北鬥導航：太空中最亮的“中國星”

　　來源：科技日報

　　3月4日，中國衛星導航系統管理辦公室透露，北鬥衛星導航系統今年将繼續高密度全球組網，計劃發射8—10顆北鬥導航衛星。

　　北鬥是“中國創造”的一張名片。2017年11月，北鬥三号;去年底，北鬥三号全球組網基本完成，并開始提供全球服務，标志着北鬥系統正式邁入全球時代;到2020年，我國的35顆北鬥衛星計劃全球組網完成。北鬥系統的建設之快，凸顯着中國雄厚的技術實力。

　　是導航員也是郵遞員

　　就像GPS一樣，北鬥是幫助用戶導航的。但北鬥還有一項GPS尚不具備的特長：轉發用戶短信。

　　在茫茫大海之上，沒有手機信号，又沒有昂貴的海事衛星，但你可以用北鬥發信息，尤其是救命的信息。因此，漁民們成為北鬥的第一批忠實用戶，全國4萬餘艘漁船都安裝了北鬥，累計救助漁民上萬人。

　　今年初，中國的西太平洋實時科學觀測網升級之後，借助北鬥衛星的短信傳輸，6000米深海與陸地的互聯得以實現——10套深海潛标捕獲的大容量數據，用北鬥衛星“現場直播”到科學家的電腦或手機上，使他們從此不再依賴國外的通信衛星。

　　圍繞北鬥的“短報文”功能，還可設計出各種有創意的應用。一些戶外裝備公司還針對野外活動推出了一鍵報告所在位置的北鬥盒子。地震和洪災救援時，遇險社區可通過北鬥及時報告方位與災情。北鬥三号組網後，作為北鬥特色的“短報文”通信服務容量将提高10倍，并大大降低用戶的發射功率。

　　目前，全國已有幾百萬營運車輛安裝了北鬥兼容終端。如北京的3萬多輛出租車、2萬多輛公交車安裝了北鬥終端;1500輛物流貨車也用北鬥實時調度。四川利用北鬥來管理汽油車物流，有的地方則用北鬥來監控危險化學品運輸車。

　　中科院的專家們還用北鬥來研究保護野生動物，比如，給藏羚羊戴上北鬥定位項圈，科研人員們就可以清楚地知道它們在哪兒;内蒙古杭錦旗用類似的方法，通過北鬥衛星來管理幾百萬頭牲畜。

　　精準定位不差毫厘

　　北鬥衛星導航系統總設計師楊長風說：“北鬥三号不僅覆蓋範圍提升至全球，定位精度也較北鬥二号提升1至2倍。”不僅如此，利用一張全國地基網，中國用戶還可以獲得前所未有的高精度導航服務。

　　北鬥具備動态厘米級和靜态毫米級的定位能力。基于北鬥衛星系統的基礎定位數據，利用遍及全國的超過2200個地基增強站及自主研發的定位算法，相關系統可為全國的用戶提供精準定位及延展服務。

　　北鬥地基增強系統2016年正式上線運行，具備在全國提供實時動态厘米級、事後處理毫米級和快速輔助定位能力。在地基網輔助下，北鬥可實現2—5厘米的定位服務精度，行業最重視的“定位時間”可被縮短到5秒。另外，北鬥還在全球建設了120個地基增強站點，為沙漠、海洋、高空等區域提供7×24小時高可用的動态厘米級定位服務，預計服務在2021年覆蓋全球。

　　對标世界，北鬥三号系統的性能較北鬥二号也大有提升。

　　星載原子鐘是定位精度的核心。北鬥三号的铷原子鐘頻率穩定度，較北鬥二号提高10倍，使北鬥定位精度和授時精度都提高了一個量級。衛星同時配備了性能更優的氫原子鐘，質量和功耗大于铷原子鐘，兩者配合工作。

　　另外，由于不能像GPS那樣全球建地面測控站，位于地球背面的北鬥衛星利用星間鍊路聯系、測距和保持隊形。而且北鬥三号衛星可自主運行至少60天，即使地面站故障，衛星仍能正常工作。它能自我診斷故障和自我修複，設計壽命在10年以上。

　　目前，北京已有幾十萬輛共享單車安裝了北鬥定位裝置，即使是在有建築物或者大樹遮擋的地帶也能做到精準定位，同時共享單車也可以放進定點的電子圍欄。此外，北鬥的高精度測量還已經服務于山體滑坡監測和橋梁大壩的形變監測。

　　憑借快速的厘米級定位，北鬥甚至能判斷小汽車行駛在中間車道，還是在左轉車道，這讓導航與未來無人車的行駛有了基礎。有了這一強有力的技術支撐，未來，送貨的無人機可以精準地降落在客戶的陽台上，割草機器人則能做到沿兩米見方的框架轉圈，沒有誤差……

　　萬億級市場在招手

　　2018年，北鬥三号的發射密度比起美、俄的發射密度紀錄要高出一倍，而北鬥三号衛星的批量生産和發射，無一失敗。“科學的管理，提高了工作效率。”北鬥三号衛星總指揮遲軍說。

　　去年年底，一位在西昌工作多年的通信保障工程師告訴科技日報記者，2018年發射任務如此密集，但發射場的衛星試驗人員較以往減少了近一半，發射場全流程時間縮短了近1/3，研制人員和研制周期都大為縮減。

　　除了效率的大幅攀升，北鬥還有個本事，就是可與GPS射頻實現兼容。

　　通常，接收機需要同時看到4顆導航衛星才能定位，看到的衛星越多越有利。北鬥與GPS實現互操作，一台接收機能同時接收兩個系統的衛星信号，使得定位更快更準。

　　美國GPS全球定位系統源于半個世紀前的美軍項目，可為陸海空三大領域提供全實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通訊。一開始，GPS被美軍用來導航，接着是道路交通和漁業應用，随着GPS設備降到白菜價，普通老百姓也可以很容易地消費和使用GPS。目前，GPS的全球市場已達到每年1萬億元人民币。

　　盡管美國的GPS開衛星定位技術之先河，享有很高的知名度，但中、俄、歐也都在搭建自己的衛星導航系統。GPS、北鬥、格洛納斯和伽利略四大衛星導航系統全部建成後，衛星合計将超過百顆。

　　我國的北鬥系統從1990年代開始研發，2011年開始面向民間開放，是GPS之後市場前景的一個導航系統。由于北鬥系統具有“短報文”能力，且抗遮擋能力強，在高樓林立的城市優勢更明顯，其應用已到快速發展期。目前，北鬥已經在鐵路、測繪、授時、航運、航空等多個行業中應用。未來，北鬥在民用領域将形成龐大産業鍊。

　　據中國衛星導航定位協會估計，2020年北鬥三号系統全面建成後，中國衛星導航産業規模将超過5000億元。另有估計說，北鬥在中國的市場占比，将由2016年的不到30%擴大到60%，反超GPS。