9月17日，新華網(wǎng)報(bào)道，記者從首屆衛(wèi)星應(yīng)用國(guó)際博覽會(huì)上了解到，我國(guó)北斗三號(hào)全球定位系統(tǒng)正式啟動(dòng)建設(shè)，計(jì)劃今年底將發(fā)射四顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類(lèi)用戶(hù)提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具有獨(dú)特的短報(bào)文通信功能。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師冉承其表示：“我們正在建設(shè)的北斗三號(hào)系統(tǒng)，它除了全球覆蓋以外，在性能上、系統(tǒng)的可靠性上，還會(huì)有大的提高。從定位精度來(lái)講，會(huì)在現(xiàn)有系統(tǒng)性能提高一到兩倍。”
中國(guó)為什么要耗時(shí)耗力的發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？期間是怎么與歐美日進(jìn)行博弈的？中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)究竟發(fā)展的怎樣？這篇文章講清楚了。
本文轉(zhuǎn)載自雷鋒網(wǎng)，不代表瞭望智庫(kù)觀點(diǎn)。
國(guó)際上有一個(gè)高大上的俱樂(lè)部，它只有四個(gè)會(huì)員，卻吸引了各國(guó)首腦的關(guān)注和眾多頂級(jí)科學(xué)家工程師的研究，這個(gè)俱樂(lè)部就是GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)），四個(gè)會(huì)員分別是美國(guó)GPS、歐洲伽利略GALILEO、俄羅斯格洛納斯GLONASS、中國(guó)北斗COMPASS。
中國(guó)北斗是個(gè)新會(huì)員，同時(shí)也是發(fā)展勢(shì)頭最猛的會(huì)員，北斗是咋回事？對(duì)我們的生活有什么影響？這是一個(gè)很有意思的話(huà)題。關(guān)于北斗，學(xué)術(shù)期刊上的文章有很多了，但專(zhuān)業(yè)文章的術(shù)語(yǔ)太多，普通人讀不懂，而且也不會(huì)有興趣去讀。
媒體和網(wǎng)絡(luò)上也有一些介紹性的文章，多數(shù)是彰顯政府成就的宣傳稿，內(nèi)容比較零散，不便于讀者全面了解，而且很多文章的說(shuō)法并不準(zhǔn)確，顯然是非專(zhuān)業(yè)人士寫(xiě)的。科技報(bào)道不是由科技人士撰寫(xiě)，而是文科出身的記者捉筆，這種現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)科技報(bào)道的痼疾。
因?yàn)閷?zhuān)業(yè)的原因，我一直關(guān)注著北斗，而且多年通信專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)了我將復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題用通俗的語(yǔ)言描述出來(lái)的特長(zhǎng)。我利用了兩個(gè)月的業(yè)余時(shí)間，查閱了大量公開(kāi)發(fā)行的資料，梳理出了這篇全面介紹北斗衛(wèi)星的科普長(zhǎng)文。
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從GPS說(shuō)起
1957 年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了全世界第一顆人造地球衛(wèi)星，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)的空間世紀(jì)。美國(guó)對(duì)此密切關(guān)注，有一位名叫比爾.蓋伊和數(shù)學(xué)家和一位叫喬治.威芬巴赫的物理學(xué)家，他們?cè)诨羝账菇鸬膽?yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，那就是這顆衛(wèi)星的頻率出現(xiàn)了偏移，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移效應(yīng)。
這兩位科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)如果在地面上架設(shè)多部接收機(jī)，就可以根據(jù)接收到的信號(hào)的不同頻差推算出這個(gè)衛(wèi)星的具體位置，他們很高興地把這個(gè)研究成果告訴了實(shí)驗(yàn)室主任弗蘭克.麥克盧爾，說(shuō)他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤。
弗蘭克主任當(dāng)時(shí)在做海軍的一項(xiàng)研究，研究?jī)?nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置，聽(tīng)到兩位科學(xué)家的匯報(bào)后他眼前一亮，既然你們能夠發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪里，如果把問(wèn)題反過(guò)來(lái)，衛(wèi)星就能發(fā)現(xiàn)你們?cè)谀睦铮＼娷娕灦ㄎ坏膯?wèn)題有思路了！
GPS系統(tǒng)就按這種思路啟動(dòng)了，方案中需要解決的第一個(gè)問(wèn)題就是：衛(wèi)星該采用低、中、高哪種軌道？如果采用低軌道的話(huà)，發(fā)射成本比較低，精度比較高，但若覆蓋全球的話(huà)則需要200顆衛(wèi)星，這樣浩大工程實(shí)在是負(fù)擔(dān)不起。
如果采用高軌道，理論上三顆衛(wèi)星就能覆蓋全球，但除了高軌道衛(wèi)星的發(fā)射難度大之外，更主要的是定位精度會(huì)很低，原因有兩個(gè)：一是軌道太高會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差大，二是靜止軌道與地面物體的相對(duì)速度很小，不利于使用多普勒頻移的解算方法。
中軌道是比較折衷的方案，覆蓋全球只需要24-36顆衛(wèi)星，由于軌道是運(yùn)動(dòng)的，即使地面的物體不動(dòng)，但相對(duì)衛(wèi)星的速度也很大，這就可以充分利用多普勒頻移方法了。
基于以上綜合考慮，美國(guó)選擇了24顆衛(wèi)星的中軌道星座，1978年發(fā)射了第一顆，全系統(tǒng)在1995年投入運(yùn)行，現(xiàn)有衛(wèi)星30顆，分為軍用和民用兩種定位模式，其中民用方式向全球開(kāi)放。
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美國(guó)是不是活雷鋒？
GPS是個(gè)好東西，對(duì)人們生活品質(zhì)的提升相當(dāng)大，例如汽車(chē)和手機(jī)導(dǎo)航就非常重要，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。GPS對(duì)于探險(xiǎn)航海就更重要了，關(guān)鍵時(shí)刻可以救命。這么好的東西，美國(guó)又投入了巨資，居然向全世界免費(fèi)，難道美國(guó)政府是活雷鋒？
其實(shí)即使GPS不免費(fèi)那也收不上來(lái)錢(qián)，為啥這樣說(shuō)呢？因?yàn)镚PS是單向通信體制，這跟廣播電視塔類(lèi)似。廣播電視塔大家都知道，它只管發(fā)射信號(hào)，到底有1個(gè)收音機(jī)聽(tīng)還是1萬(wàn)個(gè)收音機(jī)聽(tīng)，廣播電視塔是不知道的，GPS系統(tǒng)也是如此，30顆衛(wèi)星只管不停地向地面發(fā)信號(hào)，具體是誰(shuí)在接收并使用這些信號(hào)，它是根本不知情的，既然不知情，那還怎樣收錢(qián)？
通過(guò)售賣(mài)高價(jià)解碼芯片來(lái)收錢(qián)行不行？答案是不行，因?yàn)镚PS采用的是只發(fā)不收的單向通信機(jī)制，這對(duì)加密傳輸來(lái)說(shuō)是先天的障礙，即使搞了加密，沒(méi)幾天就會(huì)被破解了，尤其是民碼還要求簡(jiǎn)單易用，接收設(shè)備要求成本低廉，這對(duì)加密來(lái)說(shuō)就更加困難了。
如果GPS免費(fèi)，則一定會(huì)在全球形成巨大的市場(chǎng)，依托這套系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生新的國(guó)際性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)會(huì)形成一股強(qiáng)大的國(guó)家軟實(shí)力，所以說(shuō)GPS免費(fèi)是符合美國(guó)國(guó)家利益的。
GPS 免費(fèi)對(duì)全世界的民生來(lái)說(shuō)是個(gè)福利，但在軍事方面卻是個(gè)挑戰(zhàn)，美國(guó)敵對(duì)國(guó)家的軍機(jī)戰(zhàn)艦上當(dāng)然也可以安裝，美國(guó)人也禁止不了，這對(duì)美國(guó)是不是一個(gè)威脅呢？其實(shí)GPS開(kāi)放的只是民碼，精度比美國(guó)軍方使用的軍碼差了十倍，先天就挫了一大截。更重要的是，萬(wàn)一跟美國(guó)打起了仗，人家把GPS民碼給你一停，你已經(jīng)很依賴(lài)GPS了，甚至連指南針都丟了，這可就抓瞎了。如果美國(guó)不給你停GPS，而是發(fā)個(gè)欺騙碼，瞄準(zhǔn)美國(guó)的導(dǎo)彈就可能飛到自己的陣地上，這更加可怕。
所以說(shuō)，他國(guó)的軍備絕不能使用美國(guó)的GPS，一旦形成依賴(lài)就會(huì)像吸毒者一樣無(wú)法自拔，必須要發(fā)展本國(guó)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)然，發(fā)展本國(guó)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)也只是少數(shù)大國(guó)的權(quán)利，至于泰國(guó)墨西哥等小國(guó)家其實(shí)是不必操這個(gè)心的，因?yàn)槿蚨ㄎ粚?dǎo)航系統(tǒng)實(shí)在是太浩大，綜合國(guó)力微弱的小國(guó)家們根本就造不起，還是老老實(shí)實(shí)地繼續(xù)用GPS吧，這倒也省心。
