一步之遥，北斗卫星导航布局全球组网

聂辉

长征三号乙火箭发射第54颗北斗卫星

3月9日19时55分，西昌卫星发射中心，又一颗北斗导航卫星成功发射，顺利进入运行轨道。这是北斗三号导航系统倒数第二颗卫星，距离北斗三号系统建成，仅一步之遥。

5月份，最后一颗地球同步轨道卫星按计划发射后，最终实现30颗北斗三号卫星发射组网，提前半年提供全球导航服务。

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，是全球四大卫星导航核心供应商之一。北斗三号系统全面建成以后，将成为国际上唯一可以与美国GPS相抗衡的卫星导航系统。

北斗导航系统的短报文服务在国际导航领域独一无二，在汶川地震救灾、2008奥运保障等国家重大事件中发挥了至关重要的作用。北斗三号系统全面建成以后，其千字短报文将成为独步天下的利器。

“吉星”照耀全球

北斗卫星导航系统建设先后经历了北斗一号、二号、三号系统三个阶段，目前北斗一号4颗试验卫星已全部退役。从北斗二号系统首颗星算起，中国已发射54颗北斗导航卫星。

北斗系统是由GEO（地球同步轨道）卫星、IGSO（倾斜地球轨道）卫星和MEO（中圆地球轨道）卫星三种轨道卫星组成的混合导航星座。科技人员按谐音把GEO星称为“吉星”。

此次发射的北斗导航卫星就是一颗“吉星”。此次发射成功的第54颗北斗导航卫星，是北斗三号卫星导航系统第二颗地球同步轨道（GEO）卫星。它在北斗三号卫星系统中功能最多、信号最多、体量最大、寿命最长，具有广阔的应用前景。中国空间技术研究院研究员庞之浩介绍说，目前北斗卫星导航系统的精度可以达到2.5米到5米之间，如果使用增强系统，定位精度可以达到厘米级别。

吉星不仅在导航信号上兼容北斗二号，为传统用户提供一如既往的导航服务，而且在短报文通信功能上有了新突破，通信能力提升10倍，单次可发送1000多个中文字符，足以将突发情况的情节一次性说清楚，还可发送图片等信息，应用场景更为丰富。

据北斗卫星导航系统官网介绍，在北斗工程延生之前，早在上世纪70年代，中国就开始研究利用卫星进行地面定位服务，但受制于当时的国力不足等多方面原因，这项名为“灯塔计划”的研究被搁浅。1983年，我国科学家陈芳允院土和一位美国科学家同时提出利用地球同步卫星进行导航定位的设想。

为应对苏联方面的威胁，上世纪70年代，美国陆海空军联合研制新一代卫星定位系统GPS，主要用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等。随后，苏联建造了GLONASS（格洛纳斯）系统。1999年，欧盟首次公开“伽利略”卫星导航系统的建设计划，意图摆脱对美国GPS系统的依赖。法国、日本和印度等国家，随后都开始发展属于自己的区域导航系统。

GPS的应用，除了人们熟知的民用系统，其军用系统催生的精确“外科手术式打击”更让人容易了解到其重要性。1990年的海湾战争，GPS精密制导武器崭露头角。原本需要数十架轰炸机、投弹数百吨才能完成的水坝轰炸任务，仅需2枚导弹在数百公里外突袭发射即可完成，第二枚导弹甚至可以通过第一枚炸开的大坝缺口钻进去。

1994年，我国全面启动导航系统的研制。六年之后，我国自行研制的第一颗北斗导航试验卫星被成功送入太空。2003年5月25日，又一颗备份卫星升空，这标志着中国已经自主建立了完善的卫星导航系统。至此，中国成为继美、俄之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

20世纪90年代末，中国开始探索卫星导航系统发展道路，就形成了三步走发展战略：2000年年底，建成北斗一号系统，主要为中国用户服务。2012年年底，建成北斗二号系统，为亚太地区用户提供定位、测速、授时、广域差分和短报文通信服务。计划在2020年前后，建成北斗全球系统，向全球提供服务。

2008年北京奥运会期间，北京的交通调度和场馆安全监控工作，就有北斗卫星导航系统助力保障。通过将实时路况信息叠加到北斗系统的车载导航仪上，驾驶者不仅能知道哪条路线的距离最短，还能结合道路的实时情况，寻找到一条用时最短的线路。这一形式在目前的电子导航地图上已不新鲜，但对当时的北斗导航而言，跨出了导航功能的一大步。

北斗卫星导航系统早已实现第二步发展战略目标，为亚太地区提供区域服务。随着最后一颗“吉星”发射，2020年，北斗卫星导航系统将实现全球覆盖，成为GPS、格洛纳斯和伽利略系统之后，全球区域覆蓋的第四个成熟卫星导航系统。

“吉星”团队合影

千字短报文独步天下

与GPS、格洛纳斯和伽利略系统相比，中国的北斗导航系统还具有“独门绝技”，提供短报文通讯服务。这项功能在全球定位系统当中也是一次技术的突破，在应急救灾中大显身手。

所谓的短报文，就是通过北斗卫星可实现天地双向通信。用户可在没有地面通信信号覆盖的地区，如海洋、沙漠中，发送信息和自己的定位。曾有人将其比喻为“用卫星传播的定位微博”。

中国空间技术研究院研究员庞之浩介绍说，短报文服务是北斗系统区别于其他导航系统的特有功能，把通讯和导航结合在一起，在服务区内可以在没有任何移动通讯网络的情况下，利用北斗的通信功能发送位置信息，就如同手机短信一样，实现“不仅可以知道自己在哪儿，还能让别人知道你在哪儿”。

目前，国际上其他三大系统都只具有导航定位功能，无法实现接收机和卫星之间的双向通讯。北斗系统的短报文功能意味着卫星可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息。在大洋之上、深山老林中，任何失去手机信号的环境中，发生紧急情况时北斗导航卫星都可以及时与地面互动。

相对于卫星电话而言，庞之浩表示，双方各有各的优势，卫星电话主要使用通信卫星进行语音交流，短报文使用的导航卫星，在导航定位的基础上进行短信息沟通。此外，庞之浩还介绍，使用北斗导航短报文服务，可以在定位终端完成，不需要再单独购置接收终端。

北斗导航系统副总设计师、中科院院士杨元喜在介绍北斗导航系统时也提到，“北斗是全世界第一个，也是目前唯一一个把通信和导航很好融合起来的系统。”

在普通移动通讯信号不能覆盖，或者通讯基站受损的环境下，北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯等。在汶川大地震救援中，北斗卫星导航系统的应用首次惊艳亮相，为人们所广泛关注。当时，地面通信设施遭到严重破坏，震区唯一的通讯方式就是北斗一代。救援部队紧急配备了1000多台“北斗一号”终端机，通过短报文通信发出了第一条来自灾区的信息，将灾情和受灾位置准确报告给救灾抢险指挥部。救灾指挥部精确判定各路救灾部队的位置，根据灾情及时下达新的救援任务。

此外，北斗卫星导航系统是第三个被国际海事组织认可的全球卫星导航系统。据北斗卫星导航系统官网数据显示，截至去年9月，已有7万余艘渔船和执法船安装北斗终端，3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已应用北斗系统。

2014年12月4日，中国电子科技集团第54研究所技术人员展示40纳米级北斗导航芯片。

中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍，渔民装了北斗终端以后，可以跟手机并网运行，解决渔民海上通信的需要，同时为沿海岛礁信息传输提供了良好的手段。冉承其称，自己就曾多次听渔民讲，“现在出海就放两个东西，第一放妈祖，第二放北斗，要拜就拜两个”。

已经成功发射的北斗三号系统第13、14颗组网卫星上，首次装载了国际搜救组织标准设备，为全球用户提供遇险报警及定位服务。未来，北斗系统将与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统，同时提供反向联系，提升搜救能力和效率。

2019年12月27日，在国务院新闻办举行的新闻发布会上，冉承其隆重介绍了北斗系统的千字短报文功能。“在区域短报文通信服务方面，北斗三号系统一次可以发布1000个汉字的功能，很多同事朋友都说，不应该叫短报文，应该叫长报文服务。”

北斗卫星导航系统总设计师杨长风介绍，除了提供基本的导航和独特的短报文服务之外，覆盖全国的北斗地基增强网，和互联网大数据、云计算融合，按照“全国高精度一张网”的模式在中国率先提供厘米级高精度位置服务，正在打造成为像水、电一样的，触手可及、随需而用的公共服务。即使是路痴，也可以享受到车道级导航。

北斗应用就在身边

“卫星导航应用只受人类想象力的限制。北斗已經紧密融入我们的日常生活，为我们提供精准的导航授时服务。”杨长风介绍说，随着5G商用时代的到来，北斗正在与新一代通信、区块链、人工智能等新技术加速融合，北斗应用新模式、新业态、新经济不断涌现。

在抗击新冠肺炎疫情中，也多处出现北斗导航的身影。北斗高精度测量支持援建武汉火神山、雷神山医院;北斗导航支持的无人机、无人配送车应用到疫区医疗物资配送;基于北斗的车联网，提供精准导航，保障了防疫救援物资的运送。

2011年，在公务用车改革中，北斗卫星导航系统率先安装在广州公务用车中，实时提供车辆的定位、车内通信和路线监控，将公务用车管理纳入纪检监察部门的电子监察系统。此前，作为公车改革试点的广州黄埔区，安装一套GPS定位系统需要3000元，车载北斗终端系统的价格仅为1659元，几乎便宜了一半。

在去年召开的北斗应用大会上，杨长风表示，我围在2020年将完成北斗导航全球服务的目标，目前正在加快北斗应用的推进，以实现“全球北斗、一流北斗”的目标。北斗卫星导航系统将与互联网、物联网、5G、大数据深度融合，塑造北斗综合导航定位授时体系。

除了布局全球系统，北斗卫星导航系统近年来也不断加强与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的合作。2017年12月，中美两国实现北斗与GPS信号兼容与民用信号互操作。去年8月，北斗与格洛纳斯卫星导航系统也实现了兼容与互操作。

据2019年发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示，2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到3016亿元，较2017年增长18.3%，其中，与卫星导航技术研发和应用直接相关的，包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值达到1069亿元人民币。

以北京市为例，由该市国资企业建设并运营的国家北斗精准服务网在全国燃气管理中，有效提升了燃气管网的安全水平。目前，“燃气+北斗”的模式已经在全国27个省区市超过600个城镇应用。2018年，北京市还为8万辆公车和2.1万辆公交车安装了北斗定位终端。

中国卫星导航定位协会会长于贤成表示，北斗系统的应用已成为战略性新兴产业的经济增长点，卫星导航与位置服务产业正处于最好的发展机遇期，北斗也迎来深化应用及黄金发展的新时代。

在庞之浩看来，60%以上的信息都和时间与距离有关，电子地图就是导航定位和卫星遥感的综合运用。目前，农业、工业、交通、气象和水文等都广泛使用卫星导航技术。在我国新疆地区，精细农业控制播种、撒药也都开始应用北斗卫星导航系统。庞之浩预计，2020年，北斗卫星导航系统全面完成全球系统建设后，产业创新发展格局将基本形成，产业应用规模和国际化水平将大幅提升，北斗卫星导航系统所产生的商业价值将超过4000亿人民币。

去年12月，在国务院新闻办举行的新闻发布会上，冉承其特意把22纳米工艺芯片带到现场，芯片小到几乎看不见。冉承其介绍，看不见的小小芯片就能提供非常优质的服务。支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航定位芯片，体积更小、功耗更低、精度更高，已实现规模化应用。

在3月26日发行的华为P40手机，使用的就是北斗卫星导航的三号系统。市场上的智能手机中，使用麒麟、海思、高通骁龙、联发科芯片的智能手机都可以使用北斗定位导航系统，但iphone系列的手机尚不支持北斗定位导航系统。有媒体报道称，国内70%的智能手机使用的都是北斗导航定位系统。

此前，提到卫星导航时，说的用的大多是GPS系统，现在不一样了。冉承其解释说，中国已经跟美国GPS、俄罗斯格洛纳斯等世界主要导航系统都完成了信号兼容和民用信号互操作，大多数用户设备都是包含北斗在内的多系统应用。“北斗信号远在天边几万公里，但是北斗应用其实就在我们身边。”

（辛乙荐自《看天下》）