為什么需要北斗？

從 2000 年北斗一號(hào)系統(tǒng)第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射，到 2020 年 6 月 16 日北斗三號(hào)系統(tǒng)最后一顆衛(wèi)星雖因故推遲發(fā)射但即將升空已是板上釘釘。

歷經(jīng) 20 年，我國(guó)自主研制的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，將正式建成，實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш焦δ?，這無(wú)疑是一個(gè)振奮人心的好消息。

北斗升空前的演練畫(huà)面

有同學(xué)可能要問(wèn)了，北斗導(dǎo)航早就聽(tīng)說(shuō)了，并且明明很多手機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)使用北斗導(dǎo)航進(jìn)行定位了，為啥你說(shuō)才建設(shè)完成？

這是因?yàn)椋驯倍穼?dǎo)航系統(tǒng)部署在天空，攏共分三步：

一階段完成一號(hào)系統(tǒng)：1994 年，啟動(dòng)北斗一號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2000 年 -2003 年間發(fā)射 5 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)中國(guó)區(qū)域服務(wù)；

二階段完成二號(hào)系統(tǒng)：2004 年，啟動(dòng)北斗二號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；至 2012 年底，共發(fā)射 14 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域服務(wù)；
三階段完成三號(hào)系統(tǒng)：2009 年，啟動(dòng)北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)；2020 年年底前，發(fā)射 30 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)。
至此，很快（本來(lái)應(yīng)該說(shuō)是已經(jīng)），國(guó)人總算有了自己的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，國(guó)內(nèi)科技界又向前邁出了一大步。

北斗的 logo

但是，明明已經(jīng)有非常成熟且好用的 GPS 系統(tǒng)，我國(guó)依然投入了如此巨大的人力物力、耗費(fèi)了這么多年的時(shí)間，建設(shè)了自己的全球定位系統(tǒng)，究竟圖個(gè)啥？

01 GPS 的誕生

早在 1958 年，也就是中國(guó)國(guó)內(nèi)還一窮二白之時(shí)，美國(guó)人已經(jīng)開(kāi)始研究使用衛(wèi)星構(gòu)建全球定位系統(tǒng)的計(jì)劃了。

當(dāng)時(shí)的美國(guó)軍方共發(fā)射 6 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了覆蓋全球的定位系統(tǒng)，但是定位精準(zhǔn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到今天的 GPS 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

于是乎，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室提出了名為 Tinmation 的新型定位系統(tǒng)，計(jì)劃使用 12 到 18 顆導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的全球定位。

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室辦公樓

N 年后，經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù)的方案修正，最終，一直到 1988 年成型的方案才塵埃落定：美國(guó)計(jì)劃使用 24 顆衛(wèi)星構(gòu)建全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)官方名稱(chēng)為 Navigation Signal Timing and Ranging/Global Positioning System，簡(jiǎn)稱(chēng)就是目前被大家所熟知的 GPS。

1989 年，第一顆 GPS 衛(wèi)星發(fā)射升空，隨后，在 GSP 衛(wèi)星陸陸續(xù)續(xù)發(fā)射的過(guò)程中，美軍已經(jīng)開(kāi)始迫不及待的使用 GPS 系統(tǒng)開(kāi)展軍事行動(dòng)。

在 1990 年打響的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍士兵配備了大量的 GPS 接收機(jī)（當(dāng)年 GPS 并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于民用設(shè)備），還未建成的 GPS 系統(tǒng)為攻擊部隊(duì)提供了極為精確的定位，幫助美軍“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈精準(zhǔn)打擊敵軍，使得 GPS 系統(tǒng)徹底名聲大振。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的“戰(zhàn)斧”

一直到 1995 年，GPS 系統(tǒng)正式建成，24 顆衛(wèi)星全部升空完畢，由于美國(guó)方面的完全免費(fèi)、全面支持民用的政策，GPS 逐漸開(kāi)始在民用領(lǐng)域普及開(kāi)來(lái)，成為各類(lèi)手持終端定位導(dǎo)航的必備功能。

02 蘇聯(lián)人的追趕

GPS 系統(tǒng)建設(shè)正處于美蘇冷戰(zhàn)期間。美國(guó)人建設(shè)了自己的全球定位系統(tǒng)，蘇聯(lián)人自然當(dāng)仁不讓?zhuān)珠_(kāi)始搭建自己定位系統(tǒng)，于 1976 年啟動(dòng)了格洛納斯（GLONASS）項(xiàng)目。

所謂 GLONASS，是俄語(yǔ)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema）的縮寫(xiě)。蘇聯(lián)人從 1982 年開(kāi)始發(fā)射第一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，一直到 1995 年，才耗資 30 多億美元完成了 GLONASS 的組網(wǎng)工作。

GLONASS 的 logo

而且，正是由于蘇聯(lián)人最先宣布 GLONASS 向民用場(chǎng)景全面免費(fèi)開(kāi)放，才迫使美國(guó)人跟進(jìn)，將 GPS 向全球人民開(kāi)放使用。

但是，由于 GLONASS 性能差于 GPS，服務(wù)不穩(wěn)定，且支持設(shè)備實(shí)在太少，因此 GLONASS 最終也沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)過(guò) GPS，反而是讓倍感壓力的美國(guó)人徹底開(kāi)放了 GPS，使得 GPS 成為了今天全球衛(wèi)星定位扛把子。

03?為什么要建中國(guó)自己的定位系統(tǒng)

1993 年 7 月 23 日，中國(guó)貨輪“銀河號(hào)”本平靜的在國(guó)際公海上行駛，卻突然無(wú)端遭到美國(guó)軍方攔截，美方指控“銀河號(hào)”貨輪違規(guī)向伊朗運(yùn)輸制造化學(xué)武器的原材料，因此在毫無(wú)證據(jù)的情況下，將其扣留三周進(jìn)行徹底搜查。

被攔截的“銀河號(hào)”

當(dāng)然，審查的結(jié)果自然是啪啪打臉的沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何化學(xué)武器材料，但在整個(gè)事件的開(kāi)端，美國(guó)方面為了攔截“銀河號(hào)”，竟然出乎意料的將“銀河號(hào)”海域上的 GPS 服務(wù)關(guān)停了，這才導(dǎo)致迷失方向的“銀河號(hào)”因此才得以被美方順利攔截。

中國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是 1994 年開(kāi)始計(jì)劃建設(shè)的，可以說(shuō)與“銀河號(hào)”事件不無(wú)關(guān)系。如果沒(méi)有自己的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，那么始終是寄人籬下，今天人家可以斷了你的民用導(dǎo)航，明天就可以斷了你整個(gè)國(guó)家的定位服務(wù)，甚至可以影響一國(guó)的軍事行動(dòng)。只有擁有自己的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，才能保證不會(huì)在未來(lái)某一天被人掐住脖子。

尤其隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)，GPS 的授時(shí)功能愈發(fā)凸顯。目前全球電信運(yùn)營(yíng)商幾乎都要使用美國(guó) GPS 系統(tǒng)為基站提供同步時(shí)鐘源，因?yàn)槟承┮苿?dòng)通信系統(tǒng)（比如中國(guó)移動(dòng)的 TD-LTE）必須保證全網(wǎng)基站時(shí)鐘同步才能正常服務(wù)，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無(wú)法服務(wù)。
比如 2010 年 1 月 13 日，中國(guó)一家運(yùn)營(yíng)商的 CDMA（需要嚴(yán)格時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)制式）網(wǎng)絡(luò)就出現(xiàn)了大范圍告警，正是因?yàn)槠?CDMA 基站均使用 GPS 信號(hào)作為同步源，而造成基站時(shí)鐘源紊亂的原因是當(dāng)時(shí) GPS 系統(tǒng)的一次普通的升級(jí)。。

04 北斗導(dǎo)航是個(gè)什么水平？

當(dāng)然，如今國(guó)人已經(jīng)沒(méi)有被有意或無(wú)意切斷 GPS 的后顧之憂(yōu)了，我們自己的北斗導(dǎo)航離完整部署只差一步之遙。

相信大家都會(huì)很好奇，我國(guó)的北斗導(dǎo)航目前就究竟是個(gè)什么水平？

除了美國(guó)的 GPS、俄羅斯的 GLONASS 外，其實(shí)歐洲還有個(gè)伽利略全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，只是俄羅斯人和歐洲人的衛(wèi)星定位系統(tǒng)都有點(diǎn)非主流，國(guó)人接觸較少。

四大全球定位系統(tǒng)

從目前數(shù)據(jù)來(lái)看，在民用上，北斗（最后一行的 COMPASS）在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的兩大主要功能上，也就是定位和授時(shí)，精度均弱于美國(guó)的 GPS 和歐洲的伽利略。

四大全球定位系統(tǒng)對(duì)比

但表格中的數(shù)據(jù)稍微有點(diǎn)落后，根據(jù)最新數(shù)據(jù)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全部建成后，為全球用戶(hù)提供服務(wù)時(shí)位置精度優(yōu)于 10 米，授時(shí)精度優(yōu)于 20ns；為亞太地區(qū)用戶(hù)提供服務(wù)時(shí)位置精度優(yōu)于 5 米，授時(shí)精度優(yōu)于 10ns，略強(qiáng)于表格中數(shù)據(jù)。

但同時(shí)要知道，GPS 系統(tǒng)的 10m 定位精度，僅僅是對(duì)民用開(kāi)放的極限。其實(shí)際定位精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)，因此北斗導(dǎo)航與 GPS 存在一定差距，但已經(jīng)足夠應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域。

更難能可貴的是，在我國(guó)下游產(chǎn)業(yè)鏈的大力支持下，支持北斗的設(shè)備越來(lái)越普及。2019 年一季度的數(shù)據(jù)顯示，新申請(qǐng)入網(wǎng)的 116 款國(guó)產(chǎn)手機(jī)中支持北斗定位的有 82 款，北斗定位支持率達(dá)到 70%，而且運(yùn)營(yíng)商的 5G 基站（三大運(yùn)營(yíng)商的 5G 制式為 TDD，需要嚴(yán)格時(shí)間同步）基本也都支持 GPS+北斗的雙授時(shí)模式，可以互為主備。

當(dāng)然，北斗的性能只是其價(jià)值一方面的體現(xiàn)，更重要的中國(guó)已經(jīng)牢牢的把定位授時(shí)權(quán)掌握在了自己的手中。

這么看，建設(shè)北斗無(wú)論投入多少資金與人力物力，都簡(jiǎn)直不能更值。