軌道。我們?cè)谖⑿⌒l(wèi)星上面搭載一個(gè)質(zhì)量小、功耗低、價(jià)格便宜的北斗接收機(jī)，通過低軌的微小衛(wèi)星接受高軌的北斗衛(wèi)星的無線信號(hào)，這個(gè)信號(hào)也會(huì)穿越地球大氣層，然后我們用數(shù)據(jù)來反演全球的氣象條件，這時(shí)掩星大氣探測(cè)技術(shù)， 可以幫助我們提供更好氣象觀測(cè)信息，提高我們精準(zhǔn)氣象預(yù)報(bào)的精度?！?/p>

“另外，北斗系統(tǒng)提供了空中無線電系統(tǒng)，而我們?cè)诘孛嬗纸撕芏嘤脕碜龆ㄎ?、用來做增?qiáng)的觀測(cè)站。我們利用這些地面站點(diǎn)去接收北斗衛(wèi)星的信號(hào)，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過大氣層時(shí)由于大氣對(duì)于無線電信號(hào)的影響會(huì)發(fā)生變化。通過對(duì)北斗導(dǎo)航信號(hào)的高精度數(shù)據(jù)處理來分離大氣對(duì)于導(dǎo)航信號(hào)的影響，我們就可以獲取大氣的一個(gè)實(shí)時(shí)狀況，服務(wù)于精細(xì)化的天氣預(yù)報(bào)?！蓖鯐悦鹘忉尩?。

徐穎也在演講中提到，北斗系統(tǒng)還可以助力環(huán)保業(yè)的發(fā)展。安裝了北斗系統(tǒng)的漁船，如果它往海里排放污水，那么海水會(huì)有變化，地面傳感器會(huì)把細(xì)微的變化通過衛(wèi)星傳到監(jiān)測(cè)站，監(jiān)測(cè)站就知道這條船在往海里排放污水，得到消息后的監(jiān)管部門會(huì)立即出面制止。

王曉明表示：“建好北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我們的初心，用好北斗導(dǎo)航是我們未來發(fā)展的重點(diǎn)。在北斗建設(shè)方面，我們主要是衛(wèi)星的發(fā)射以及配套的地面的監(jiān)控站或監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。北斗系統(tǒng)建成運(yùn)行后，我們還需要通過眾多監(jiān)測(cè)站對(duì)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？此\(yùn)行狀態(tài)是否是正常，衛(wèi)星上高精度設(shè)備是不是在正常工作，信號(hào)產(chǎn)生和發(fā)射是否存在問題?！?/p>

王曉明告訴 DeepTech：“衛(wèi)星有一定使用年限，比如說 7~8 年之后，這顆衛(wèi)星就不能再使用了，我們還需要再補(bǔ)發(fā)衛(wèi)星去代替這顆要退役的衛(wèi)星?！?/p>

北斗未來的發(fā)展，除了對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的維護(hù)和必要的升級(jí)之外，重點(diǎn)是如何推動(dòng)北斗在更廣泛范圍內(nèi)的應(yīng)用。要推廣北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從基礎(chǔ)的導(dǎo)航定位、授時(shí)、功能出發(fā)，到氣象探測(cè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)測(cè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)等等。通過推進(jìn)北斗產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，使其成為一個(gè)一個(gè)真正服務(wù)于國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)，服務(wù)于人民生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

北斗系統(tǒng)不止定位和導(dǎo)航，這只是它的基礎(chǔ)功能，現(xiàn)在北斗長(zhǎng)商正協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)成果全球共享，鼓勵(lì)北斗技術(shù)創(chuàng)新，助力北斗市場(chǎng)化。

“北斗” 未來：全球共享成果，助力新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)

北斗三號(hào)發(fā)射成功以來，交出了一份不錯(cuò)的成績(jī)單：北斗系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品已出口至 120 余個(gè)國(guó)家和地區(qū)；據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年第四季度，79% 的智能手機(jī)支持北斗定位入網(wǎng)；同時(shí)智能手機(jī)也植入了北斗高精度地基增強(qiáng)信息，定位精準(zhǔn)度可以“米”計(jì)算……

北斗官網(wǎng)在 3 月 4 日發(fā)布的《北斗新征程》一文中表示：“系統(tǒng)應(yīng)用正從區(qū)域走向全球，大眾消費(fèi)應(yīng)用成效顯著，系統(tǒng)應(yīng)用模式更加豐富。今年，北斗三號(hào)區(qū)域短報(bào)文將在年內(nèi)進(jìn)入智能手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)不換卡不換號(hào)不額外增加外設(shè)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信和短報(bào)文通信的融合使用?！?/p>

文中還表示：“北斗將繼續(xù)完善優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)保障體系，加快推動(dòng)國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)（PNT）體系建設(shè)。鼓勵(lì) ‘北斗 +’、‘+ 北斗’ 技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)北斗產(chǎn)業(yè)化向更寬范圍、更高水平、更高層次邁進(jìn)。”

展望北斗系統(tǒng)發(fā)展愿景，王曉明說：“未來，北斗還要進(jìn)一步要發(fā)展，北斗不會(huì)停留在現(xiàn)在的階段性勝利上，它會(huì)朝著更先進(jìn)、更完備的體系去發(fā)展，造福各行各業(yè)，造福世界各地人民。“
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