北斗系統(tǒng)“亮劍”GPS

撰文 / 靠譜的阿星

人們已經(jīng)習(xí)慣把定位和導(dǎo)航叫做“GPS”，這是一種慣性。

6月23日，隨著北斗三號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)收官，北斗系統(tǒng)完成全球衛(wèi)星導(dǎo)航部署，人們或許在未來(lái)一段時(shí)間需要改口叫做“BDS”（BeiDou Navigation Satellite System)。

作為“大國(guó)重器”，北斗系統(tǒng)此前就在一些涉及國(guó)家安全領(lǐng)域之中廣泛應(yīng)用；由于終端芯片更加便宜、定位誤差更小、精度更高、支持短報(bào)文、無(wú)源定位等功能，目前已有70%的國(guó)產(chǎn)手機(jī)采用北斗系統(tǒng)，大部分運(yùn)營(yíng)車(chē)輛及漁業(yè)、海事、移動(dòng)通信、民航等終端設(shè)備均采用北斗系統(tǒng)。

讓人自豪的是，北斗系統(tǒng)還是中國(guó)向全球輸出的公共服務(wù)產(chǎn)品，這不僅是中國(guó)“去依附”的科技成果，也將給世界帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。本文試圖梳理出北斗系統(tǒng)如何在GPS系統(tǒng)主導(dǎo)定位導(dǎo)航天下之下被迫獨(dú)立探索，并形成自身的核心實(shí)力開(kāi)創(chuàng)新的基礎(chǔ)產(chǎn)品格局的大致過(guò)程。

01GPS的國(guó)安隱患、伽利略計(jì)劃的排斥，逼出了北斗系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)官網(wǎng)這樣對(duì)北斗的功能和作用做出說(shuō)明：

「北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶(hù)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

北斗誕生的淵源要追溯到1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)之中，以GPS為信息戰(zhàn)的“眼睛”發(fā)起對(duì)一個(gè)國(guó)家外科手術(shù)式打擊震驚了世界，也刺激我國(guó)進(jìn)行軍事變革；尤其是遭遇了1993年“銀河號(hào)事件”事件之后，讓國(guó)家意識(shí)到擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的緊迫性。

北斗系統(tǒng)部署分為“三步走”戰(zhàn)略，從1994年北斗一號(hào)的研制到2003年完工的“北斗一號(hào)”，讓我國(guó)初步擺脫了對(duì)GPS的依賴(lài)。彼時(shí)，歐盟正在聯(lián)合搞全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)曾試圖投入巨資入伙，但發(fā)現(xiàn)很多核心技術(shù)并不開(kāi)放并果斷退出了伽利略計(jì)劃，推進(jìn)“北斗二號(hào)”。

“北斗二號(hào)”的申請(qǐng)軌道和頻率和歐洲伽利略系統(tǒng)一致，按國(guó)際規(guī)則，衛(wèi)星軌道和頻率誰(shuí)先占了算誰(shuí)的，雖然伽利略計(jì)劃的第一顆衛(wèi)星比我國(guó)早兩年上天，但只占了軌道沒(méi)開(kāi)通頻率，歐洲不慌不忙的搗鼓給北斗二號(hào)的部署時(shí)間。北斗二號(hào)第一顆衛(wèi)星就占了衛(wèi)星軌道和頻率，隨后開(kāi)始一個(gè)接一個(gè)的打衛(wèi)星，后來(lái)還發(fā)展到一箭雙星。

2018年是“北斗創(chuàng)業(yè)史”上開(kāi)掛的一年，一年10箭18星，創(chuàng)下了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最快組網(wǎng)紀(jì)錄，2018年這一年也是“北斗三號(hào)”提供全球服務(wù)的開(kāi)始。

當(dāng)6月23日，北斗三號(hào)組網(wǎng)成功之后，孫家棟院士祝賀到“北斗是中國(guó)幾代北斗人努力的結(jié)果，是中國(guó)人的驕傲，希望北斗全球系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，服務(wù)中國(guó)，服務(wù)世界。”

02北斗系統(tǒng)與GPS將在全球范圍內(nèi)展開(kāi)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)
據(jù)歐盟2018年的統(tǒng)計(jì)、GPS占據(jù)了全球60%以上的市場(chǎng)份額、伽利略約占全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)市場(chǎng)份額的25%，而北斗系統(tǒng)占據(jù)11%，該統(tǒng)計(jì)由于一些應(yīng)用領(lǐng)域的保密性只能作為大致參考。

至今在國(guó)內(nèi)依然有一些朋友認(rèn)為北斗不如GPS精準(zhǔn)，這實(shí)際上是由于北斗系統(tǒng)在營(yíng)銷(xiāo)和宣傳上此前保持低調(diào)有關(guān)。

實(shí)際上，北斗使用了GEO和IGSO衛(wèi)星，再加上衛(wèi)星之間形成的數(shù)據(jù)通信鏈路，相比于其他系統(tǒng)僅使用中軌道的MEO衛(wèi)星，是更為復(fù)雜、先進(jìn)的星座系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星作為中軌道衛(wèi)星東西旋轉(zhuǎn)，要保障精準(zhǔn)度必須在全球設(shè)站，除美國(guó)以外的地區(qū)很難做到全球分布，而北斗的軌道高度比GPS高，為增加覆蓋面積，增加了衛(wèi)星間鏈路系統(tǒng)，可以讓衛(wèi)星互相“打電話”，使衛(wèi)星定位的精度大幅度提高。

并且，北斗是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。三頻本是由美國(guó)最先提出來(lái)的構(gòu)想，但由于美國(guó)衛(wèi)星發(fā)射相對(duì)較早，當(dāng)時(shí)美國(guó)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單頻系統(tǒng)無(wú)法消除電頻層的干擾，極易造成誤差，而雙頻就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，所以三頻就一直沒(méi)有難以全面付諸實(shí)施。美國(guó)的首顆GPS III衛(wèi)星在2020年1月13日投入使用，而GPS要實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代至少需要5年的時(shí)間，這給了北斗系統(tǒng)迎頭趕上充足的時(shí)間。

北斗系統(tǒng)從一開(kāi)始就應(yīng)用三頻系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)是北斗就可以更準(zhǔn)確掌握地面終端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的地方，裝有北斗系統(tǒng)終端的手機(jī)、車(chē)船等就可定位自己的位置，并能夠向外界發(fā)布短報(bào)文信息。除了導(dǎo)航以外，北斗系統(tǒng)形成的星基增強(qiáng)、精密定位、短報(bào)文通信、國(guó)際搜救服務(wù)能力、已提供地基增強(qiáng)完全服務(wù)能力有利于商業(yè)化擴(kuò)展。

此外，北斗系統(tǒng)相比于GPS來(lái)說(shuō)還具有明顯“性?xún)r(jià)比”優(yōu)勢(shì)，北斗芯片和設(shè)備終端要比GPS便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS新更能更優(yōu)越。

當(dāng)然，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，現(xiàn)階段現(xiàn)階段北斗若想增加在世界范圍內(nèi)的影響力和自身服務(wù)力，兼容GPS或許是更好的選擇。從實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)上，GPS和BDS集成后的精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其中任何一方；從商業(yè)角度看，國(guó)家間雙邊和多邊合作，需要多個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)之間的兼容互操作。

但是，在中美兩國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的大背景以及“脫鉤論”盛行之下，鑒于衛(wèi)星導(dǎo)航關(guān)系國(guó)家和地區(qū)安全重大問(wèn)題，北斗與GPS之間此消彼長(zhǎng)的局面將難以避免。中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)最大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)在于中國(guó)擁有世界上最大的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用與服務(wù)市場(chǎng)。

有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)國(guó)內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)超過(guò)3000億人民幣，北斗對(duì)產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)值貢獻(xiàn)率達(dá)80%，由衛(wèi)星導(dǎo)航衍生帶動(dòng)形成的關(guān)聯(lián)產(chǎn)值達(dá)1947億元；隨后2019年國(guó)內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超3500億人民幣。2020年，我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)4000億，并預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)的年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)20%。

03北斗的聲名早在全球的遠(yuǎn)播，服務(wù)全球不是空話
我國(guó)自2012年12月27日宣布北斗正式向亞太地區(qū)提供服務(wù)后，泰國(guó)是首個(gè)應(yīng)用北斗的國(guó)家，而當(dāng)時(shí)在泰國(guó)建設(shè)的北斗示范站可以連續(xù)觀測(cè)和接受14顆北斗衛(wèi)星信號(hào)，而同一區(qū)域的GPS信號(hào)僅為5~6顆，因而北斗精度在亞太地區(qū)普遍高于GPS。以泰國(guó)為示范樣板，北斗系統(tǒng)逐漸被東盟10國(guó)以及更多亞非國(guó)家采納。

北斗采用“第三世界包圍第一世界”的策略，比如巴基斯坦北斗衛(wèi)星被用于軍事系統(tǒng)，突尼斯則用于無(wú)人駕駛，包括中東在內(nèi)已有超過(guò)30個(gè)國(guó)家實(shí)際使用北斗系統(tǒng)，而“一帶一路”倡議國(guó)家則為北斗的重點(diǎn)對(duì)象，而北斗在這些國(guó)家的衛(wèi)星定位標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)將在推行新技術(shù)和新產(chǎn)品方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

作為“基建狂魔”的中國(guó)在海外承擔(dān)機(jī)場(chǎng)、港口、鐵路、公路等相關(guān)的基建任務(wù)時(shí)，使用的多是北斗設(shè)備，北斗的應(yīng)用和服務(wù)被廣泛推廣，中國(guó)北斗/GNSS導(dǎo)航型芯片、模塊和高精度板卡和天線已輸出到100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn)，目前全球已有130多個(gè)國(guó)家首都上空每天可以觀測(cè)到的北斗衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過(guò)其他導(dǎo)航系統(tǒng)；并在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等應(yīng)用，全球已有120余個(gè)國(guó)家和地區(qū)基于北斗系統(tǒng)等活動(dòng)。

北斗做到了不僅屬于中國(guó)人，還屬于全世界。

【結(jié)語(yǔ)】
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)追趕關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)的典范，也將催生出越來(lái)越多的應(yīng)用新模式，尤其是在智慧交通、智慧城市、智能可穿戴成以及汽車(chē)前裝、智能手機(jī)定位服務(wù)、高精度專(zhuān)業(yè)化應(yīng)用、室內(nèi)外定位聯(lián)合應(yīng)用服務(wù)和國(guó)際市場(chǎng)開(kāi)拓等多個(gè)迅速應(yīng)用。

除了地球上的應(yīng)用外，北斗系統(tǒng)也將是人類(lèi)邁向太空的“新大航海時(shí)代”的向?qū)?。?shí)際上，作為NASA投資的SpaceX公司的“星鏈計(jì)劃”，實(shí)際上是美國(guó)對(duì)軌道和頻段的“跑馬圈地”，我國(guó)也有虹云工程搭建類(lèi)似“太空WIFI”計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，計(jì)劃于2022年完成組網(wǎng)。而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與5G組合實(shí)際上就是“6G”技術(shù)，在5G的基礎(chǔ)上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，為全球用戶(hù)提供更加快速、精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航標(biāo)識(shí)、多媒體與互聯(lián)網(wǎng)等綜合服務(wù)，有望在2025年初步進(jìn)入商用。

“北斗系統(tǒng)”的勝利是集中力量辦大事舉國(guó)體制的勝利，而“北斗+”需要軍用轉(zhuǎn)民用，需要更多民營(yíng)公司參與以及配合航空航天產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，既讓技術(shù)讓人類(lèi)造福，也能形成生生不息創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系，北斗系統(tǒng)組網(wǎng)成功代表了新的起點(diǎn)。（備注：本文基于公開(kāi)資料撰寫(xiě)）