揭秘北斗：深入了解，告别误解

自古以来，我国就有“占星术”之说，最为玄幻的莫过于唐代袁天罡与李淳风两位天师编撰的《推背图》，更是中国历史宿命论集大成者。古之先人崇敬天象，并以天象变化预测吉凶。北斗处于星空旋转的中心，群星环绕，恍若世间主宰，成为先人眼中秩序的制定者，并以北斗斗杓周旋四指来厘定节候，北斗也便成为天地万物化生的中心。

2.今之北斗

作为我国独立开发、自主运行的新一代卫星导航系统，北斗的成就举世瞩目，北斗的地位亦与之俱增。经历了最开始的黑暗中摸索，北斗经历了种种磨难，逐渐褪去了稚嫩的外壳，绽放出绚丽的光芒。如今的北斗，已经拥有了46颗在轨卫星，未来更会满星座运行（FOC），不仅会给“一带一路”国家提供便利，更会让全世界GNSS用户受益。有统计数据表明，目前，全世界已有144个国家和地区使用北斗进行生产作业，甚至有国家（如阿尔及利亚等）更是基于北斗建立国家基准网。同时，2017年7月之后生产的大多数移动通信设备均可以接收北斗信号并进行导航定位工作。不知不觉，北斗已经由中国走向世界，并在发展过程中成长壮大。

3.建设需求

作为一名密切关注并研究北斗系统的研究生，经常遇到这样的提问：北斗是不是和GPS一样？GPS已经这么优秀，还可以免费使用，为啥还要傻乎乎地“烧钱”搞北斗？而且我们自己的北斗还不一定就比GPS好用，这不是浪费国家的财力、人力和物力吗？

我们不否认GPS的强大与完备，但是天下没有免费的午餐，温水煮青蛙的前车之鉴必须牢记在心。在我看来，我们建设北斗系统的主要原因有二：

首先，卫星导航系统是国家信息系统的核心基础设施，其运行控制与安全性必须牢牢掌握在自己手中。国家重要基础设施决不能依赖于其他国家卫星系统的PNT服务。我们不妨试想一下，倘若全世界只有GPS，一旦GPS信号中断，我们的生活会出现什么问题？定位设备无法使用，导航地图形同虚设，金融系统时间无法同步，精密农业、智能交通更是纸上谈兵，让世界震惊“基建狂魔”也估计被废去了武功……上述这些绝不是危言耸听，有真实案例佐证了这一切。几年前GPS系统突然停摆，导致中国最大的电网公司——南网与北网无法时间同步，带来了的损失可想而知。另外，一份美国知名研究指出，GPS一旦严重故障或失灵，30天内美国全国将蒙受最高达到450亿美元的损失，涵盖面几乎遍及已知的各种工业、农业与服务业，显然已经达到国家安全级大灾难的标准。倘若，GPS被人为控制区域失效，我国的损失也将难以估量。因此，国家重要基础设施必须独立自主，“依赖”就意味着受控，就容易被卡住软肋，唯有发展才是硬道理，只有自立才能立门户。

其次便是国防安全考虑。有材料表明，美军几乎所有的作战武器装备与交通设施均使用GPS，其在军事行动中的作用毋庸置疑。二次海湾战争，让美军震惊世界，更让GPS扬名天下。毫无疑问，拥有了GPS，作战指挥中心才能真正实现“运筹帷幄之中，决胜千里之外”，精准的时间同步，精确的坐标定位，或许现在的指挥员都可以化身为留候张良。还记得2018年11月美国空袭叙利亚期间，GPS信号的异常变化，让人们对于GPS的强大记忆再次刷新。而今年6月，美国与中东地区局势紧张期间，GPS信号的异常变化更让世人担心战争疑云。由此可知，一旦关系交恶，美国的GPS出现异常或中断，对于敌对方的打击可想而知，轻则坦克飞机晕头转向，重则导弹火箭误伤自己。因此，我们只能依靠自己，独立开发，自主运行，只有自己的才是可靠的，只有可靠的才是最好的。

4.发展方向

最初的北斗系统建设，仅仅是想建立一个类似于GPS的系统，然而，实际操作时问题重重。首先，后发的北斗系统可用的资源不多，比如卫星频率，比如核心载荷。为了更好地抢占卫星频率，我国于2004年就推出了第一代北斗试验系统，其价值更多地体现在积累研制经验。另外，北斗系统可买到的核心载荷也寥寥可数，2018年年底美国商务部的工业与安全局，提出一份针对关键技术和相关产品的出口管制框架方案，列出14个考虑进行管制的领域，而其中PNT服务位列第三位，由此可见卫星系统服务的重要性。

为此，我国的北斗“被迫”走上一条注定艰难的自主创新之路。但是不经历风雨，又如何享受彩虹？想要后发制人，必须特点鲜明。北斗系统的建设必须标新立异，“标新”旨在领先一步，“立意”重在独树一帜。没有鲜明的特色，北斗只能碌碌无为，泯然欲众人也。

5.北斗绝技

武侠小说中，南帝北丐、东邪西毒各有绝招，驰名江湖。现实中，北斗系统同样个性鲜明，卓尔不群。

首先，北斗具有独一无二的星座设计。北斗的设计星座有GEO（对地静止卫星）、IGSO卫星（倾斜轨道卫星）MEO卫星（中轨卫星）组成。不同类型卫星组成设计星座，主要是由我们最开始提出的“三步走”战略决定的。前两步，旨在建立覆盖中国与亚太地区的区域导航定位系统，GEO与IGSO卫星的星下点轨迹主要分布于亚太地区，优势显著。同时，MEO卫星还存在技术壁垒需要攻克。

第三，精密单点定位PPP服务。目前，北斗三代系统可利用GEO卫星的B2b频点实现中国及周边地区用户的PPP服务，即向用户播发轨道、钟差改正数以及码间偏差等参数，可以使用户在20-30分钟内动态分米级、静态厘米级的高精度服务。如果增加低轨卫星的辅助，用户可以在10分钟内享受PPP服务。

第四，短报文服务。对于这个功能，很多人不以为然，认为这不过是时髦一点的短信功能而已。然而，汶川地震时期，通讯网络瘫痪，正是这个看似不起眼的功能，让紧急万分的救援功能有序进行，也正是这次意外事件，让北斗的工程师们更加认识到一功能的重要性，也就催生出新一代的短报文服务功能。当前北斗的短报文服务包括区域短报文与全球短报文服务两项。前者通过GEO卫星向中国及周边区域提供1000汉字/次的通信服务。较之北斗二代，文字容量提高十倍，而用户发射功率降低至十分之一。司马相如寄相思的《凤求凰》尚不足200字，1000个汉字的短报文足以让我们畅所欲言。全球短报文服务则是借助于MEO卫星实现，40汉字/次的服务也足以简明扼要地说清问题，对于全球救援意义重大。

第五，运控系统性能提升。北斗三代将增加星间链路测控，提供MEO/IGSO卫星的监测范围，同时，采用数据光纤传输，保证系统设备时延稳定。另外，系统将采用云平台运控，增加冗余量，提高安全性。为避免单一原子钟故障引发的系统中断问题，BDST将采用综合原子钟模式，增加与GPS时差的监测，提升系统时间建立与维护的高可靠性。

另外，新一代北斗系统还开创性地提出高稳定性信号播发通道、有源和无源定位一体化、星载原子钟高精度高稳定热控等众多关键技术，首次实现独具特色的新型导航信号播发、突破卫星自主健康管理技术，实现了我国导航卫星能力的提升和跨越。