北斗系統(tǒng)“亮劍”GPS

撰文 / 靠譜的阿星

人們已經(jīng)習慣把定位和導航叫做“GPS”，這是一種慣性。

6月23日，隨著北斗三號衛(wèi)星組網(wǎng)收官，北斗系統(tǒng)完成全球衛(wèi)星導航部署，人們或許在未來一段時間需要改口叫做“BDS”（BeiDou Navigation Satellite System)。

作為“大國重器”，北斗系統(tǒng)此前就在一些涉及國家安全領域之中廣泛應用；由于終端芯片更加便宜、定位誤差更小、精度更高、支持短報文、無源定位等功能，目前已有70%的國產(chǎn)手機采用北斗系統(tǒng)，大部分運營車輛及漁業(yè)、海事、移動通信、民航等終端設備均采用北斗系統(tǒng)。

讓人自豪的是，北斗系統(tǒng)還是中國向全球輸出的公共服務產(chǎn)品，這不僅是中國“去依附”的科技成果，也將給世界帶來深遠影響。本文試圖梳理出北斗系統(tǒng)如何在GPS系統(tǒng)主導定位導航天下之下被迫獨立探索，并形成自身的核心實力開創(chuàng)新的基礎產(chǎn)品格局的大致過程。

01GPS的國安隱患、伽利略計劃的排斥，逼出了北斗系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)官網(wǎng)這樣對北斗的功能和作用做出說明：

「北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施?！?/p>

北斗誕生的淵源要追溯到1991年的海灣戰(zhàn)爭之中，以GPS為信息戰(zhàn)的“眼睛”發(fā)起對一個國家外科手術式打擊震驚了世界，也刺激我國進行軍事變革；尤其是遭遇了1993年“銀河號事件”事件之后，讓國家意識到擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的緊迫性。

北斗系統(tǒng)部署分為“三步走”戰(zhàn)略，從1994年北斗一號的研制到2003年完工的“北斗一號”，讓我國初步擺脫了對GPS的依賴。彼時，歐盟正在聯(lián)合搞全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，我國曾試圖投入巨資入伙，但發(fā)現(xiàn)很多核心技術并不開放并果斷退出了伽利略計劃，推進“北斗二號”。

“北斗二號”的申請軌道和頻率和歐洲伽利略系統(tǒng)一致，按國際規(guī)則，衛(wèi)星軌道和頻率誰先占了算誰的，雖然伽利略計劃的第一顆衛(wèi)星比我國早兩年上天，但只占了軌道沒開通頻率，歐洲不慌不忙的搗鼓給北斗二號的部署時間。北斗二號第一顆衛(wèi)星就占了衛(wèi)星軌道和頻率，隨后開始一個接一個的打衛(wèi)星，后來還發(fā)展到一箭雙星。

2018年是“北斗創(chuàng)業(yè)史”上開掛的一年，一年10箭18星，創(chuàng)下了全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)最快組網(wǎng)紀錄，2018年這一年也是“北斗三號”提供全球服務的開始。

當6月23日，北斗三號組網(wǎng)成功之后，孫家棟院士祝賀到“北斗是中國幾代北斗人努力的結果，是中國人的驕傲，希望北斗全球系統(tǒng)穩(wěn)定運行，服務中國，服務世界。”

02北斗系統(tǒng)與GPS將在全球范圍內(nèi)展開激烈的市場競爭
據(jù)歐盟2018年的統(tǒng)計、GPS占據(jù)了全球60%以上的市場份額、伽利略約占全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)市場份額的25%，而北斗系統(tǒng)占據(jù)11%，該統(tǒng)計由于一些應用領域的保密性只能作為大致參考。

至今在國內(nèi)依然有一些朋友認為北斗不如GPS精準，這實際上是由于北斗系統(tǒng)在營銷和宣傳上此前保持低調(diào)有關。

實際上，北斗使用了GEO和IGSO衛(wèi)星，再加上衛(wèi)星之間形成的數(shù)據(jù)通信鏈路，相比于其他系統(tǒng)僅使用中軌道的MEO衛(wèi)星，是更為復雜、先進的星座系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星作為中軌道衛(wèi)星東西旋轉，要保障精準度必須在全球設站，除美國以外的地區(qū)很難做到全球分布，而北斗的軌道高度比GPS高，為增加覆蓋面積，增加了衛(wèi)星間鏈路系統(tǒng)，可以讓衛(wèi)星互相“打電話”，使衛(wèi)星定位的精度大幅度提高。

并且，北斗是全球第一個實現(xiàn)三頻發(fā)播的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。三頻本是由美國最先提出來的構想，但由于美國衛(wèi)星發(fā)射相對較早，當時美國通過實驗發(fā)現(xiàn)單頻系統(tǒng)無法消除電頻層的干擾，極易造成誤差，而雙頻就能很好地解決這個問題，所以三頻就一直沒有難以全面付諸實施。美國的首顆GPS III衛(wèi)星在2020年1月13日投入使用，而GPS要實現(xiàn)更新?lián)Q代至少需要5年的時間，這給了北斗系統(tǒng)迎頭趕上充足的時間。

北斗系統(tǒng)從一開始就應用三頻系統(tǒng)，其優(yōu)勢是北斗就可以更準確掌握地面終端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等沒有網(wǎng)絡的地方，裝有北斗系統(tǒng)終端的手機、車船等就可定位自己的位置，并能夠向外界發(fā)布短報文信息。除了導航以外，北斗系統(tǒng)形成的星基增強、精密定位、短報文通信、國際搜救服務能力、已提供地基增強完全服務能力有利于商業(yè)化擴展。

此外，北斗系統(tǒng)相比于GPS來說還具有明顯“性價比”優(yōu)勢，北斗芯片和設備終端要比GPS便宜，雖然不能全面趕超GPS，但是在特定區(qū)域內(nèi)要比GPS新更能更優(yōu)越。

當然，有一種觀點認為，現(xiàn)階段現(xiàn)階段北斗若想增加在世界范圍內(nèi)的影響力和自身服務力，兼容GPS或許是更好的選擇。從實驗測量數(shù)據(jù)上，GPS和BDS集成后的精度要遠遠大于其中任何一方；從商業(yè)角度看，國家間雙邊和多邊合作，需要多個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)之間的兼容互操作。

但是，在中美兩國競爭的大背景以及“脫鉤論”盛行之下，鑒于衛(wèi)星導航關系國家和地區(qū)安全重大問題，北斗與GPS之間此消彼長的局面將難以避免。中國競爭最大的市場優(yōu)勢在于中國擁有世界上最大的衛(wèi)星導航應用與服務市場。

有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國國內(nèi)導航產(chǎn)業(yè)超過3000億人民幣，北斗對產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)值貢獻率達80%，由衛(wèi)星導航衍生帶動形成的關聯(lián)產(chǎn)值達1947億元；隨后2019年國內(nèi)導航產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超3500億人民幣。2020年，我國的衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)預計會超過4000億，并預計在未來幾年內(nèi)的年復合增長率超過20%。

03北斗的聲名早在全球的遠播，服務全球不是空話
我國自2012年12月27日宣布北斗正式向亞太地區(qū)提供服務后，泰國是首個應用北斗的國家，而當時在泰國建設的北斗示范站可以連續(xù)觀測和接受14顆北斗衛(wèi)星信號，而同一區(qū)域的GPS信號僅為5~6顆，因而北斗精度在亞太地區(qū)普遍高于GPS。以泰國為示范樣板，北斗系統(tǒng)逐漸被東盟10國以及更多亞非國家采納。

北斗采用“第三世界包圍第一世界”的策略，比如巴基斯坦北斗衛(wèi)星被用于軍事系統(tǒng)，突尼斯則用于無人駕駛，包括中東在內(nèi)已有超過30個國家實際使用北斗系統(tǒng)，而“一帶一路”倡議國家則為北斗的重點對象，而北斗在這些國家的衛(wèi)星定位標準，中國將在推行新技術和新產(chǎn)品方面占據(jù)優(yōu)勢。

作為“基建狂魔”的中國在海外承擔機場、港口、鐵路、公路等相關的基建任務時，使用的多是北斗設備，北斗的應用和服務被廣泛推廣，中國北斗/GNSS導航型芯片、模塊和高精度板卡和天線已輸出到100多個國家和地區(qū)。

隨著“一帶一路”倡議的推進，目前全球已有130多個國家首都上空每天可以觀測到的北斗衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過其他導航系統(tǒng)；并在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等應用，全球已有120余個國家和地區(qū)基于北斗系統(tǒng)等活動。

北斗做到了不僅屬于中國人，還屬于全世界。

【結語】
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國追趕關鍵領域的技術的典范，也將催生出越來越多的應用新模式，尤其是在智慧交通、智慧城市、智能可穿戴成以及汽車前裝、智能手機定位服務、高精度專業(yè)化應用、室內(nèi)外定位聯(lián)合應用服務和國際市場開拓等多個迅速應用。

除了地球上的應用外，北斗系統(tǒng)也將是人類邁向太空的“新大航海時代”的向導。實際上，作為NASA投資的SpaceX公司的“星鏈計劃”，實際上是美國對軌道和頻段的“跑馬圈地”，我國也有虹云工程搭建類似“太空WIFI”計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，計劃于2022年完成組網(wǎng)。而衛(wèi)星網(wǎng)絡與5G組合實際上就是“6G”技術，在5G的基礎上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡來實現(xiàn)全球覆蓋，為全球用戶提供更加快速、精準的定位導航標識、多媒體與互聯(lián)網(wǎng)等綜合服務，有望在2025年初步進入商用。

“北斗系統(tǒng)”的勝利是集中力量辦大事舉國體制的勝利，而“北斗+”需要軍用轉民用，需要更多民營公司參與以及配合航空航天產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)化轉化，既讓技術讓人類造福，也能形成生生不息創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系，北斗系統(tǒng)組網(wǎng)成功代表了新的起點。（備注：本文基于公開資料撰寫）