行業 | 北斗系統改變中國

導讀

2010年1月13日下午,中國電信CDMA網絡出現大范圍故障告警,涉及到全國絕大多數省份,原因是美國GPS系統升級影響了CDMA的全網同步。

中國電信經營的3G業務使用的是美標CDMA2000,若沒有GPS授時則只能維持72小時的安全運行。

您可以想象,當時政府有關部門和運營商是有多么的緊張,全國上億手機用戶全部斷線,這將是震驚國際的大事件。

他們是怎樣應對這場重大危機的呢?他們什么都沒有做,不是不想做,而是沒啥可做的。

GPS授時信號是關鍵項,這掌握在美國人手里,中國沒有任何控制權,只能緊張地干等。好在GPS的升級過程還算順利,不久系統就解除了警報。

國家安全的命脈不能掌握在他國手里,政府有責任做好危機防范工作,必須要有自主可控的手段,遇到危機后能頂上去。

美國的GPS是免費的,其高精度的軍碼定位也對北約開放,但歐洲還是投入了巨資搞伽利略工程。日本跟美國是軍事同盟,也在搞區域性的導航定位衛星系統。

這些都是出于國家和民眾安全的考慮,基礎科技必須要有自主可控的手段,即使是盟國也不能全面依靠,這是國際社會的共識。北斗衛星系統的由來

中國是個有抱負的大國,在定位導航衛星這件事上早有規劃,從上個世紀70年代就已經開始著手了,七五規劃中提出了“新四星”計劃,隨后提出過單星、雙星、三星、三到五顆星的區域性系統方案,以及多星的全球系統設想。研究、論證、再研究、再論證……從來就沒有停止過。

上世紀90年代,終于選定以“兩彈一星”元勛陳芳允院士提出的雙星定位方案。只有兩顆星,當然不能像美國GPS那樣搞中軌道的,軌道低了覆蓋面就小,兩顆中軌道衛星多數時間會在中國上空以外的地方飛行,那中國還咋用呢?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,在這個軌道上能與通信衛星一樣完成通信任務,于是既能定位又能通信就被設計成為了北斗一代的技術特點,而GPS等其它定位導航系統都是不支持通信功能的。

美國GPS不具備北斗這樣的通信功能,這不能說人家技術落后,因為美國的衛星系統是各司其職的,定位衛星和通信衛星兩套系統的性能都很優異。而中國北斗一代是身兼兩職,聽起來功能更加全面,其實是中國把定位衛星打到了通信衛星的軌道上,自然能收獲了通信這個副業。

由于這兩顆星的軌道很高且數量少,其定位精度自然遠遠比不過GPS,通信功能也比國際海事衛星差得多。通信和定位啥都能干,但啥性能都不行。加盟歐洲“伽利略”

北斗一代的使用體驗比較差,那該咋往下走呢?這時中國看上了歐洲的伽利略計劃,這是歐洲國家聯合搞的全球定位導航衛星系統計劃,這個項目實在是太燒錢,于是他們就瞄上了中國這個大金主。

雙方各有所圖,因此一拍即合,中國作為第一個非歐盟國家加入了伽利略工程,并且支付了兩個億的入伙費。

但中國越來越覺得不對勁,因為日本和印度也加入了,交的錢遠比我們少,也享有基本相同的權利。跟日本和印度共享相同的戰略資源?這是我們不想要的,于是就痛下決心,退出伽利略工程開始發展北斗二代。

北斗二代計劃在2020年前后發射35顆衛星,形成全球性的定位導航系統,其中有5顆是在赤道上空的靜止高軌道衛星,主要完成短信任務。

北斗二代的規模與GPS相當,申請的軌道和頻率與歐洲伽利略比較一致,這就不可避免地遇到了衛星軌道和頻率爭奪的問題。衛星軌道和空間頻率是人類共有的資源,那該如何分配呢?國際規則是既不按國家來分,也不按人口來分,而是誰先占了算誰的。

先占先得的原則是西方發達國家制定的,他們認為這是各國都有同樣機會的公平原則,理由是:你有本事你也打衛星啊,我又沒攔著你,你不打是你自己的事,如果你永遠不打,難道說軌道和頻率還要永遠給你留著?這聽起來也有道理,更關鍵的是,即使你覺得沒道理,你也沒能力阻止發達國家占軌道和頻率。

2005年伽利略計劃的第一顆衛星上天了,但并沒有開通,只是占了軌道但沒占頻率,為啥沒開通呢?原因是沒錢,開通需要花錢的,歐洲手頭有點緊。中國北斗二代的第一顆星也隨后上天了,而且上去就開通了,這下就把軌道和頻率都占上了。

歐洲伽利略那邊慢悠悠地搗鼓,而中國這邊的北斗一顆接一顆地不停打衛星,后來還搞起了一箭雙星,而伽利略計劃和北斗二代有些頻率是重合的,雙方都在國際電信聯盟組織備案了,誰先占上就算誰的,中國的快節奏把歐洲搞急眼了,通過美國給中國施壓,要求中國放慢腳步等等歐洲人民。

以前歐美國家憑借技術和經濟優勢搶占資源,中國技術和經濟不給力只能吃啞巴虧,你們從來就沒謙讓過,現在憑什么要我謙讓?中國不理會歐美的抗議,按既定的節奏繼續打衛星。北斗系統的應用

北斗的首次成功應用是2008年5月12日的汶川地震,甭看我們平時的通信非常方便,電話、短信、互聯網等手段很多,但其實都是高度依賴光纖和基站的,當這些基礎設施遭到大面積損壞時,你會發現QQ、微信、微博、短信……所有平時很方便的通信手段全都完蛋了,除了靠吼之外簡直就沒有一點辦法。

那時候北斗還是一代系統,雖然因為性能指標比不過GPS和海事衛星而被罵,但北斗一代在地震時卻發揮出了不受地面影響的優勢,它的定位和短信能力充分發揮了作用,成為了救援指揮部隊和前線救援人員最得力的通信助手,最大限度地保證了“72小時黃金搶救時間”的有效利用,彰顯了北斗服務民生的技術優勢。

遠洋漁業是個充滿危險的行當,遇到風險時能得到及時救助非常重要。再節省的漁民都會備齊兩樣電子設備,一是GPS,二是海事衛星電話,以便遇到風險時能及時求助。

遇到風險需要求救,首先要用GPS定好位,然后用海事衛星電話通知岸上的救援隊,告訴他們我遇險的GPS坐標,以便他們來救我。當然也有用電臺的,但電臺的可靠性不如海事衛星電話,生死攸關時通不上可就抓瞎了。但是,養一部海事衛星電話是很貴的,但為了關鍵時刻救命又不敢不養,很多漁民對此很糾結。

2013年北斗二代在亞太地區布網后,漁民有了一個新選擇,那就是裝北斗衛星船載終端,北斗的雙向短信功能在漁船救險方面得到了完美應用,遇到險情后一鍵求救,終端會自動把附帶著定位信息的求救短信通過衛星發給岸上的救援隊,實現了GPS+海事衛星電話的功能,而且更加方便。

那這個終端貴嗎?政府大力推廣,將之列為安全機械設備,享受農機補貼政策,政府額外拿出了1個億,免費為遼寧、山東、浙江、海南的1萬艘漁船安裝北斗終端,后續再安裝的直接補貼九成,漁民只需要象征性地出一成的錢就可以安裝。

海事衛星電話很貴,那北斗衛星短信貴不貴呢?答案是一條三毛!這是有史以來最便宜的衛星短信了。為啥這么便宜,有政府補貼唄,其實根本就沒考慮成本,收費是象征性的。

北斗衛星的短信功能非常受歡迎,根據浙江省2011年的統計,浙江漁民利用北斗衛星發短信1300萬條,其中船與船互通604萬條,船與手機互通696萬條。

漁業省份在岸上大建基于北斗二代的漁業信息服務基礎設施,通過衛星給漁船發送實時的天氣、海浪、赤潮、魚汛消息,甚至還有當日漁市價格,幫助漁民決定捕撈哪種魚,漁民在海上就可以把漁獲信息傳到岸上,提前聯系好賣家。

亞太國家認識到了北斗的覆蓋優勢,中國政府也積極推動北斗二代在亞太地區的應用,泰國、馬來西亞、文萊、印度尼西亞、柬埔寨、老撾等國家派出了19名專家,于2014年7月來到中國考察北斗二代,研究討論合作的事項。

泰國專家表示,有些GPS衛星的信號泰國收不到,而北斗所有的衛星信號都能接收到,當然要參加北斗的“天眼”計劃,而且泰國現在已建成了首批CORS(連續運行衛星定位服務綜合系統)。馬來西亞緊隨其后,成為北斗“天眼”落戶的國家。

“兩客一危”指的是從事道路班線客運、旅行包車、危險貨物運輸車,這些都必須安裝電子定位裝置,并將運行信息及時接入到全國的聯網聯控系統中。在交通管理部門的監控大屏幕上,車輛的運動狀態一目了然,超速闖禁行等違規駕駛行為會自動報警,這是一項保護人民生命安全的法規。

“兩客一危”的范圍還在擴展,警車、公務車、校車也正在被納入到北斗衛星定位監控系統之中,不僅僅是為了行車安全,還要監控公車私用,車輛行駛路線清清楚楚,數據妥妥地存在數據庫里,由不得司機遮掩狡辯。

這種對特種車輛的衛星監控,以前要求使用GPS,現在被政府明令要求必須使用北斗系統。有些人為此質疑過政府,以前基于GPS的系統本來就能完成任務,現在為了推廣國產北斗就來硬的,這不是勞民傷財嗎?

這真不是勞民傷財,而是有著長遠規劃的必要措施。中國正在搞北斗地基增強系統的建設,在全國各地甚至東南亞國家大力建設CORS站,與天基系統相互配合,可達到厘米級的實時定位精度。

北斗的天基系統和地基增強系統一旦成功結合,那大貨車就再也不敢長期占用超車道了,而以前的GPS定位精度是10米,是無法區分車道的。給孩子戴的定位手表會更加精準和靈敏,定位信息不再是“在某地附近”,而是精確到孩子站在哪塊地板磚上。

地基增強系統是要與天基系統密切配合的,如果把這個遍及全國的國字號系統搭建在美國GPS的基礎之上,那萬一人家收費了呢?或者把底層數據屏蔽了,那我們就被卡了脖子。我們已經有了完全自主產權的北斗系統,自家的地基增強系統當然要跟自家的北斗系統配對。

現在北斗的實時定位精度已經高于GPS,達到了80公里/小時情況下2厘米的精度,這就給另一種業務提供了技術手段,那就是基于北斗系統的無考官駕考。

現在的倒車入庫等駕考項目已經有電子監控了,壓線就會報警,但路考還得有考官。以后的全部駕駛課目考試可能被北斗系統全面取代,在考試車上安裝北斗接收機,無論是倒庫還是路考,系統都會精確實時記錄車輛軌跡,并自動評分,會比考官更嚴格和公正。

北斗三代星的出現

最近有一條令人振奮的好消息,北斗導航衛星已成功發射了51顆,即將全球組網完畢。可按照原計劃,是2020年前發射35顆北斗二代星全球組網完畢,為什么又出現了三代星?都51顆了還沒有發射完?

這是因為前些年在北斗二代的發射組網過程中,我們發現了兩個問題,一是銣原子鐘是進口的,我們很擔心在這方面被人卡脖子,二是我們不像美國那樣在全球有很多海外基地,地球背面衛星的導控是個難題。

于是我們在二代星的基礎上做出了兩項重大調整,一是用我們自主研制的氫原子中代替了國外進口的銣原子鐘,精度提高了10倍。

二是增加了星際鏈路功能,我們只需要把導控信息發射到一顆衛星,然后就可以在35顆衛星中互相轉發,形成了對所有衛星的導控。

2017年11月5號,我國發射了第1顆三代星,可距離2020年只剩下短短不到三年的時間了,全部換成三代星,時間來得及嗎?北斗衛星團隊的小宇宙爆發了,兩年發射了20多顆,中國基建狂魔的稱號不是蓋的,全球組網后的北斗系統將是全世界最好的定位導航系統。

北斗三代星的精準定位對國計民生有非常大的作用,例如前一段時間在江蘇有一個鐵路局和鐵塔公司合作搞的“雙鐵”項目,解決了鐵路局一個重大的隱患。什么隱患呢?每天只有晚上3點鐘左右沒有火車,這是檢修鐵軌的時間窗口,鐵路局就怕一個事,就是工人把工具落在鐵軌上,黑燈瞎火地也沒發現,這就可能出現重大事故。

為解決這個重大安全隱患,江蘇鐵路局安排了200名機關干部輪流上夜班,就做一件事,對檢修工具進行“三確認”登記。

合作項目就是鐵塔公司在每個工具上綁了一個北斗精準定位模塊和一個物聯網模塊,可以把它的實時位置上傳到云上,每一個工具都是動態顯示,如果一個工具離堆,馬上就會報警,這比人工檢查可靠得多。

合作完成后鐵塔技術人員要撤出,鐵路局干部就說非常感謝你們,你們人可以走,設備必須留下。因為這太好使了,他們終于可以不用上夜班了。

除了工業化應用,北斗對消費者也有重要作用,例如我們都離不開手機導航,新款手機榮耀9X就支持北斗,而且采用的就是聯合定位的策略。北斗和GPS是兩套獨立的系統,各有各的誤差,經過聯合定位后,其精度會得到很大提高。

你可能會問,國內其他手機也都支持北斗,為什么單獨拿榮耀9X來說事兒呢?這是因為這款手機使用了旗艦級別的麒麟810芯片,支持了北斗三代最新的b1c頻率,這個新的頻率可以使得信號能量更加集中,進一步降低了誤差。

除硬件優勢外,榮耀9X上還支持AI智慧通信2.0功能。通過AI智慧識別使用場景,比如在電梯中需要定位叫車出行,由于電梯內信號較弱,其他安卓手機無法精準定位。榮耀9X可以做到智能切換,迅速恢復信號,并與北斗導航相結合精準定位。

華為技術加上北斗三代星,再加GPS輔助,形成了現在最先進的手機導航策略。

北斗系統是中國自主建設、獨立運行,與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統,可在全球范圍,全天候、全天時,為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務。

現在已經發射了51顆衛星,再發射4顆就全球組網完畢了,屆時將超越GPS成為全球第一大衛星導航系統,它不僅是中國人的驕傲,也將是全人類的福祉。

來源:新浪微博

作者:奧卡姆剃刀

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