年6月23日9时43分北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心成功发射。从年北斗一号的首星发射到北斗三号的末星入轨的20年间中国航天人用他们的集体智慧战胜了无数的艰难险阻才终于完成了这一宏伟的航天工程。中国为什么要耗费大量的时间、资金、人力研发北斗卫星导航系统呢?这是因为独立自主的卫星导航系统对一个国家的战略意义实在是太大了。
可能我们普通人在日常生活中对导航系统的应用主要就是手机、汽车的定位导航功能,然而事实上导航系统的用途其实是相当丰富的:远洋运输、航空导航、测量测绘、农田信息采集,,,,,,卫星导航系统还可以应用于军事领域:在战争状态下如果你安装着人家的GPS,那么人家把卫星一关就使你的导弹会因为失去目标而在天上乱飞,但人家却依然可以精准打击你。
年的海湾战争中以美军为首的多国部队依靠GPS制导的导弹和战机在10天内就把伊拉克上百万大军直接打回老巢。伊拉克在战前本以为能跟美军好好周旋一番,结果美军直接切断了伊拉克的GPS导航权限,从而使得伊拉克预警雷达、导弹失灵,以致于伊拉克军队的指挥官跟士兵之间都没法取得联系。这样的现实也使远在万里之外的中国意识到了拥有独立自主的卫星导航系统何其重要。
年7月中国远洋运输总公司广州远洋运输公司所属的全集装箱货轮“银河号”被美国强行切断GPS。美方以怀疑“银河号”载有硫二甘醇和亚硫酰氯(违禁品)为由出动巡洋舰逼停“银河号”后在达曼港对其进行检查。我在这里不过多赘述“银河号”事件的具体经过。感兴趣的朋友可以自行百度查阅。我在这里只提我们在“银河号”事件中所受的委屈在本质上是由于当时我国还没有自己的卫星导航系统所致。
当时我国的远洋轮船要靠美国的GPS导航定位。美国一旦切断GPS信号就导致靠GPS导航的设备变得像无头苍蝇一样。如果“银河号”连接的是我国自己的北斗系统,那么在美方没确凿证据以前完全可以不必理会。遗憾的是当时我们还没有自己的卫星导航系统。在当时的状态下如果美国不恢复GPS信号,那么“银河号”既不能继续前往目的地、也回不了家。
年的海湾战争和年的“银河号”事件使我们充分意识到独立自主的卫星导航系统所具有的重大战略意义。年我国正式启动了北斗1号系统工程。年印度和巴基斯坦爆发卡吉尔冲突时美国再次故技重施关闭GPS。这件事不仅直接促使印度下决心搞自己的卫星导航系统,同时也刺激我国加快了北斗系统的研发进程。年北斗一号首星发射成功。
其实“国之重器不可受制于人”这个道理是谁都明白的。被海湾战争打醒的也不是只有中国。除了中国在发展自己的北斗系统之外俄罗斯有自己的GLONASS系统、欧盟有自己的伽利略系统、日本有自己的准天顶卫星系统、印度有自己的IRNSS系统。当然各国的卫星导航系统发展水平并不一样:目前只有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略、中国的北斗四大卫星导航系统能实现全球覆盖。
相比之下日本的准天顶、印度的IRNSS目前只是区域导航系统。可无论怎么说当今世界主要的科技强国、工业强国几乎都在发展自己的卫星导航系统的确是一个不争的事实:美国如此,中国如此,俄罗斯如此,日本、印度莫不如此......就连韩国也计划在年以前建成自主导航系统。当年我国发展自己的北斗系统时也曾考虑过与其他国家合作。恰逢当时欧盟也启动了伽利略系统计划。
年中国携2亿欧元参与伽利略计划,然而却被欧盟处处排挤。下决心单干的中国随即在年启动北斗2号计划。年10月北斗二号连发16颗卫星后导航系统正式完成组网。年6月最后一颗北斗三号卫星成功入网意味着北斗卫星导航系统正式完成了对全球的覆盖。就这样我国从无到有突破层层技术封锁终于使我们独立自主的卫星导航系统实现了全球覆盖。
零配件%国产化的北斗卫星导航系统相比国际上其它几大卫星导航系统各有各的独特优势。目前已建成的覆盖全国的北斗地基增强网在中国率先提供了厘米级的高精度位置服务。这能提供精准的农业、车道级的导航以及建筑物的形变监测等多种应用。现在支持北斗高精度的手机可以实现一米的定位精度。过去的导航系统通常只能接收信息,而不能主动向外发送信息。
北斗卫星导航系统一大独特优势就是:既可以接收,也可以发送。使用北斗不仅能知道自己在哪儿,而且还能让别人知道我在哪儿。比如当发生地震等自然灾害时就能通过这种功能为救灾工作提供精准的定位服务。北斗系统这一独创的“短报文”功能是目前世界上其它导航系统尚不具备的。除了卫星导航这一基本服务之外北斗还在一个系统内整合实现了星基增强、国际搜救、短报文通信等多个系统。
美国GPS的起点时间是UTC时间年1月6日0时。美国设计人员用周计数和周内秒表示当前时刻和初始时刻的时间差,再结合闰秒得到UTC时间。不过GPS的周期仅有周(约合19.7年)。航空、交通信号灯、电网等等采用的都是GNSS授时。这主要是因为成本比高精度原子钟低,所以当GPS的周计数从“”翻转到“0”时GNSS授时很容易出差错,接着就是相关系统发生紊乱,从而增加了事故的概率。
这样的时间BUG其实在全球卫星导航系统中都无法得到根本性的解决。同样我国的北斗系统也无法从根本上解决这个问题,但北斗的时间周期长达年(足足是美国GPS的8.12倍)。我们这一辈人其实根本就活不到北斗周期翻转的那一天。年一个周期就大大降低了因为周期翻转造成系统紊乱事故的概率。由此可见我国的北斗系统的确是有自身独特优势的。
那么作为全球最先拥有卫星导航系统的美国能放任中国北斗的发展吗?也许这里的放任更该打引号。事实上美国从没放任北斗做大做强,而是一直都在对北斗进行各种压制。早在上世纪中国就提出了建设自主导航系统的设想,但苦于技术和资金一直没能实现。年欧盟提出建设伽利略导航系统时中国表示愿意参与其中。一开始中欧之间的确进行了卓有成效的合作。
中国和欧盟后来没能在导航系统上进一步合作固然有上文提到欧盟对我们处处设限的原因,但欧盟拒绝与中国进一步深化合作的背后其实也少不了美国干预的因素。这就迫使中国不得不走上了自主研发、自我发展的道路。在某种意义上正是美国的压制迫使我国走上独立自主的研发道路,否则我们的北斗可能还不一定能发展这么快这么好。只能说美国没使用反卫星技术这种赤裸裸的方式攻击过北斗系统。
不过暗中实施的各种打压可是从未停止过。为什么反卫星技术强大的美国没对北斗采取过公开的攻击行为呢?首先美国如果这样做其实是师出无名的,因为中国研发自己的北斗导航系统完全是符合国际法准则的。事实上当今世界几乎所有主要的工业化大国无不在竞相发展自己的卫星导航系统。发展卫星导航技术是完全符合国际法的,也是当今时代的世界潮流。
美国在拥有了GPS之后自然不希望别的国家从全球导航领域分一杯羹,然而各国竞相发展自主导航系统乃是大势所趋,因此即使是美国也无法压制这样的发展趋势。就连日本也在年用本国自主研发的"准天顶卫星"系统取代了美国版的GPS系统。尽管日本的导航系统只能实现区域覆盖,尽管日本在外交路线上一贯以美国马首是瞻,然而在这种涉及自身核心利益的问题上还是选择使用自主导航系统。
在美国对日本高度控制的状态下尚不能压制日本发展自主导航系统的决心,那么又怎么可能压制中国的决心呢?中国的北斗系统从一开始就是走的独立自主的研发路线,所以北斗卫星导航系统成功实现了零件%国产化。这点其实是相当重要的。比如最顶尖的光刻机就需要全球大多数国家的最先进科技成果,因此国外科学家曾说:“就算把光刻机图纸给你,你也造不出来”。
如今这世界格局大家也都清楚。我国被西方技术封锁也不是一天两天的事了。然而北斗所有的技术、零件都是%国产的,所以不会出现其他国家用零件“卡喉咙”这种现象。至少在和平状态下美国是没理由对别国的卫星导航系统进行攻击的。况且如果美国一旦攻击了北斗系统,那么势必将招致中方的反击。美国智库负责人克雷庞曾表示:中、美都具备反卫星的能力。
每一套导航系统都拥有出色的地外抗击打能力。我国北斗系统在研发之初就早已想好了对策,而且地表发射武器想要击中地外轨道卫星的难度极大。击毁少量导航卫星是无法造成整个北斗系统瘫痪的。即便某个卫星真的被击落,那么我国也能在短时间内发送新的导航卫星。再则说同样具备反卫星的能力的中国能任由别国击落自己的卫星吗?我们当然也是有能力击落其他国家地外导航卫星的。
目前中、美双方在反卫星技术方面的实力是对等的。在这种状态下这种对抗是不必要的,如果执意要公开对抗只能造成两败俱伤的结果。如果无缘无故把别国卫星打下来就是赤裸裸的挑衅。要知道现在拥有自主卫星导航系统的国家哪个也不是吃素的,尤其是拥有能覆盖全球的卫星导航系统的美、俄、中这三个大国更是彼此实力相当,美国还不至于猖狂到敢公开攻击北斗的地步。
总之北斗的确是值得我们中国人自豪的国之重器,然而我们真的充分了解北斗系统究竟是什么吗?事实上很多人对北斗系统都存在或多或少的误解。去年北斗收官卫星发射时国家有关部门就提出要加强宣传以消除民众的误解。那时我也曾响应国家相关部门的这种号召针对当时人们对北斗系统普遍存在的一些误解写过一些辟谣文章。可最近我才发现时隔一年之后还有不少人的误解并没消除。
误解之一:既然我国现在已有自己的北斗系统,可为什么我们的手机上还显示着GPS呢?
可能很多人都有这样一种疑惑:既然我国现在已经有了自己的北斗系统,那么为什么我们的手机上还显示着GPS呢?尽管我们常把GPS挂在嘴边,然而不少人未必真了解这一词汇的含义。GPS是全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem)的英文缩写,所以GPS的本意指的就是全球定位。严格意义上无论美国的全球定位系统、中国的全球定位系统还是其他国家的全球定位系统都属于GPS的范畴。
只不过由于美国的全球定位技术起步最早,所以美国就堂而皇之把自己的全球定位系统称之为GPS。美国的GPS系统很早就已投入市场,几乎所有国家都曾使用过该系统,而当时的美国基本也在该领域实现了垄断。这也就使“GPS”一词同时具有了广义和狭义两层含义:广义的GPS就是指的全球定位;狭义的GPS则特指美国的全球定位系统。我国的北斗系统在本质上也是一种卫星导航系统(属于广义范畴的GPS)。
现在我们的手机中所显示的GPS并不是特指美国版的GPS,而是同时兼容全球四大定位系统(包括我国的北斗系统在内)。其实我们根本无需纠结自己的手机所显示的是“GPS”还是其他,因为我们其实早就开始在使用北斗系统了。去年北斗收官之星的成功发射标志着全部组网工作的最终完成,意味着北斗导航系统真正具备了全球覆盖能力,不过在此之前北斗的某些功能实际上就已开始得到应用了。
早在年北斗一号系统就已开始提供部分服务。年的汶川抗震救灾中就曾使用过北斗的“短报文”功能。年北斗二号开始为亚太地区服务。在武汉火神山、医院的建设过程中北斗高精度定位设备的火速驰援确保了工地大部分放线测量一次性完成,从而实现了高精度定位、精确标绘,向世界展医院的中国力量。由此可见其实我们早就在使用北斗系统了。
当然刚才提到的这些都是国家宏观层面的使用。事实上北斗系统在早期的应用的确是优先服务于军事领域和国家大型公共工程,不过目前我们普通老百姓日常所用的手机也早已开始使用北斗了。年后出产的国产手机基本上都是兼顾北斗导航服务的。目前我国市场上的智能手机和各种移动终端设备大体分为两类:安卓机型普遍都已实现了兼顾北斗导航服务,而苹果机型则不支持北斗。
误解之二:手机连接北斗需要下载专门的APP
目前全世界有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略、中国的北斗四大全球定位系统。除此之外印度有自己的IRNSS卫星导航系统、日本有自己的"准天顶卫星"系统,但这两种卫星导航系统属于尚未实现全球覆盖的区域导航系统。年后出产的国产手机都是在支持北斗系统的同时兼容多种导航系统的,而且手机的介绍里一般都会列出会支持哪些定位系统。
目前华为手机支持的定位有:GPS(L1+L5双频)/AGPS/GLONASS/北斗(B1I+B1C+B2a三频)/伽利略(E1+E5a双频)/QZSS(L1+L5双频)/NavIC。小米手机支持的定位有:北斗:B1I+B2a丨GPS:L1+L5丨Galileo:E1+E5a丨GLONASS:G1丨QZSS:L1+L5
AGPS等。几年前世界四大定位系统就签订了民用信息共享的协议:四大系统共同为全球服务。
我们的手机在接收卫星信号时四大系统中哪颗卫星信号最强就接收哪颗卫星。如果你所在的位置北斗信号较弱,那么你手中的定位设备就会自动转成GPS(狭义)导航;反过来如果你所在的位置GPS(狭义)信号较弱,那么你手中的导航设备也会自动转成北斗导航系统;有时也可能转成俄罗斯的格洛纳斯系统或欧盟的伽利略系统。手机定位其实并不用人工干预使用何种定位系统。
手机导航过程中会使用多款导航系统联合定位。这也就是说用手机导航时其实并不需要人工干预选择具体某种系统。如果某地区某款卫星表现不好,那么定位设备就会自动选择使用另外一种导航系统进行定位,所以我们在使用导航时其实并不需要专门下载北斗导航,只需要继续使用原来的高德地图、百度地图、腾讯地图即可,因为它们都是支持北斗系统的。
大家不妨想想我们平时是用百度地图、高德地图等APP导航,那么你见过百度发射过自己的导航卫星吗?还有以前我们没有北斗时用GPS(狭义)导航,可有谁见过GPS的APP长什么样子吗?只要你的手机或终端可以接收北斗信号,那么就可以使用北斗导航系统,根本不需要去下载任何专门的APP。如果你要问我北斗导航怎么使用,那么我直接告诉你:“你原来怎么导航的,那么你现在还是一样操作”。
误解之三:外国人不能使用北斗
年7月31日中国外交部发言人汪文斌在对外发言中说:“北斗不仅是中国的北斗,也是世界的北斗,既服务中国,也服务世界”。从年起北斗二号就已开始为亚太地区服务。年我们和巴基斯坦签订了协议,从而将北斗卫星导航系统引入到巴基斯坦。目前我们已在巴基斯坦建立起了北斗导航系统地面站网。北斗导航卫星网络早已覆盖了巴基斯坦第一大城市卡拉奇以及其他周边地区。
网上有些人所热衷炒作的“外国人能不能用中国的北斗系统”其实根本就是一个不存在的伪命题。目前全球半数以上的国家都已使用我们的北斗系统。如今北斗卫星导航系统已在东盟、南亚、东欧、西亚以及非洲等地得到了广泛的认可。在这些国家的土地权利确认、农业精准化、数字化建设、机场定时服务、车辆和船舶的监控和管理以及智能港口管理系统中到处都可以看到中国的北斗卫星导航系统的影子。
由此可见中国的北斗系统早就在国际上得到了广泛的应用,那么现在还需要讨论什么外国人能不能用北斗系统的问题吗?再说我们以前没有北斗的时候用的不也是别人的系统吗?说白了卫星导航系统这东西本来就是全球通用的。北斗在北美、非洲等地的定位精确度在5米左右,在亚太地区可以精确到2.5到3米。当然这基本可能就是公开的“民用”精确度。在军用上可能还会更高一些,可那就属于保密数据了。
“中国芯”的北斗并不比GPS差,甚至某些局部优越度已高于GPS了。北斗还有一个能力就是没有地面支持的情况下卫星系统也可以实现60天自主运行,同时上下链路还不受大气电离层的干扰。如今包括美国也在使用我们的北斗系统,但我国只同意他们使用北斗的民用信号,因为直接关乎到我国安全问题的军用部分是无论如何不会允许任何国家插手的禁区。
我也看到网上有些人质疑外国使用我国的导航系统会不会对我国的利益造成破坏。那么反过来思考当年全球只有美国一家有导航系统时其他国家使用美国的系统对美国的利益造成破坏了吗?恰恰相反你越是使用美国的系统意味着你对美国的依赖性越大。为什么中国、俄罗斯、欧盟、印度、日本都要发展自己的卫星导航系统呢?因为大家都明白国之重器不可受制于人的道理。
误解之四:北斗系统是否收费
其实不管是美国的GPS还是中国的北斗卫星导航都是要收费的,只不过其收费的模式并不是所谓的租贷,也没什么网络费、使用费。那么究竟靠什么收费呢?答案是靠芯片。芯片是专门用来接收卫星信号的。当你需要导航时就是芯片在发挥作用。事实上你所购买的手机、汽车上面本身就安装有导航软件和芯片,所以相关费用实际上已包含在你购买手机、汽车的费用之中。
无论外国人、中国人如果只是单纯使用北斗导航是免费的,可如果要使用含有北斗芯片的手机、汽车等产品就需要花钱了。举一个最浅显的例子:以前你打开手机使用GPS时给美国政府交过费吗?那么现在使用中国的北斗系统同样也是免费的。现实中之所以有些人会形成使用北斗要交费其实是混淆了北斗系统和北斗产品的概念:尽管单纯使用北斗系统是免费,然而使用含有北斗芯片的产品并不是免费的。
手机用户认为使用北斗系统定位要收费很多是因为受了一款名为“北斗地图“的APP误导。我在上文已提过使用北斗系统并不需要下载专门的APP,所以手机商城里那些带有“北斗”字眼的导航APP其实全都是打着北斗的招牌从老百姓口袋里收钱。大货车的定位记录仪其实和手机APP也有些相似:生产货车定位记录仪的商家尽管给自己冠以“北斗”字样的名称,然而实际上与北斗卫星并无直接的联系。
其实你不装这些“第三方”公司所谓的北斗地图、北斗导航之类的产品并不影响你使用北斗系统。到底是哪个系统定位主要取决于手机的硬件设施。这里重点强调使用哪个系统定位只取决于硬件设施,和你在手机上下载哪个地图软件没任何关系。如果你原来用的高德地图就还是用高德,原来用的百度地图就还是用百度,不要去下载那些要收费的第三方软件。
我不止一次见到有人问这样的问题:为什么我的手机一打开就是百度地图、高德地图、谷歌地图,咋就没见着北斗的地图软件呢?北斗到底该怎么用呢?我再次强调不用去下载任何APP,你以前怎么使用导航的现在依然怎么用。地图软件和卫星导航系统本来就是两种完全不同的东西。如果这么解释还听不明白,那么不妨想想我们平时是用百度地图、高德地图等APP来导航,可你见过百度发射自己的导航卫星吗?
误解之五:何谓“北斗掉线”?
今年4月5日河北沧州一位货车司机途径唐山市丰润区超限检查站时因北斗定位系统掉线被处罚款元。货车司机在沟通无果的情况下最终选择喝农药自尽。事后人们除了对当地交警部门的执法提出质疑以外也引发了对所谓“北斗掉线”问题的热议。如果单纯从技术上看“北斗掉线”可能有两种原因:一是卫星导航系统的信号的问题;二是企业生产的设备存在问题。
其实所谓的“北斗掉线”这个概念是很不严谨的,因为这会使人误以为是“北斗卫星掉线”。据相关业内人士表示:“北斗卫星导航系统有几十颗卫星会24小时源源不断在发射信号。即使其中一颗过境时收不到信号,那么其他的卫星也会继续输送信号”。退一步讲即使真出现了北斗系统信号不好的状况,那么最终影响的会是一大片区域,绝不可能只影响某一辆货车的单一设备。
“这一大片区域”可以是方圆几十平方公里,也可能是整个省都无法收到信号。所以如果导航系统自身出现问题是根本瞒不住的。然而使用者必须靠某种设备接收北斗卫星所发射的信号,这就像你在自己家架设一个电视锅儿接收电视台的信号一样。如果你看不到电视有可能是电视台的信号问题,也有可能是你的接收装置出了问题。所谓的大货车北斗掉线问题其实是大货车的定位装置出了问题。
货车的北斗卫星定位装置其实都是企业自行开发的。目前我国的定位记录仪市场还并不是很规范:目前这一行并没一个全国统一的软件平台,那些打着“北斗”旗号的记录仪生产厂家其实都是各自开发的。在这种缺乏统一标准和监管的情况下设备出故障其实一点都不奇怪。每个商家算法、性能都会有所差异,因此就需要相关部门定期对企业的产品进行抽查。
去年北斗收官之星发射后全国人民都在