9月17日，新華網(wǎng)報道,，記者從首屆衛(wèi)星應(yīng)用國際博覽會上了解到，我國北斗三號全球定位系統(tǒng)正式啟動建設(shè),，計劃今年底將發(fā)射四顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星,。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),，可以在全球范圍內(nèi)全天候,、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位,、導(dǎo)航,、授時服務(wù)，并具有獨特的短報文通信功能,。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計師冉承其表示：“我們正在建設(shè)的北斗三號系統(tǒng),，它除了全球覆蓋以外，在性能上,、系統(tǒng)的可靠性上,，還會有大的提高。從定位精度來講,，會在現(xiàn)有系統(tǒng)性能提高一到兩倍,。”

中國為什么要耗時耗力的發(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),，不代表瞭望智庫觀點,。

國際上有一個高大上的俱樂部，它只有四個會員,，卻吸引了各國首腦的關(guān)注和眾多頂級科學(xué)家工程師的研究,，這個俱樂部就是GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)），四個會員分別是美國GPS,、歐洲伽利略GALILEO,、俄羅斯格洛納斯GLONASS、中國北斗COMPASS,。

中國北斗是個新會員,，同時也是發(fā)展勢頭最猛的會員，北斗是咋回事,？對我們的生活有什么影響,？這是一個很有意思的話題。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)語太多，普通人讀不懂,，而且也不會有興趣去讀,。

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，而且很多文章的說法并不準(zhǔn)確,，顯然是非專業(yè)人士寫的,。科技報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)象是國內(nèi)科技報道的痼疾。

因為專業(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)實踐，培養(yǎng)了我將復(fù)雜的專業(yè)問題用通俗的語言描述出來的特長,。我利用了兩個月的業(yè)余時間,，查閱了大量公開發(fā)行的資料,，梳理出了這篇全面介紹北斗衛(wèi)星的科普長文。

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從GPS說起

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,，開創(chuàng)了人類的空間世紀(jì)。美國對此密切關(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,，他們在霍普斯金的應(yīng)用物理實驗室里發(fā)現(xiàn)了一個現(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)是相對運動引起的多普勒頻移效應(yīng),。

這兩位科學(xué)家對此進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)如果在地面上架設(shè)多部接收機,，就可以根據(jù)接收到的信號的不同頻差推算出這個衛(wèi)星的具體位置,，他們很高興地把這個研究成果告訴了實驗室主任弗蘭克.麥克盧爾，說他們已經(jīng)實現(xiàn)了對蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤,。

弗蘭克主任當(dāng)時在做海軍的一項研究,，研究內(nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置，聽到兩位科學(xué)家的匯報后他眼前一亮,，既然你們能夠發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪里,，如果把問題反過來，衛(wèi)星就能發(fā)現(xiàn)你們在哪里,，海軍軍艦定位的問題有思路了,！

GPS系統(tǒng)就按這種思路啟動了，方案中需要解決的第一個問題就是：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很低,，原因有兩個：一是軌道太高會導(dǎo)致測量誤差大,，二是靜止軌道與地面物體的相對速度很小，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,，由于軌道是運動的，即使地面的物體不動,，但相對衛(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放,。

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美國是不是活雷鋒,？

GPS是個好東西，對人們生活品質(zhì)的提升相當(dāng)大,，例如汽車和手機導(dǎo)航就非常重要,，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。GPS對于探險航海就更重要了,，關(guān)鍵時刻可以救命,。這么好的東西，美國又投入了巨資,，居然向全世界免費,，難道美國政府是活雷鋒？

其實即使GPS不免費那也收不上來錢,，為啥這樣說呢,？因為GPS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，到底有1個收音機聽還是1萬個收音機聽,，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,，具體是誰在接收并使用這些信號,，它是根本不知情的，既然不知情,，那還怎樣收錢,？

通過售賣高價解碼芯片來收錢行不行？答案是不行,，因為GPS采用的是只發(fā)不收的單向通信機制,，這對加密傳輸來說是先天的障礙,，即使搞了加密，沒幾天就會被破解了,，尤其是民碼還要求簡單易用,，接收設(shè)備要求成本低廉，這對加密來說就更加困難了,。

如果GPS免費,，則一定會在全球形成巨大的市場，依托這套系統(tǒng)會產(chǎn)生新的國際性產(chǎn)業(yè),，同時會形成一股強大的國家軟實力,，所以說GPS免費是符合美國國家利益的。

GPS 免費對全世界的民生來說是個福利,，但在軍事方面卻是個挑戰(zhàn),，美國敵對國家的軍機戰(zhàn)艦上當(dāng)然也可以安裝，美國人也禁止不了,，這對美國是不是一個威脅呢,？其實GPS開放的只是民碼，精度比美國軍方使用的軍碼差了十倍,，先天就挫了一大截,。更重要的是，萬一跟美國打起了仗,，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,。如果美國不給你停GPS，而是發(fā)個欺騙碼,，瞄準(zhǔn)美國的導(dǎo)彈就可能飛到自己的陣地上,，這更加可怕。

所以說,，他國的軍備絕不能使用美國的GPS,，一旦形成依賴就會像吸毒者一樣無法自拔，必須要發(fā)展本國的定位導(dǎo)航系統(tǒng),。當(dāng)然，發(fā)展本國的定位導(dǎo)航系統(tǒng)也只是少數(shù)大國的權(quán)利,，至于泰國墨西哥等小國家其實是不必操這個心的,，因為全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)實在是太浩大，綜合國力微弱的小國家們根本就造不起,，還是老老實實地繼續(xù)用GPS吧,，這倒也省心,。

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北斗一代的由來

中國是個有抱負(fù)的大國，在定位導(dǎo)航衛(wèi)星這事上可不能圖省心,，實際上從上個世紀(jì)70年代就已經(jīng)開始鬧心了,，七五規(guī)劃中提出了“新四星”計劃，隨后提出過單星,、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……從來就沒有停止過。

80年代初期,，以“兩彈一星”元勛成芳允院士為首的專家團(tuán)體提出了雙星定位方案,，這是當(dāng)時公認(rèn)的最優(yōu)方案，但因經(jīng)濟條件等種種原因又?jǐn)R置了十年,。1991年是個重大轉(zhuǎn)折點,，海灣戰(zhàn)爭把中國人打醒了，美國的GPS在作戰(zhàn)中的應(yīng)用非常成功,，決策層深刻意識到以后打仗沒這東西是真的不行,，被擱置十年的雙星定位方案于是馬上啟動。

為啥不像美國那樣搞30顆衛(wèi)星的系統(tǒng)呢,？當(dāng)時的國情是又沒經(jīng)驗又沒錢,，剛起步可得悠著點，從小打小鬧開始吧,，上來就玩大的容易搞砸鍋,。一定會有網(wǎng)友問，在空間中三個坐標(biāo)才能定位,，兩顆衛(wèi)星不夠用?。窟@是個好問題,，雙星定位方案中有個高度儀,，用戶需要自測高程，并將結(jié)果作為第三個坐標(biāo),，這就好比是在地球中心裝了一個虛擬的衛(wèi)星,，這就實現(xiàn)了三星定位。那為什么不干脆發(fā)射三顆衛(wèi)星呢,？原因很簡單,，高度儀很便宜,，這個方案更省錢。

只有兩顆星,，當(dāng)然不能像美國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)時間會在中國上空以外的地方飛行,，那中國大陸還咋用呢,？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)上講這毫無疑問是正確的,，但卻埋下了性能不強的隱患,，這就是要談的下一個問題，北斗一代被詬病,。