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北斗突围GPS“包围圈”

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发表于 2020-8-9 00:10:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
 

 

7月31日,北斗三号全球卫星导航系统在人民大会堂宣布正式开通。8月3日,国务院新闻办公室举办了和北斗相关的新闻发布会,北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其、总设计师杨长风等人,出席并解答了媒体的提问。从90年代投入试验到现在完全落地,北斗卫星导航系统经历了20余年的研发和技术攻关。

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当前的国际形势下,逆全球化潮流抬头,大量成功出海的中国企业都遭到了海外敌对势力的围追阻截。新的背景环境下,采用自主研发技术的国产卫星定位系统,有了更加深远更加振奋人心的意义。北斗工程的成功,意味着我们打破了国外的技术垄断,并且具备了和其他定位系统一较高下的竞争实力,还推动了整体产业链的发展和进步。
GPS好用,为什么还要北斗?北斗系统之前,全球主要的三大卫星定位系统分别为美国的GPS、苏联/俄罗斯的GLONASS和欧盟的Galileo。其中最为我们所熟知的自然是GPS(全球定位系统),它由美国政府研发,70年代开始研制、1994年全面建成。使用者只要有GPS接收芯片即可任意使用GPS服务,不需要任何授权。但出于安全考虑,美国将GPS信号区分为军用和民用两套标准。过去很长一段时间里,民用GPS的定位精度被人为限制在100米,实用性大打折扣。2000年以后,民用GPS定位限制被解除,但精度相比军用标准依然有差距。

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凭借着推出时间早、覆盖率高和定位准等优势,美国主导的GPS迅速在全球范围内普及,甚至GPS一度成为卫星定位系统的代名词。目前,汽车、智能手机、船舶等交通工具或智能设备,普遍都采用了GPS芯片。得益于先发优势和产业链优势,GPS芯片成本被摊薄,得到了设备厂商的青睐。
GLONASS和Galileo的出现,很大程度上是出于打破GPS垄断的考虑。各国政府主导的卫星定位系统,除了常见的民用领域外,核心功能依然是为军事和国防安全服务。这种情况下,依赖完全被美国政府控制的GPS,自然是极为不理智的行为。90年代末的印巴战争中,美国切断了两国的GPS信号,让双方遭遇了巨大损失,同时也给其他国家敲响了警钟。

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对我国而言,在科技行业里,最核心的领域中,关键技术需要牢牢掌握在自己手中,尤其是涉及到国家安全的部分。最近几年的贸易摩擦中,不少国产企业就遭遇了“无芯之痛”,在关键技术上被卡住了脖子。如果说过去的全球化浪潮中,还会有企业沉浸在“造不如买”的幻想中;那么,现在的国际形势里,遭遇了挫折的国产厂商们,会更加坚定独立自主的决心。回过头来看,当初我们坚持在芯片行业持续投入、坚持研发自主卫星定位系统的战略,无疑是明智和富有远见的。
跻身全球四大定位系统,北斗强在哪?如果你仔细查看过最近几天的新闻报道,可以发现7月31日正式开通的是“北斗三号”。实际上,整个北斗卫星定位系统的从研发到落地,经历了“北斗一号”“北斗二号”“北斗三号”三个阶段,我国的卫星定位系统在这个过程中逐渐成熟和完善,最终形成完整的体系。
2000年,两颗北斗卫星成功发射并入轨,北斗一号落地。它的主要覆盖范围中国境内,同时也能兼顾东亚以及东南亚的大部分区域。当然,北斗一号也存在不少缺陷。例如它的定位精度只有20-100米,支持的用户数量只有150个,实用性依然不够。

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但是,北斗一号依然意义重大。
首先,它实现了我国卫星导航系统从无到有,从0到1的突破。其次,北斗一号在卫星定位系统中首创了主动发送消息的功能,让卫星和个人用户可以实现双向通信,而这是其他卫星定位系统所不具备的。
2010年左右,北斗二号工程在飞快进行。2010年到2012年,有14颗北斗卫星发射升空,分布在了近地球轨道、中地球轨道和静止地球轨道。北斗二号的覆盖区域增加到了南半球的部分亚太地区,定位精度也提升到了10米。北斗二号极大地增强了定位系统的实用性,不管是军事领域还是民用市场,北斗都能站稳脚跟。

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北斗三号则是一次更加全面的升级和短板补足。首先,卫星数量和覆盖面积大幅度增加。2017年到2020年,有30颗北斗卫星升空;北斗三号实现了全球信号覆盖,不再局限于原来的亚太地区,在地球上的任何一个区域,都能看到5颗以上的北斗卫星。至此,北斗真正成为名副其实的全球定位系统,具备了和GPS等对手分庭抗礼的实力。

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其次,北斗三号实现了部件全国产化。根据官方给出的信息,从“一箭双星”的火箭发射技术,到高精度的原子钟等核心技术,均来自自主研发,卫星的核心部件,更是实现了100%的国产化率。接收端方面,北斗28nm定位芯片已经实现量产,22nm量产也准备待绪。
中国境内,还专门为北斗定位系统组建了近3000个地面参考站,能够给卫星提供额外的补充信息,让定位更加准确。现在,北斗定位的精度可以进一步提升到厘米甚至毫米级别。另外,北斗三号通过星间链路实现卫星之间的通讯协作,即使地面站全部失效也能长期正常运行,极大地增强了抗风险能力。
总的来说,相比GPS,北斗的核心优势有这么几点:
1、安全。北斗完全由我国自主研发建设,不管是国防还是民用领域,都牢牢掌握着着自主权。
2、支持短报文通信。这是相比其他定位系统的独家功能,双向通信功能在救灾等紧急情况下非常实用。
3、三频信号。作为对比,GPS是双频信号,北斗三频信号能更好地消除高阶电离层的延迟,增强数据预处理能力,提高定位效率。
4、带动国内产业链升级。北斗开辟出的新市场,可以推动国产芯片、导航等产业的出现和发展。根据业内专家的预测,北斗卫星导航市场2020年的产值有望突破4000亿元。而北斗诞生之前,国内相关产业基本都是跟着GPS走的。
你的手机,可能早就用上了北斗在谈到自主研发的定位系统时,很容易把重心放在了军事和国防安全上。其实,北斗和普通人的关系,并没有我们想象得那么疏远。以我们最常用的智能手机来说,绝大部分在国内销售的产品,均已经加入了对北斗定位的支持。根据北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风透露的数据,70%的国内手机都能用北斗导航功能。
拿安卓阵营来说,近年发布的新机,基本百分百支持北斗定位系统。以刚发布不久的红米9A为例,虽然它是一款起售价不到500元的低端产品,但在定位系统上依然支持了GPS、Glonass和北斗。

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此外,你可以在手机上安装卫星软件来监测设备连接的卫星或定位系统。以我在的广州为例,小米MIX可以搜索到包括GPS、北斗在内的定位卫星。就普通用户的使用体验来说,支持更多的卫星定位系统,能够应付更加复杂的定位环境,获得更准的定位效果。

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不过,需要说明的是,目前北斗官方没有开发所谓的导航软件,部分应用商店或第三方渠道中出现的打着北斗旗号的应用,大概率是山寨或流氓软件。现在大部分地图或导航应用,在调用手机的定位功能时,都支持北斗系统。
当然,除了军事和手机,北斗能够应用到的其他场景也非常广阔,包括公共安全、救灾减灾、农林牧渔等领域。以种植业中的农药喷洒为例,使用无人机作业可以大幅降低成本,但对卫星定位技术的高度依赖。得益于北斗提供的高精度定位技术,农药喷洒可以大幅提升作业效率、减少浪费。而像远洋捕鱼等场景下,北斗系统除了可以提供基础的定位功能外,还能通过独特的报文系统给船只更有效的沟通机制,遇险也能更高效地搜救。
甚至乎,北斗未来还有望和5??G结合。比如说,像商场、停车场等卫星定位的室内盲区,可以借助密集的5??G?基站来实现精准定位,做到室内地图导航。
小结经过20余年的奋战,我国自主研发的北斗实现了从无到有、由弱变强,迅速崛起成为全球四大卫星定位系统之一。从大的方面来说,北斗的成功落地,对打破国外垄断、捍卫国家安全有着重大的意义。从个人层面来看,北斗定位系统让普通人的日常生活也更加便利,地图、导航等场景下得到了更有力的技术支撑。对海外市场和用户而言,北斗在卫星定位上提供了一个新选择,更充分的竞争符合大多数人的相关利益。
近年,我们面临的国际形势也并不平静。逆全球化和贸易保护主义重新抬头,最近TikTok被美国当局强制要求出售就是一个新鲜的例子。如果没有北斗,继续依赖于GPS,那么就难免避免受制于人的命运。无数的案例已经表明,这条路是行不通的。在新的复杂局势下,北斗三号的全面落地,给了我们打了一针信心上的强心剂,前进的道路或许充满曲折,但终究是光明的。
 

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