用北斗关上想象卫星导航系统 的应用于不不应受限于想象。从牛郎织女 的星河传说开始,中国人就在用无尽 的想象勾画着未来,而北斗构成 的星座,也将关上未来 的想象之门。文｜钱丽娜 陈茜2020年6月23日9时43分,第59颗北斗组网卫星在西昌卫星发射中心发射成功。

自此,中国历时26年建设 的自研卫星导航系统已完成了组网,完结了倚赖GPS 的历史。从1994年12月北斗导航试验卫星立项开始,到2020年已完成全球组网,卫星定位导航技术于是以随着中国数字化、智能化 的浪潮展示出强劲 的商业动能。

北京正弦空间技术有限公司总经理,原中国空间技术研究院研究员、北斗三号卫星主任设计师何善宝博士说道,“北斗是 基础设施 的基础设施,是 时空基准,在广大 的国土中你得告诉自己在哪里,有自己 的参照系和标准。国家早已投资几百亿元铺设已完成。

”环绕北斗产业,2015年中国卫星导航系统与位置服务产业总体产值已多达1900亿元。卫星导航系统与位置服务领域企事业单位数量多达13000家,从业人员近40万人。

行业内上市公司（不含新三板）总数约21家,上市公司牵涉到卫星导航系统与位置服务 的涉及产值大约占到全国总产值 的6%。上海北斗导航创意研究院副院长裴凌说道,“这一领域 的机会刚展露头角。

”北斗 的历史1990年代,中国要求上马卫星导航系统。彼时中国在很多领域必须投放,在财力脆弱 的情况下,卫星导航系统 的研发很难享有充足 的资源。为此,中国开始探寻合适国情 的卫星导航系统发展路径,构成三步走 的战略：2000年年底,竣工“北斗一号”系统,为中国获取服务；2012年年底,竣工“北斗二号”系统,渐渐覆盖面积亚太区域；2020年,竣工“北斗三号”系统,向全球获取服务。何善宝说道,中国 的北斗工程在跟上之初不受经费影响,与GPS 的设计思路有所不同,但终究走进了一条创意之路。

中国上马“北斗一号”系统时,使用 的是 陈芳允院士明确提出 的“双星定位”,由两颗地球惯性轨道卫星（GEO）覆盖面积中国区域,创造性地明确提出集定位、通信和授时三大功能于一体 的建设方案,比GPS多了通信功能。鉴于技术和成本,“北斗一号”系统使用有源定位技术。卫星接管到地面收到 的信号后送往中心控制系统再行返回地面,通过一来一往 的双向较短报文对终端展开定位。“有源定位和短报文特色服务”曾被称作北斗系统 的“仅次于特色”,在气象、水文监测下有了更为普遍 的应用于。

然而严重不足也很显著,在定位时必须地面维持无线电静默,且设备必需包括发射机,用于不便,用在军事上更容易暴露目标,此外还有用户容量受限、定位精度严重不足、实时性较好 的缺点。“北斗二号”并不是 “北斗一号” 的非常简单伸延,它解决上一代系统 的缺点,获取海、陆、空全方位 的导航系统定位服务,使用无源定位技术,主要覆盖面积亚太区。

“北斗三号”则构建了无源导航系统 的全球覆盖面积。北斗使用混合星座,由地球惯性轨道卫星（GEO）,弯曲地球实时轨道卫星（IGSO）和中轨道（MEO）卫星构成。GEO覆盖面积甚广,与地球维持比较惯性,在卫星通讯领域有优势,但是 无法覆盖面积高纬度,尤其是 两极地区,星间链路损耗大,通讯时缩短；MEO具备较小传输损耗和通信时延；IGSO 的倾角设计影响到覆盖范围,中国轨道倾角设计为55度,以便卫星和定位终端之间构成有一定体积 的立体空间,立体空间体积越大,就越有助提高定位系统 的质量。何善宝说道,“由于有三个轨道,北斗在某些地区比如赤道和东南亚地区,测量精度要高于GPS。

”何善宝说道,“北斗 的短报文通信和混合星座是 国际首创。这里面有承继问题和现实 的问题。”较短报文通信是 北斗 的亮点,与中国 的国情涉及,因为当时没好 的卫星通信系统能用。

混合星座是 中国为了保有区域导航系统能力,在此基础上发展一起 的全球系统,这是 一种较为务实 的作法。“但是 要切记,无法因此说道北斗比GPS得意,北斗在系统 的可靠性、完好性和可用性等软性指标上还要之后自学GPS,这些软性指标才是 卫星导航系统确实顺利 的标志。”另一个小插曲则是 北斗 的频率资源争夺战。

为了卫星导航系统 的精确性,不断扩大导航系统 的覆盖范围,中国 的“北斗二号”系统规划有20颗卫星。这些卫星升空前必须享有合法 的频率轨位。

国际电信联盟（ITU）在分配卫星导航系统 的频率资源上按先来后到 的顺序,谁先发,谁享有频率资源 的协商权。新的放 的卫星要确保不跟原本 的卫星有频率上 的冲突。

此时,美国早已竣工GPS,俄罗斯享有格罗纳斯,闲置 的都是 黄金频段L频段,欧洲人为了辟自己 的系统申请人扩展了卫星导航系统频率到1260-1300MHz。中国按照国际电信联盟规则,通过友好关系协商积极开展北斗系统频率轨位协商,与有关国家合作扩展卫星导航系统频率资源。

2000年以来,先后与20余个国家、地区和国际的组织,300余个卫星网络展开了有效地协商。中国在明确提出导航系统卫星系统 的频率申请人时,欧洲也在规划伽利略系统。

在追加 的L频段中,中国要和欧洲 的伽利略系统竞争。按照国际规则,谁早于提交升空申请人,谁再行占据频谱资源。2000年4月17日中国先行提交申请人,6月5日欧盟向ITU明确提出了频率申请人。但申报频率以七年为缩,必需在2007年4月底之前已完成升空,否则就终止。

为了频谱资源,欧盟主席巴罗佐曾专程来中国协商,何善宝说道,“频谱资源相等于是 房地产 的资源,虽然卫星 的频率是 各国分享 的,但是 谁在前谁 的协商地位就优先。”在中国和欧盟竞争 的过程中,欧盟卫星升空得早于,中国直到截止日 的最后时刻才发射成功,差点就丧失了频段 的协商地位,这其中又与诸多“卡脖子” 的技术有关。何善宝讲解说道,星载原子钟 的研制成功可谓是 北斗 的一场经典之战。

星载原子钟被称作导航系统卫星 的“心脏”,要求卫星导航系统定位和授时精度。这项关键技术中国在当时是 空白。

北斗工程总体单位和航天五院在其中起着了尤为关键 的起到,使用了新型 的举国体制,五院公平公正地明确提出星载用于边界,输入研制规范条件,同一把尺子考核自己 的下级单位和外部单位,让国内多个涉及优势单位独立国家分段研制成功,最后三家单位落败。中国研制 的高性能 的铷原子钟超过国际先进设备水平,“北斗三号”还配备了新一代原子钟,性能指标更高。总体来说,北斗系统具备以下特点：一是 北斗系统空间段使用三种轨道卫星构成 的混合星座,与其他卫星导航系统比起低轨卫星更加多,外用遮盖能力强劲,特别是在低纬度地区性能优势更加显著。

二是 北斗系统获取多个频点 的导航系统信号,需要通过多频信号人组用于等方式提升服务精度。三是 北斗系统创意融合了导航系统与通信能力,不具备定位导航授时、星基强化、地基强化、仪器单点定位、较短报文通信和国际救难等多种服务能力。

产业应用于北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分构成。空间段是 卫星导航系统产业 的基础,由若干地球惯性轨道卫星、弯曲地球实时轨道卫星和中圆地球轨道卫星等构成,还包括卫星生产、卫星升空,以及目的提升定位精度 的地基强化和星基强化系统。

地面段是 北斗产业 的中游,还包括主控车站、时间实时/流经车站和监测站等若干地面站,以及星间链路运营管理设施。基础部件作为“自律高效率”最关键 的部分,主要由基带芯片、射频芯片、板卡、天线等包含。

用户段是 北斗产业 的下游,还包括北斗相容其他卫星导航系统 的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用于系统与应用服务等。北斗系统自2012年底月获取区域服务以来,显著造就了卫星导航系统产业 的整体升级发展。《2020中国卫星导航系统与位置服务产业发展白皮书》表明,2019年我国北斗卫星导航系统产业市场营收趋于稳定。

其中,产业链上游和中游 的产值占到比分别为9.92%和45.85%,呈圆形上升趋势,而下游运维服务环节茁壮很快,其产值占到比已快速增长到44.23%,是 产业链各环节中效益涨幅最慢 的。何善宝说道,如今“北斗三号” 的定位精度可以抵达五米,与GPS-3系统非常。“MEO 的定位精度理论上0.5米是 无限大。大家都在往这个目标希望,但很多误差源是 无法避免 的。

若要进一步提高准确到0.05米,则要依赖较低轨卫星星基导航系统强化系统或者地基强化系统。精度 的进一步提高各不相同成本,这要看在商业应用于来能否构建闭环。”裴凌说道,“北斗二号”系统竣工时,规模化应用于还过于,只有十万套级别,性能不及GPS,这是 不受芯片技术和涉及技术 的制约。

但一些应用于 的场景早已经常出现,最典型 的是 “两客一危”,即专门从事旅游 的三轮车、三类以上班线客车和运输危险物品 的道路专用车辆。“这些应用于让人们对北斗有了切身 的用户体验,它是 一个十分好 的阶段性系统,让技术体系和产业链逐步完善,有助此后 的星座设计。”裴凌说道,在技术门槛减少后,应用于段显得出现异常活跃,产品递归 的速度在减缓。

目前,北斗定位导航功能已普遍应用于手机、车辆以及无人机。北斗 的另一个最重要功能是 “授时”,指利用无线电波发播标准时间信号 的工作。裴凌讲解说道,定位与时间涉及。

“时间只要有微小 的差异就不会引发距离 的极大误差,这就是 导航系统卫星为什么要有一个仪器 的原子钟。”时间 的精准度在各个行业具有普遍 的应用于。在金融期货交易中,1秒之差价格截然不同。

国家电网加装了大量 的授时终端,用作计算出来电力抵达各变电站 的时间,作好防水措施,以免焚毁设备。授时在手机中 的应用于场景也非常丰富,比如抢红包,第一个点拜、秒杀等等都必须依赖网络 的准确授时。裴凌目前在专门从事混合现实技术 的研究,“无人驾驶领域必须大量 的场景测试,上亿公里 的路况,还要享有各种天气条件下同一个方位 的状态,测算是 不现实 的,必须利用深度自学对虚拟环境展开训练,这其中也必须利用定位导航技术。

”何善宝在北斗重新组建顺利后开始了在应用领域 的创业。2019年他登记正式成立北京正弦空间技术有限公司。在此之前他尝试过几个方向,卫星通信、卫星遥测、机器人等,最后找到气象数据最有市场潜力。“很多人不理解气象,以为是 公益性质 的天气预报,但只不过不是 ,中国 的民航、远洋运输、电力、能源等行业 的气象市场是 被国外公司独占 的。

2025年中国气象服务产业规模平均3000亿元,如果气象数据服务在其中占到比10%~30%,最少有300亿元 的规模。”何善宝正在尝试做到大气观测,利用较低轨小卫星搜寻经大气反射后 的北斗信号,还原大气 的温度、湿度、流体,沦为一家基于北斗系统 的大数据公司。

在该领域可以对标 的是 Spire Global公司,该公司利用GPS和伽利略星座信号提供天气数据,美国国家气象和海洋局早已订购了该公司 的数据。Spire?Global还在开始扩展欧洲和亚洲市场。“虽然气象数据没有到市场 的愈演愈烈期,但是 我们要做到在风口之前。

未来农业、林业领域也不会有很多 的机会。农业气象保险每年有多达500亿元 的市场份额,气象大数据可以做灾害提早预警。”华测导航是 一家基于高精度卫星导航系统定位产品及系统解决方案 的提供商,副总裁胡炜说道,北斗组网顺利有助公司全球业务 的扩展。

“从国家安全性战略看,北斗组网顺利也不会减缓在导航系统定位领域软硬件 的自律高效率,地基强化系统早年全部使用国外设备,现在正在逐步推进国产化。在软件方面,随着美国对中国高科技领域 的技术封锁,也不会倒逼产业末端加快自主创新。”但同时他也指出,应用于层面 的商机并会因组网顺利忽然愈演愈烈,但是 不会增进行业 的发展,比如农机自动导航系统业务在国际上 的推展,特别是在是 在“一带一路”沿线国家 的前进。胡炜指出,未来北斗导航商业应用于 的驱动力首先来自用户对高精度定位 的市场需求,其次来自互联网企业、运营商 的大力投放。

“要做自律高效率并不意味著北斗系统和美国GPS等系统之间是 替代关系。目前,华测导航 的数据采集设备仍然相容全球四大卫星导航系统。不能说道,北斗组网顺利后,我们确实开始转入‘北斗时代’。”鉴于5G应用于也是 近年来倍受注目 的领域,那么“5G+北斗”将不会带给怎样 的应用于场景呢？胡炜举例说道,自动驾驶不会是 较为典型 的应用于场景,但是 也会一步到位。

因为北斗只是 解决问题了定位问题,5G解决问题 的是 数据高速传输问题,但是 ,自动驾驶技术 的成熟期和广泛应用,还必须其他技术,以及法律法规、伦理等方面 的三路推展。不过在一些相同区域或物流配送等场景下,自动驾驶早已获得应用于。关上想象在中国 的规划中,到2035年中国将竣工以北斗为核心,更为融合、更为智能 的综合定位导航授时(PNT)体系,具备高精度、全天时、全天候、陆海空天一体 的特点。

这是 新型 的基础设施,牵涉到所有传统行业。在新兴产业中,移动通信、大数据、机器人也都跟时间和频率有关。PNT本身 的定义也在随着技术 的发展再次发生演进。

综合PNT将超越基于卫星导航系统 的容许,覆盖面积深海、深空、室内、地下等领域。裴凌说道,这也意味著导航系统技术还将有更加辽阔 的想象空间。

首先,量子导航系统是 一个前沿领域。在测试个体 的运动时,目前传感器 的精度远远不够,不会产生西移动,而量子陀螺不会更加准确地叙述运动轨迹,卫星导航系统往量子方向发展后,不会带给更加多富裕想像力 的应用于。

”其次,展开深空探寻时也可以利用脉冲星 的信号来定位。尽管脉冲原因至今没十分有力 的证据,但这仍然是 一个可探寻 的方向。

第三,马斯克 的星链中,较低轨卫星可能会带给另外一套导航系统定位系统,精度和信号都会提升。第四,第三,导航系统与人工智能结合,还不会产生很多想象将近 的应用于。数字孪生技术、物联网、AR、VR都将不会有全新 的应用于场景。第四,“北斗之父”孙家栋曾有言,卫星导航系统 的应用于不不应受限于想象。

从牛郎织女 的星河传说开始,中国人就在用无尽 的想象勾画着未来,而北斗构成 的星座,也将关上未来 的想象之门。

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