寫在前面

2020年是不平凡的一年。我們在經(jīng)歷疫情考驗的同時，在航天領域捷報頻傳。今天和大家嘮一嘮其中和大家關系最緊密的北斗的故事。咱北斗前幾天還因為建成開通又上了新聞~

• 19年1月3日，嫦娥四號在月球背面著陸成功。

• 20年5月5日，“胖五”（長征五號B運載火箭）搭載新一代載人飛船發(fā)射成功。

• 20年6月23日，長征三號乙運載火箭搭載北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功。

• 20年7月23日，長征五號遙四運載火箭搭載火星探測器“天問一號”發(fā)射成功。

在這一年多的時間里，中國在航天領域取得了許多歷史性成就。

其中，在2020年6月23日9時43分，我國成功發(fā)射了北斗系統(tǒng)第55顆導航衛(wèi)星，這是北斗三號的第30顆，也是最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。至此北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)比原計劃提前半年時間全面完成部署。2020年7月31日，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通。

這對中國，對通信行業(yè)是件大事，也對我們的日常生活有著重要的影響。

有兄弟姐妹對北斗不太了解，今天就和大家來嘮一嘮。

謝邀，人在蒙古，剛下航母。

什么是北斗？

這次要聊的北斗，可不是劉歡《好漢歌》里的“天上的星星參北斗”的北斗星，而是中國發(fā)射的人造地球衛(wèi)星。

人造地球衛(wèi)星是用途最廣、發(fā)射數(shù)量最多和效益最高的航天器。

1. 人造地球衛(wèi)星若按運行軌道，可以分為：

• 低軌道衛(wèi)星，軌道高度為200～2000千米
• 中軌道衛(wèi)星，軌道高度為2000～20000多千米
• 高軌道衛(wèi)星（地球靜止軌道、地球同步軌道衛(wèi)星），軌道高度為35786千米

我們的北斗用的是后面兩種，包括24顆21500km的中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、3顆傾角55°的地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星。

2. 人造地球衛(wèi)星若按用途，可以分為：

• 科學衛(wèi)星（對內探索地球、對外觀測天體）

• 技術試驗衛(wèi)星（例如載人航天前送動物上天的返回式衛(wèi)星）

• 應用衛(wèi)星

和我們日常生活關系比較緊密的是應用衛(wèi)星，它包括氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、導航衛(wèi)星等。

北斗就是其中的導航衛(wèi)星，用于定位導航，可沒有啥死兆星什么的。

導航不是GPS嗎，有人用北斗嗎？

說到導航，大家都不陌生。開車或者去陌生的地方旅游，誰不開個高德或百度的地圖軟件？現(xiàn)在家用小汽車那么普及，絕對和這有很大關系。不然車開一半不認識路了，要我停車翻紙地圖，那還不如打的找老司機帶帶我呢。導航軟件拯救了多少像我輩一樣的天然路癡，功德無量~

但是，我們經(jīng)常聽導航軟件在叫“GPS信號弱”，而不是叫“北斗信號弱”，北斗是不是根本就沒人用，是一個面子工程呢？

答案當然是：

點擊查看答案 
▼

地圖軟件實際使用的是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS（Global Navigation Satellite System）。而有能力把衛(wèi)星咻~咻~咻~~上去提供全球定位導航的只有四家：

• 美國，GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）

• 俄國，GLONASS（格洛納斯）

• 歐洲，Galileo（伽利略）

• 中國，北斗（BDS）

另外，還有日本準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)QZSS和印度區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)IRNSS，它們只能提供局部區(qū)域的定位導航。

一般國內在售的安卓手機都是北斗的用戶了，里面的芯片是幾種導航系統(tǒng)都支持的。蘋果手機目前支持GPS，還不支持北斗。下面是一張基站側在網(wǎng)管后臺設置GNSS的截圖，在國內我們一般設置為“GPS/北斗 GPS主用”或者“北斗/GPS 北斗主用”，GPS和北斗之間支持無縫切換。手機側和基站側一樣，只要手機支持，不同GNSS系統(tǒng)之間就是兼容的。

 

既然北斗和GPS是兼容關系，可以隨便切換，那為什么導航軟件只說“GPS信號弱”呢？

這就是美國GPS的先發(fā)優(yōu)勢。

美國是最先研制衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家，美國的GPS緊隨俄羅斯的GLONASS之后開放民用，在很長一段時間內，都是精度最高、市場份額最大、認同度最高的。

先發(fā)優(yōu)勢帶來了命名和頻段上的優(yōu)勢。

• 命名優(yōu)勢簡單，我先出生的，我起名叫李逵，你后出生的，不能重名，那你只能叫李鬼。這就是為什么后面國際通用的全球導航系統(tǒng)只能叫“雞你死（GNSS）”這么拗口的名字。因為簡單明了的GPS，美國已經(jīng)叫過了吶。感覺那還不如叫“雞你太美GNTM，Global Navigation Trace Management”呢~

• 頻段優(yōu)勢是因為衛(wèi)星發(fā)射信號大家不能用同樣的頻段，不然會互相干擾，而衛(wèi)星頻段又是誰先申請誰得。這就像種地，有幾塊地山清水秀適合種莊稼，美國GPS先來，就把最好的給先挑了。

所以，現(xiàn)在你在國內用的可能就是北斗，只是因為美國GPS以前優(yōu)勢大、應用廣，導航軟件根據(jù)習慣把北斗也叫成了GPS而已。

那北斗和美國GPS比誰更厲害呢？

1. 從衛(wèi)星數(shù)量上看，北斗和GPS棋逢對手

美國GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，全部都是中軌道衛(wèi)星。參見https://www.gps.gov/

中國北斗2020.6.23完成北斗三號組網(wǎng)。北斗三號并不是單獨的衛(wèi)星，全稱是北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。三號系統(tǒng)是由30顆衛(wèi)星組成，包括24顆中軌道衛(wèi)星，6顆高軌道衛(wèi)星。北斗比GPS多的這6顆高軌道衛(wèi)星，可以為亞太地區(qū)提供更好的定位和短報文通信服務。參見 http://www.beidou.gov.cn/

 

2. 從定位精度上看，北斗在中國現(xiàn)在是翻身做主人了

GPS在地球上任意區(qū)域，每時可見4~11顆衛(wèi)星。在地球上很多開闊無遮擋的區(qū)域，GPS都能夠搜到8顆以上的衛(wèi)星。

北斗在亞太大部分地區(qū)，每時可見約12~16顆衛(wèi)星，全球其他地區(qū)每時可見4~6顆衛(wèi)星。

每時可見的衛(wèi)星多，說明頭上的衛(wèi)星多。由于無線信號有這樣那樣的干擾，就像六月的天氣一樣善變~導致它充滿了不確定性。

所以，能同時搜到的衛(wèi)星越多，導航系統(tǒng)自動校準的準確度就越高。畢竟定位時是按時間×光速計算的，真“失之毫厘謬以千里”。

為了實現(xiàn)準確的定位，需要至少能夠同時收到4顆衛(wèi)星的信號。低于這個數(shù)，就會叫“GPS信號弱”了。因此，頭上衛(wèi)星越多，這就增加了在有一點遮擋的場景下，準確定位的希望！

北斗系統(tǒng)可向全球提供優(yōu)于10米的定位服務，亞太地區(qū)定位精度達到2.5~5米。還可以通過精密單點定位、實時動態(tài)差分（RTK，Real-time kinematic）、廣域差分等方式進一步提高定位精度。更多的衛(wèi)星，保證了北斗相對于美國GPS的主場優(yōu)勢。畢竟咱還是講究為人民服務的嘛~

北斗現(xiàn)在可以提供哪些服務呢？

1. 北斗當然可以提供導航服務

在國內馳名的獐子島扇貝逃跑事件。證監(jiān)會就是借助北斗導航定位系統(tǒng)，通過獐子島采捕船衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，還原了采捕船只的真實航行軌跡。獐子島自述采捕海域的120個調查點位中，有60個點位采捕船根本就沒去。證監(jiān)會通過北斗輔助，證明了獐子島對調查結果進行造假，處以60萬元罰款，對15名責任人員處以3萬元至30萬元不等罰款，對4名主要責任人采取5年至終身市場禁入。

 

2. 北斗可以救命

其他的衛(wèi)星導航系統(tǒng)都是無源系統(tǒng)。即，衛(wèi)星只管不停發(fā)射信號，接收的人自己計算自己在什么位置。

而北斗獨有的有源定位和短報文功能，可以化被動為主動。有源定位功能，可以通過專門的北斗終端（不是手機）告訴別人我在哪。短報文功能就是衛(wèi)星的短信功能。它們在災害救援、搜救場景，有非常大的價值。因為在海上、深山等手機沒有信號的地區(qū)，或者是由于自然災害導致通信中斷時，北斗系統(tǒng)就是保障生命安全的“千里眼”。

2008年汶川地震時，震中地區(qū)受災極其嚴重，通信、電力、交通全部中斷，無法與抗震救災指揮部取得聯(lián)系。所以每次救災，都能看到咱通信人沖在最前面搶修和恢復通信的消息。

而在通信恢復前，前往汶川救援的部隊就是因為攜帶了北斗終端，才能及時向指揮部報告自己的位置，方便指揮調度。并且還通過北斗短報文功能，發(fā)回了“我支隊已于11時以摩托化向成都方向機動”、“臥龍?zhí)貐^(qū)請求空投帳篷和藥品”等重要消息，最大限度地保證了“72小時黃金搶救時間”的有效利用。

2020年7月，在湖南省石門縣由于持續(xù)大量降雨導致山體滑坡?？购榫葹那熬€也通過北斗系統(tǒng)對可能發(fā)生滑坡、水位暴漲的險情，進行24小時監(jiān)控，提前發(fā)布預警，在災害發(fā)生前撤離14戶33人。

 

3. 北斗還可以幫助生產(chǎn)

北斗結合遙感技術，還可以測量土地分布、土壤養(yǎng)分、林區(qū)面積等。

2020年5月27日，測量隊登頂珠峰，重新對珠峰高度進行精準測量，就有使用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進行配合。此次珠峰高程的精確測定，可以結束國際上對珠峰高度口徑不統(tǒng)一的混亂局面，為世界地球科學研究做出貢獻。特別是此次測量所使用的北斗系統(tǒng)、國產(chǎn)測繪儀器，我國都擁有自主核心技術，其社會效益和科學意義巨大。

故事還將繼續(xù)

故事還將繼續(xù)

在同一個領域，不管是國家還是科技，沒有永久的和平，不變的只有競爭。北斗的發(fā)展歷經(jīng)坎坷，從白手起家，不斷克服困難和積累沉淀，現(xiàn)在終于走到了世界前列。

北斗是如此，通信行業(yè)整體也是如此。1G空白，2G跟隨，3G參與，4G追趕，5G領先。

發(fā)展的歷程與艱辛，篇幅有限就不去回顧了，但是故事還沒有結束，相信在一代代通信人的艱苦奮斗下，未來我們會做得更好！

最后說一句

好奇自己手機到底在接收啥子衛(wèi)星信號的朋友，可以在安卓應用商店下載個叫“北斗伴”的APP。如下，可以看到手機當前能搜到的衛(wèi)星有哪些。

（友情提示：該APP功能有點玄幻，經(jīng)常自動關閉，玩玩就好）

我們是一群平均從業(yè)年限5+的通信專業(yè)工程師。
關注我們，帶你了解通信世界的精彩！

你點的每個在看，我都認真當成了喜歡