北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式于7月31日上午在人民大会堂举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平宣布:“北斗三号全球卫星导航系统正式开通!”现场响起热烈掌声。

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开通北斗导航对我国的意义

北斗系统是中国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围,全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。自上世纪九十年代开始,北斗系统启动研制,按“三步走”发展战略,先有源后无源,先区域后全球,先后建成北斗一号、北斗二号、北斗三号系统,走出了一条中国特色的卫星导航系统建设道路。使我国成为世界上继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家,打破了国外卫星导航领域的垄断。

北斗三号全球卫星导航系统于2009年正式启动建设,由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星,共30颗卫星组成。2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。

中国北斗传奇之路

中国特色及中国之最

北斗导航系统的“厉害之处”在于拥有了独特的中国特色及中国之最:

精准度全球领先:北斗三号的最大功能特色就是精确授时。比如北斗三号卫星上的星载铷原子钟的精度处于国际领先水平,精准度达到创纪录的每天100亿分之5秒。

星载序原子钟是北斗二代卫星的核心部件,关系到整个卫星导航定位的精度。高精度星载铷钟是隶属于中国兵器工业的203所特为北斗设计的原子钟,这个星载序原子钟不但把长期频率稳定度指标提高了5倍以上,而且让北斗卫星的体积、重量大为降低到30%以上,大幅减轻了卫星的负荷、而且北斗卫星的寿命从8年提高到12年以上。北斗系统的时间基准都是以纳秒来计算的,星载铷原子钟提供时间的基准信号,精度能够到十的负十五次方,甚至负十六次方。这是一个非常高精尖的时间精度。

有源定位是北斗一大创举。北斗卫星导航系统具有位置报告功能就是有源定位,这是中国北斗的重大创造,它是利用无线电测定技术,利用两颗地球同步轨道卫星一起手拉手,能告诉“你、我、他”都在什么地方、具体的方位。比如我在上海、他在北京、你在天津等。北斗卫星导航系统同GPS相比具有一定的先进性,GPS卫星导航系统仅能无源定位,只能告诉你它的位置,不能告诉别人在哪个位置及干什么。

因此,有源定位之位置报告功能也被称为保障老百姓安全的“千里眼”。北斗卫星导航系统的精度可以控制在5公分之内,但这个数字依然不是北斗的“极限”,未来这个精确度还会大幅提高,甚至于可以提高到“分毫不差”。

高精度的服务是北斗的一大特色,通常传统的卫星导航系统的服务精度都是“米级”甚至“10米级”,北斗使用的精度大概在亚米级,一般是0.5米左右。这种量级的升级,好比黑白电视升级到彩电,再从彩电升级到高清电视水平。而更高精度的服务几乎很少开放给民用市场。

北斗卫星导航系统已经形成“全国一张大网”,并且借助2000多个地基信号增强站,为用户提供分米级、厘米级、甚至是毫米级定位精度的能力。在全球范围内,任意区域、任意时刻可见卫星达到了8颗以上,北斗系统的星座可用性就能达到100%。

美国的GPS定位导航系统技术分为军码和民用码,而目前对商用开放的是民用码,因此技术是掌握在美国手中的,假如遇到特殊情况下,对方刻意采取了信号干扰手段,那么将会造成信号定位不精确或者出现信号漂移情况,使得主动权掌握在别人手中。因此,发展北斗卫星导航系统的战略性目的其中之一就是不受制于人。全球四款导航系统,欧洲的伽利略还在建设探索中,俄罗斯格洛纳斯只提供给军用,而全球只有北斗和GPS向全球提供服务的时刻,全球主流导航系统。

具有短报文“独门绝技”。短报文通信功能是北斗系统在全球的一大“绝招”。北斗导航卫星附加了通信功能。北斗导航卫星的最终用户通过这个终端,第一时间知道自己的精确位置,还可以通过短信——即“短报文”将自己的具体情况告诉另外一个人。这个功能在沙漠地区、茫茫大海、深山老林等没有网络覆盖的地区,还有就是发生了自然灾害发、尤其是通信不通的环境之下,北斗通信功能发挥至关重要的作用。

比如汶川大地震时,震中区会产生很强的次声波,地震对地面上的通信设施造成了巨大的破坏,因此,在争分夺秒的关键时刻,与灾区的联系主要是通过我国自主研发的北斗卫星导航系统来完成的,如果没有这个系统灾后救援损失会非常大。

再比如今年5月中国2020珠峰高程测量登山队登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰进行的测量,早在15年前我国测量珠峰高程时,主要依赖美国的GPS系统,而这一次测量,主要以自主的北斗卫星数据为主,同时参考了美国的GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯其他全球三大全球卫星导航系统。

在北斗三号系统中,短报文通信的能力明显提升,信息发送能力从一次120个汉字一下子又提升到了1200个汉字,并且通信的带宽也从50万用户提高到了500万个用户。而且可以实现40汉字的全球短报文通信用户与用户、用户与中心控制系统间都可实现双向通信。广泛用于远洋渔业、抢险救灾、全球搜救等多个领域。

据统计,目前全国已有7万多艘渔船和执法船安装了北斗终端,目前累计救助了1万多人。因此,北斗导航在全球最大的竞争力,就是这个具备双向短报文技术,可以说它是北斗卫星的的独门绝技。

北斗系统不仅具有中国特色,增强国家安全、促进经济社会发展,同北斗卫星导航系统时也是一个开放和兼容的卫星导航系统,向全世界免费提供公开的卫星导航服务,体现出大国风范,成为又一个大国重器。

据统计,全世界超过一半以上的国家使用北斗系统,北斗系统对于全球经济社会发展作用越来越大。北斗卫星导航系统是一项重大而复杂的系统工程,北斗研发模式充分体现了制度优势,是集体智慧的结晶。对国外高技术封锁及突围具有重要示范意义。比如在核心芯片、光刻机等重要的战略性领域。

赋能未来

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。伴随着北斗完成全球组网的步伐,北斗加速定位服务的普及,对于北斗规模化应用具有重要意义。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,催生了精细农业、精准物流、自动驾驶、智能交通、智慧城市等经济发展新模式和产业发展新业态。

根据《卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2019年我国卫星导航与位置总产值为3450亿元,同比增长14.4%,其中包括芯片、算法、软件、数据、终端、基础设施等核心产业的产值为1166亿元,高精度专业应用市场规模占比约为总产值的5%左右。

北斗系统的全域覆盖、全时联通,将推动万物互联时代的加速到来。北斗卫星导航系统应用效果显著,交通运输是北斗应用的重点领域。到2019年底,中国超过650万辆运营车辆、4万辆邮政和快递车辆、36个中心城市、大约8万辆公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已用北斗卫星导航系统。北斗卫星导航与位置服务领域企事业单位数量大约在14000家左右,从业人员数量超过50万,并且形成长三角、珠三角、京津冀、鄂豫湘、川陕渝五大产业区。

目前中国已建成全球最大的营运车辆动态监管系统,并且正在向远洋航海、内河航运、铁路运输、航空运输、交通基础设施广泛铺开,大力提升国内综合交通管理及安全水平,由此统计,近些年来中国道路运输重特大事故发生率和死亡率均下降约50%。

北斗导航技术正在加速进入“新基建”领域,并且与新一代通信、区块链、物联网、人工智能等新技术深度融合实现万物互联,“北斗+”新应用逐渐扩大。根据统计,2020年一季度,国内入网的智能手机,已有70%以上提供北斗服务。中国已建立起集芯片、板卡、终端和运营服务为一体的完整北斗产业链,上游主要包括芯片、卡板、天线、电子地图等基础元器件;中游包括系统集成、终端产品、软件;下游是运营服务为主,以上这些领域都有上市公司布局。在国家关键行业和重点领域标配化使用,并且北斗导航型芯片、模块化高精度板卡、天线已出口到120多个国家和地区。

特别是北斗卫星导航系统的国际化标准也在快速推进。目前北斗已经成为国际海事组织认可的全球无线电导航系统,重要的是北斗全球信号标准已完成国际民航组织绝大部分指标的验证工作并且首个北斗船载接收设备检测国际标准已通过国际电工委员会批准向全球发布。

随着信息技术的发展,互联网、移动通信、卫星导航这三大支柱产业正在实现紧密融合、跨界融合。政府部门也在顺应信息技术领域发展变化的趋势,积极推动北斗与大数据、云计算与互联网、移动通信的融合发展。中国卫星导航系统管理办公室副主任陈谷仓表示,北斗系统若想做好服务,需要在技术创新、管理创新等方面进一步努力,推动引领应用发展。

结 语

从北斗一号工程立项开始,二十六载风雨兼程,为了实现共同的梦想,几代北斗人接续奋斗、数十万建设者聚力托举,在强国复兴的伟大征程中,一次又一次刷新“中国速度”、展现“中国精度”、彰显“中国气度”。

从中长期来看,在新基建和国家政策及重点示范项目的推动下,行业市场机会将不断涌现。北斗将逐渐与其他技术实现融合,催生大众消费领域中新的商业模式,并最终将成就极具前景的市场。2035年,以北斗系统为核心,建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。这也将促进我国的卫星导航产业迎来黄金发展时期。