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)為各類用戶提供高精度、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,?！?/p>

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)很有意思的話題。關(guān)于北斗,，學(xué)術(shù)期刊上的文章有很多了,，但專業(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，顯然是非專業(yè)人士寫的,?？萍紙?bào)道不是由科技人士撰寫，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I(yè)的原因，我一直關(guān)注著北斗,，而且多年通信專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)實(shí)踐,，培養(yǎng)了我將復(fù)雜的專業(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?，海軍軍艦定位的?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,，發(fā)射成本比較低,，精度比較高，但若覆蓋全球的話則需要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,，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,？

通過(guò)售賣高價(jià)解碼芯片來(lái)收錢行不行,？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,。

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北斗一代的由來(lái)

中國(guó)是個(gè)有抱負(fù)的大國(guó)，在定位導(dǎo)航衛(wèi)星這事上可不能圖省心,，實(shí)際上從上個(gè)世紀(jì)70年代就已經(jīng)開(kāi)始鬧心了,，七五規(guī)劃中提出了“新四星”計(jì)劃，隨后提出過(guò)單星,、雙星,、三星、三到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案,，以及多星的全球系統(tǒng)設(shè)想,。研究、論證,、再研究,、再論證……從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)。

80年代初期,，以“兩彈一星”元?jiǎng)壮煞荚试菏繛槭椎膶＜覉F(tuán)體提出了雙星定位方案,，這是當(dāng)時(shí)公認(rèn)的最優(yōu)方案，但因經(jīng)濟(jì)條件等種種原因又?jǐn)R置了十年,。1991年是個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn),，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)把中國(guó)人打醒了，美國(guó)的GPS在作戰(zhàn)中的應(yīng)用非常成功,，決策層深刻意識(shí)到以后打仗沒(méi)這東西是真的不行,，被擱置十年的雙星定位方案于是馬上啟動(dòng)。

為啥不像美國(guó)那樣搞30顆衛(wèi)星的系統(tǒng)呢,？當(dāng)時(shí)的國(guó)情是又沒(méi)經(jīng)驗(yàn)又沒(méi)錢,，剛起步可得悠著點(diǎn)，從小打小鬧開(kāi)始吧,，上來(lái)就玩大的容易搞砸鍋,。一定會(huì)有網(wǎng)友問(wèn),，在空間中三個(gè)坐標(biāo)才能定位，兩顆衛(wèi)星不夠用??？這是個(gè)好問(wèn)題，雙星定位方案中有個(gè)高度儀,，用戶需要自測(cè)高程,，并將結(jié)果作為第三個(gè)坐標(biāo)，這就好比是在地球中心裝了一個(gè)虛擬的衛(wèi)星,，這就實(shí)現(xiàn)了三星定位,。那為什么不干脆發(fā)射三顆衛(wèi)星呢？原因很簡(jiǎn)單,，高度儀很便宜,，這個(gè)方案更省錢。

只有兩顆星,，當(dāng)然不能像美國(guó)GPS那樣搞中軌道的,，軌道低了覆蓋面就小，兩顆中軌道衛(wèi)星多數(shù)時(shí)間會(huì)在中國(guó)上空以外的地方飛行,，那中國(guó)大陸還咋用呢,？因此只能搞高軌道的，而且還得是靜止的,，這樣才能妥妥地停在中國(guó)大陸的上空,。

靜止高軌道是雙星定位的必須選擇，從技術(shù)上講這毫無(wú)疑問(wèn)是正確的,，但卻埋下了性能不強(qiáng)的隱患,，這就是要談的下一個(gè)問(wèn)題，北斗一代被詬病,。