自主创新 勇攀高峰北斗全球系统星座部署圆满收官

◎网信军民融合编辑部 孙璞

北京时间6 月23 日9 时43 分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第55 颗导航卫星，卫星顺利进入预定轨道。至此，我国提前半年完成北斗三号全球卫星导航系统星座部署目标。

此次发射任务取得圆满成功标志着北斗三号全球星座部署全面完成，也标志着北斗卫星导航系统“三步走”战略任务圆满收官，也意味着北斗卫星导航系统的重点工作今后将从工程建设转移到维护稳定运行、提高服务水平上来。

从上世纪70 年代的“灯塔计划”到北斗三号圆满收官，我国卫星导航事业从无到有、从弱到强，都经历了哪些重要的发展历程？北斗系统相较于其他卫星导航系统都具有哪些技术优势？北斗系统的应用水平究竟怎么样？我们将深入解读。

一、艰辛探索，接续奋斗，北斗卫星导航系统“三步走”战略任务圆满收官

早在北斗工程立项之前，我国曾在卫星导航领域艰辛探索。20 世纪60 年代末，“灯塔计划”立项，虽然最终该计划因技术方向转型、财力有限等原因终止，但却为我国卫星导航事业积累了宝贵的工程经验。

1983 年，陈芳允院士提出了利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的“双星定位方案”。经过大量理论和技术研究工作，双星定位系统概念逐步明晰。

上世纪九十年代，美国GPS 和俄罗斯格洛纳斯两个全球卫星导航系统分别建成并投入使用，建造属于中国人自己的卫星导航系统成为当务之急。1994 年，在对“双星定位方案”进行技术试验和工程验证之后，我国启动了北斗一号系统工程建设，正式开启了适应我国国情的卫星导航事业“三步走”发展战略。

2000 年底，我国正式建成北斗一号系统，解决了中国区域内的卫星导航问题，实现了从无到有的突破。从1994年北斗一号立项到2000 年3 颗GEO 卫星组成了全球第3 个卫星导航系统，北斗一号系统不仅实现了用最少的卫星进行定位，具备了对中国用户提供服务的能力，跟世界上其他卫星导航系统相比，还独具短报文通信服务功能。

2004 年，国家批准了北斗二号系统的建设任务。2007 年4 月14 日，北斗二号首颗卫星成功发射，并于4 月17 日20 时许传回了信号。此时，距离国际电联的“7 年之限”只剩不到4 个小时，北斗二号在惊心动魄中艰难开局。此后直至2012 年，我国完成14 颗北斗卫星的发射组网，北斗二号系统建成。在北斗一号基础上，北斗二号增加了无源体制，实现了连续导航与定位报告双模融合、三频信号全星座播发，服务范围也扩大至亚太大部分地区。

2009 年，北斗三号立项，正式开启了我国卫星导航全球组网之旅。2018年底，我国完成19 颗北斗三号卫星组网发射，提前开通全球服务。2020 年，北斗三号系统提前半年实现了全球组网，35 颗卫星覆盖全球，具备全球完整服务能力。北斗三号系统继承了有源和无源两种体制，可为全球用户提供定位导航授时、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多样化服务。

从“灯塔计划”到北斗三号圆满收官，我国卫星导航事业经过五十年发展，形成了适应国情的“三步走”发展战略，为世界卫星导航事业贡献了中国方案和中国智慧。

6月23日，北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空，我国提前半年全面完成北斗全球卫星导航系统星座部署。

二、自主创新，攻坚克难，北斗卫星导航系统性能指标比肩全球

面对国外的技术封锁，从北斗一号系统立项开始，自力更生、自主创新就是中国北斗的核心价值。从具有中国特色的混合星座布局到自主创新突破星载原子钟技术，从短报文通信到星间链路，从精密单点定位到星基增强，北斗人自主创新，攻坚克难，始终把关键核心技术掌握在自己手中。

为解决我国没有足够的人力财力进行海外布站、中圆地球轨道卫星的很多关键技术尚未突破等难题，我国北斗卫星导航系统在国际上首次采取了一种让导航卫星分别运行在地球同步静止轨道、倾斜地球同步轨道和中圆地球轨道上的混合星座方案，既实现了全球覆盖、全球服务，又可为亚太大部分地区用户提供精度更高的服务。

星载原子钟作为卫星导航系统最核心的技术，在北斗二号系统建设期间遭到了国外的技术封锁，上百名科研人员艰苦奋斗、自主创新，仅用两年时间就攻下了原子钟的技术难关，达到了世界先进水平。不仅如此，现在北斗系统上的原子钟已提升到每300 万年才出现1 秒误差的精度，完全满足了我国的定位精度要求和卫星的使用寿命。

此外，能进行双向数字短报文通信和精密授时的短报文通信服务功能、可不依赖于地面站实现卫星独立组网的星间链路都是北斗人自主创新的结果。

当前，北斗系统器部件国产化能力已经由“十一五”末的84% 提升至100%，从根本上扭转了关键器部件依赖进口的局面，做到了完全自主可控。北斗系统终端方面，国产芯片、模块等关键基础产品取得全面突破，性能指标与国际同类产品相当，达到了国际先进水平，并具备一定的价格优势，彻底改变了“十一五”末卫星导航终端产品受制于人的局面。

三、步步为营，循序渐进，北斗卫星导航系统立足中国造福人类

“两弹一星”元勋、北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋院士曾说：“我们建设北斗，关键还是在‘用’。只有用得更加普及，更加深入，这才是赢家。”北斗三号卫星总设计师陈忠贵指出，作为北斗三号全球组网建设的收官之星，这颗卫星成功发射后也意味着北斗卫星导航系统的重点工作今后将从工程建设转移到维护稳定运行、提高服务水平上来。建设北斗，关键在用，作为国家重要时空基础设施，北斗正改变着我们的工作与生活。

当前，北斗系统已在交通运输、农林渔业、水文监测、测量测绘、通信时统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，产生了显著的经济效益和社会效益。在交通运输领域，基于北斗的公交站台智能电子站牌，每时每刻记录公交车运行轨迹，实现更直观的到站预报；在农林渔业领域，北斗卫星导航技术结合遥感、地理信息等技术，可实现传统农业向智慧农业加快发展，从而降低生产成本，提升劳动生产率，提高劳动收益；在水文监测领域，依托北斗技术，工作人员坐在调度中心就可通过平台直观看到水文情况，实时获取水文信息，做到自动预警和报警；在救灾减灾领域，北斗救灾系统可在灾区网络通讯中断的情况下，依然可以进行指挥调度，大幅提升自然灾害应急救助的信息保障能力；在测量测绘领域，北斗系统的精密单点定位功能可以提供包括平面、高程在内的三维位置信息，我国在2020 珠峰高程测量中就全面启用了北斗，同时参考四大全球卫星导航系统的数据，并以北斗的数据为主；值得一提的是，在新冠疫情防控工作中北斗系统也发挥了巨大作用。

2020珠峰高程测量首次运用了我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统提供的数据。

据统计，目前在中国市场，已经有3/4 左右的新申请入网智能手机支持北斗系统。据人民日报报道，截止2019年底，国内超过650 万辆运营车辆、3万辆快递和邮政车辆、36 个中心城市的约8 万台公交车、3200 余座内河导航设施，2900 余座海上导航设施都已经运用了北斗系统。2019 年我国卫星导航与位置服务产业总体产值已达到3450 亿元。北斗与互联网、大数据、人工智能等新技术的融合发展，正在构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链，并正在成为北斗产业快速发展的新引擎和助推器，推动着生产生活方式变革和商业模式的不断创新。未来，北斗系统将立足国内、服务全球，不断深化卫星导航的高精度服务与云计算、物联网、大数据的继续融合，加快卫星导航领域与高端制造业、软件业的融合，推动生产方式和发展模式的变革，服务国民经济和社会信息化发展。按照计划，2035 年，我国还将大力发展下一代卫星导航系统，同时融合低轨增强、移动通信、水下导航、深空导航等多种手段，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合定位导航授时（PNT）体系，为各类用户提供基准统一、无缝覆盖、安全可信、高效便捷的时空信息服务，北斗将以更强的功能、更优的性能，服务全球、造福人类。