一提及導(dǎo)航系統(tǒng)，相信很多人首先想到的是GPS，極少數(shù)人知道我國(guó)也有一套自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。即使知道，恐怕了解也甚少！如今，我國(guó)的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已躋身世界第二?？赏瑢W(xué)們知道嗎？北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著一段鮮為人知的坎坷歷史！

2015年7月25日20時(shí)29分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭和“遠(yuǎn)征一號(hào)”上面級(jí)，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射兩顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向全球組網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)邁出堅(jiān)實(shí)一步。

北斗一代，千喚萬(wàn)喚始出來(lái)

關(guān)于研制衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)際上在上個(gè)世紀(jì)70年代，我國(guó)科研人員就已經(jīng)開(kāi)始提出各種設(shè)想，從最初的“新四星”計(jì)劃，到后來(lái)提出的單星、雙星、三星，再到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案以及多星的全球系統(tǒng)設(shè)想。研究、論證、再研究、再論證……從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)。

80年代初期，以“兩彈一星”元?jiǎng)壮煞荚试菏繛槭椎膶?zhuān)家團(tuán)提出了“雙星定位”方案，這是當(dāng)時(shí)公認(rèn)的最優(yōu)方案，但因?yàn)榻?jīng)濟(jì)條件等種種原因又?jǐn)R置了10年。1991年，在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)中，美國(guó)的GPS應(yīng)用非常成功，這使我國(guó)深刻意識(shí)到，打仗沒(méi)有定位導(dǎo)航系統(tǒng)是真的不行。于是，被擱置10年的“雙星定位”方案重新啟動(dòng)。

也許你會(huì)問(wèn)，在空間里三個(gè)坐標(biāo)才能定位，兩顆衛(wèi)星不夠用??？這問(wèn)題問(wèn)得好。雙星定位方案中有個(gè)高度儀，用戶(hù)需要自測(cè)高程，并將結(jié)果作為第三個(gè)坐標(biāo)，就好比是在地球中心裝了一個(gè)虛擬的衛(wèi)星，這就實(shí)現(xiàn)了三星定位。之所以沒(méi)有發(fā)射三顆衛(wèi)星，原因很簡(jiǎn)單，高度儀很便宜，這個(gè)方案更省錢(qián)。

因?yàn)橹挥袃深w衛(wèi)星，軌道低、覆蓋面小，兩顆中軌道衛(wèi)星多數(shù)時(shí)間會(huì)在中國(guó)上空以外的地方飛行，這使得中國(guó)無(wú)法應(yīng)用。為了讓兩顆衛(wèi)星“乖乖”地待在中國(guó)的上空，北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用了靜止高軌道的定位方式。

身兼兩職的北斗一代不給力

由于北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩顆衛(wèi)星都是靜止于高軌道上的，所以可以與國(guó)際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務(wù)，而GPS等其他定位導(dǎo)航系統(tǒng)都是不支持通信功能的。

身兼定位與通信兩職的北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，看似功能更全面、技術(shù)更先進(jìn)，然而使用起來(lái)，卻有些心有余而力不足。因?yàn)槎ㄎ徊攀潜倍芬淮摹爸鳂I(yè)”，大部分的信道資源都必須讓給定位數(shù)據(jù)的傳送，所以留給通信的信道資源就很少，因而無(wú)法完成實(shí)時(shí)的話(huà)音通信，只能完成短信功能；另一方面，由于這兩顆衛(wèi)星的軌道很高，導(dǎo)致地面被測(cè)物體與衛(wèi)星的相對(duì)速度很低，定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不過(guò)GPS等其他定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，再戰(zhàn)

鑒于北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用效果很不給力，2006年，國(guó)家準(zhǔn)備對(duì)北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)體制進(jìn)行全面升級(jí)。于是北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星，形成全球性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，比GPS還多5顆（GPS現(xiàn)有衛(wèi)星30顆）。多出的5顆是在赤道上空的靜止高軌道衛(wèi)星，主要是完成短信任務(wù)。其他30顆跟美國(guó)GPS的30顆一樣，都是中軌道運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星。

北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的規(guī)模與GPS相當(dāng)，申請(qǐng)的軌道和頻率與歐洲伽利略比較一致，這就不可避免地遇到了衛(wèi)星軌道和頻率爭(zhēng)奪的問(wèn)題。衛(wèi)星軌道和空間頻率是人類(lèi)共有的資源，那該如何分配呢？

先占先得的原則是西方發(fā)達(dá)國(guó)家制定的，他們認(rèn)為這是各國(guó)都有同樣機(jī)會(huì)的公平原則。于是，各國(guó)都抓緊時(shí)間，搶占先機(jī)。2005年，伽利略計(jì)劃的第一顆衛(wèi)星上天了，但并沒(méi)有開(kāi)通頻率。緊隨其后，中國(guó)北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成功發(fā)射第一顆衛(wèi)星，并且開(kāi)通了頻率，成功地在軌道和頻率兩方面都占得了一席之地。

北斗二代嶄露頭角，

雖然現(xiàn)在35顆衛(wèi)星還沒(méi)有全部發(fā)射，但在2012年，亞太地區(qū)的北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建立起來(lái)，并已投入了使用。GPS和北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的中軌道運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星都是30顆，它們各自在太空中編織一張網(wǎng)，GPS網(wǎng)眼最密處是在美國(guó)上空，北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)網(wǎng)眼最密處在我國(guó)上空。加拿大和墨西哥當(dāng)然會(huì)選擇GPS，而對(duì)于亞太地區(qū)的國(guó)家來(lái)說(shuō)，北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比GPS更有優(yōu)勢(shì)。在泰國(guó)，有些GPS衛(wèi)星的信號(hào)收不到，而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所有的衛(wèi)星信號(hào)都能接收到。

今年4月，在莫斯科舉行的第九屆國(guó)際導(dǎo)航論壇上，俄羅斯導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)界的領(lǐng)袖們?cè)谔接懭蛩拇髮?dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展水平時(shí)，一致把中國(guó)“北斗”排在俄羅斯格洛納斯和歐盟伽利略之前。

6月15日，我國(guó)首個(gè)全球星基高精度增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)——“中國(guó)精度”正式提供服務(wù)。這意味著，在無(wú)需架設(shè)基站的情況下，在全球任一地點(diǎn)使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的高精度定位。

功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面建成后，其應(yīng)用將會(huì)影響著現(xiàn)代社會(huì)的很多方面。而且，應(yīng)用的面還在不斷增加?？梢哉f(shuō)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)到底有哪些應(yīng)用，這完全取決于人類(lèi)的想象力。

就像陽(yáng)光，全世界每個(gè)人都能公平地獲得。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)，也像陽(yáng)光、空氣一樣，從天而降，每時(shí)每刻都彌漫在我們周?chē)魏稳硕寄塬@得。而且絕不會(huì)像手機(jī)信號(hào)一樣，使用的人越多，信號(hào)就越差。無(wú)論何時(shí)何地，我們都能進(jìn)行定位和導(dǎo)航。要想把它所有的應(yīng)用都列舉出來(lái)還真有點(diǎn)難，但我們可以列舉兩個(gè)有趣的應(yīng)用，讓大家見(jiàn)識(shí)一下北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的威力。

1.減少交通事故

據(jù)調(diào)查，40%的致死性車(chē)禍?zhǔn)怯沙僖鸬摹ｋm然很多道路上安裝了攝像頭，對(duì)駕駛員進(jìn)行監(jiān)控，防止他們超速。但不是所有道路上都安裝攝像頭，在沒(méi)有監(jiān)控的地方，超速常常帶來(lái)很多惡性交通事故。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了定位和導(dǎo)航，更能對(duì)交通工具進(jìn)行測(cè)速。只要在所有出廠的汽車(chē)上裝上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，就能隨時(shí)掌控這些車(chē)輛的行駛速度。如此一來(lái)，超速現(xiàn)象將大為減少，交通事故也將減少。

為了安全考慮，交通法規(guī)定，高速公路上的大車(chē)不能靠左行駛。但大車(chē)的違規(guī)行為始終是屢禁不止，因?yàn)闊o(wú)法在所有的高速公路上安裝攝像頭進(jìn)行監(jiān)控。但如果在所有出廠的大車(chē)上安裝上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端，就能隨時(shí)監(jiān)控車(chē)輛的實(shí)際行走路線(xiàn)了。

2.幫你放牧

放牧是一件很辛苦的事，你得跟著羊群或牛群跑，稍微省點(diǎn)力的方式就是配上一只牧羊犬，讓牧羊犬替你跑跑腿，但你還是得跟著。假如在每只羊的耳朵上裝上一個(gè)小裝置，那么你就可以在家里一邊喝咖啡，一邊放羊了。

羊耳朵上的小裝置內(nèi)置北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端，這能讓你隨時(shí)在電腦上獲得每只羊的準(zhǔn)確位置。另外，這個(gè)小裝置里利用太陽(yáng)能供電，能發(fā)出一些聲音，比如牧羊人的吆喝聲、牧羊犬的叫聲、汽車(chē)聲等。通過(guò)向羊群中的某些羊播放聲音，就能讓它們非常聽(tīng)話(huà)地按照主人的指示前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎或者調(diào)頭。如果某只羊?qū)β曇簟安桓忻啊?，還可以讓這個(gè)小裝置發(fā)出微小的電擊，從而刺激羊的運(yùn)動(dòng)。

以上只是舉了兩個(gè)生活中常見(jiàn)的例子。實(shí)際上，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、航空、環(huán)境、海運(yùn)、公共安全和災(zāi)難救援、鐵路、空間、勘測(cè)與繪圖以及定時(shí)上都有了豐富的應(yīng)用。所有的交通工具，只要裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端，都能得到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的服務(wù)。

更重要的應(yīng)用是在國(guó)防上，幾乎所有的戰(zhàn)機(jī)和導(dǎo)彈都需要導(dǎo)航和定位等功能。失去了位置信息，戰(zhàn)機(jī)可能會(huì)迷路，導(dǎo)彈也不知該發(fā)射到哪里。根據(jù)北斗官方網(wǎng)站介紹，北斗實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航功能后，能使我國(guó)的作戰(zhàn)效能提高100～1000倍，作戰(zhàn)費(fèi)效比（投入費(fèi)用和產(chǎn)出效益的比值）提高10～50倍，這無(wú)疑將大大提高我國(guó)的國(guó)防能力。

北斗導(dǎo)航，意義何在？

也許有人會(huì)疑惑：已經(jīng)有非常好用的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，為什么還要花巨資再建一個(gè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)呢？真的有必要嗎？

答案是毋庸置疑的。這就好比別人提供空氣維持你生存，不代表你不應(yīng)該擁有屬于自己的空氣。因?yàn)椋憬^不能失去對(duì)自身性命的掌控！

GPS是美國(guó)的導(dǎo)航系統(tǒng)，美國(guó)可以根據(jù)需要，關(guān)閉某個(gè)地區(qū)的導(dǎo)航服務(wù)。如果關(guān)閉我國(guó)的導(dǎo)航服務(wù)，無(wú)數(shù)行業(yè)將因此受到難以想象的影響。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，假如你正在去一個(gè)從沒(méi)去過(guò)的地方的路上，在導(dǎo)航的指導(dǎo)下開(kāi)車(chē)，突然導(dǎo)航?jīng)]了，那你怎么辦？

實(shí)際上，GPS建成后，美國(guó)就把GPS信號(hào)分為民用標(biāo)準(zhǔn)和軍用標(biāo)準(zhǔn)兩類(lèi)。由于民用的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)不需要任何授權(quán)就可以任意使用，所以美國(guó)擔(dān)心，敵人用自己造出來(lái)的“劍”來(lái)攻擊自己，于是在民用信號(hào)中人為地加入誤差以降低精確度，使定位精確度在100米左右，而軍用的精度在10米以下。所以，他國(guó)的軍備絕不能使用美國(guó)的GPS，一旦形成依賴(lài)就會(huì)無(wú)法自拔，因此必須要發(fā)展本國(guó)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

直到2000年以后，美國(guó)才取消對(duì)民用信號(hào)的干擾。因?yàn)槊绹?guó)通過(guò)系統(tǒng)更新，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)在戰(zhàn)時(shí)任意關(guān)閉某個(gè)地區(qū)的GPS信號(hào)。這樣做的目的，是為了讓GPS導(dǎo)航系統(tǒng)繼續(xù)擁有全球壟斷地位。

手機(jī)上使用GPS導(dǎo)航與定位，看似免費(fèi)，其實(shí)不然。手機(jī)里面有GPS模塊，而廠商每生產(chǎn)一個(gè)GPS模塊都需要向美國(guó)交費(fèi)才能獲得授權(quán)。有了GPS模塊后，手機(jī)成本自然會(huì)增加，最終還是消費(fèi)者買(mǎi)單。所以，我國(guó)北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航全面建成后，將使國(guó)內(nèi)導(dǎo)航終端的生產(chǎn)廠商獲益。

作為一個(gè)大國(guó)，中國(guó)必須擁有一個(gè)自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這就是北斗！它既是中國(guó)的北斗，也將是世界的北斗！

責(zé)任編輯：陸艷

責(zé)任校對(duì)：朱衍