星耀天穹 福及人类——中国北斗全球卫星导航系统建设纪略

2020-08-01 11:25来源:中国经济网—《经济日报》编辑:王绍华
展望未来,北斗星光耀全球正当时。

  编者按 中国北斗,我国自主建设的卫星导航系统。自1994年北斗一号立项以来,历经二十六载,从无到有,从有源到无源,从区域到全球,交出一份沉甸甸的“成绩单”。

  2020年7月31日,中国向全世界郑重宣告,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗自此开启高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。它将以更加开放包容的姿态拥抱世界,同世界一起书写时空服务新篇章。

  抗击疫情,分秒必争。北斗“交通”打通火线运输线,确保防疫物资及时送达;

  国庆阅兵,举世瞩目。北斗“标齐”大显身手,受阅方队、装备“米秒不差”,阅出了军威、国威;

  在世界之巅珠穆朗玛峰,北斗为中国攀登者完成高程测量提供主要数据;

  在惊涛骇浪的南海,中国渔民无论行驶到哪块海域都在中国北斗的俯瞰之中;

  在山洪频发的山区,“北斗+气象”让居民早知晴雨,更好地开展生态保护、资源开发和探险旅游;

  在川流不息的马路,北斗让人们自由穿梭于大街小巷……

  这就是中国北斗,我国自主建设的卫星导航系统。它是国家安全和经济社会发展不可或缺的信息基础设施,是大国地位和综合国力的重要标志。

  2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京人民大会堂隆重举行。中国向全世界郑重宣告,中国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗自此开启了高质量服务全球、造福人类的崭新篇章。

  从此,中国北斗正式走出国门,成为服务全球的卫星导航系统,它将以更加开放包容的姿态拥抱世界,同世界一起书写时空服务新篇章。

  命名“北斗”

  1994年,世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成;也是这一年,我国开始独立自主研制北斗卫星导航系统,并以祖先们用于识别方向的“北斗星”命名

  从无到有,北斗走过的这条路殊为不易。

  早在上世纪70年代,从事“两弹一星”的先驱们就已经认识到卫星导航定位系统的重要性。他们曾在卫星导航领域苦苦摸索,在理论探索和研制实践方面开展了卓有成效的工作。立项于20世纪60年代末的“灯塔计划”可以说是北斗工程的前身,尽管这个计划最终因技术方向转型、财力有限等原因而终止,然而它如同一盏明灯,为后来上马的北斗工程积累了宝贵的经验。

  改革开放以后,我国加快了经济发展的脚步,卫星导航定位在国民经济和国防建设上的重要价值再一次被科学家提出。但是当时,美国已经凭借着GPS在卫星定位系统领域一家独大,俄罗斯的GLONASS也完成了全球组网,以我国当时的国情,走欧美国家的老路只能永远做一名追赶者,唯有另辟蹊径才能拥有超车的机会。

  究竟该怎样打造自主可控的国之重器?

  第一代北斗建设者们一致认为,最迫切的需求是先解决“有无问题”。1983年,以陈芳允院士为代表的专家学者提出了利用2颗地球同步轨道卫星来测定地面和空中目标的设想。“双星定位”建设方案的原理是把地心视为一颗虚拟卫星,再发射两颗地球同步卫星构成星座,经地面控制中心计算处理,实现对区域内地面目标的快速定位。这一方案用当时中国最成熟的航天技术,以最小星座、最少投入、最短周期,实现了卫星导航系统建设的自主可控,为后续发展坚定了必胜信心,奠定了坚实技术基础,积累了丰富工程经验。

  是否一步跨到全球组网?这在当时引发了不小的争议。建成覆盖全球的导航定位系统,至少需要24颗卫星,美、俄用了20多年时间。但是,维护我国国家主权、安全、发展利益刻不容缓,中国拖不起、等不得,必须在最短时间内让北斗发挥出最大效益。怎么办?“两弹元勋”、东方红一号卫星总设计师、北斗工程首任总设计师孙家栋院士带领工程技术人员创造性提出“分步走”战略,先试验后建设,先国内后周边,先区域后全球。

  路,终于打开了。北斗工程“三步走”发展蓝图被确定下来:第一步,先建立双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;第二步,完成3种轨道10余颗卫星发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以及短报文通信服务;第三步,建成由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫星导航系统,形成全球无源服务能力。

  什么是“有源”和“无源”?北斗一号系统总指挥、中国航天科技集团研究员李祖洪曾经有过一个形象的比喻:“有源”与“无源”之间的差别就相当于对讲机和收音机一样。有源就像对讲机,既可以接收信号又可以发送信号,而无源就像收音机,只接收卫星信号,不再向外发送信号。孙家栋院士说,中国北斗导航卫星系统的设计将“有源”和“无源”非常巧妙地结合起来,以充分发挥它的作用,这是中国北斗的最大特色和亮点,也是北斗的优势所在。

  1994年,无论在世界还是中国的卫星导航发展史上都是极具特殊意义的一年。这一年,世界首个全球卫星导航系统GPS全面建成;也是这一年,党中央、国务院、中央军委作出独立自主研制北斗卫星导航系统的重大战略决策,并以炎黄子孙的祖先们用于识别方向的“北斗星”命名,中国开启了第一代卫星导航系统研制建设的漫漫征程。

  摸着石头过河

  回望自北斗一号开始的漫漫征程,由于国外技术封锁,北斗人一路拓荒前行,“摸着石头”寻找国产化发展之路

  回顾我国北斗工程建设历程,北斗一号实现了中国导航卫星从无到有,使我国成为继美、俄之后第三个拥有导航卫星的国家。当时国外对我国实施严格的技术封锁,国内的部件厂家尚未成熟,北斗人只能“摸着石头过河”。

  长期稳定运行是卫星导航系统的根本。而在当时的技术条件下,影响卫星长期稳定运行的控制分系统三大部件——红外地球敏感器、动量轮和太阳帆板驱动机构都没有实现国产化。研制团队从关键技术、关键材料、关键工艺着手,历经8年多时间,几经波折,三大部件终于在北斗一号的备份星上实现了首飞,自主解决了卫星的“眼睛”“腿脚”和“肩关节”问题。

  北斗一号最初启用我国研制的“东方红三号”卫星平台,虽然采用了当时最先进的三轴稳定控制方案和双组元统一推进方案,但由于国外对我国的关键技术封锁和禁运,实现这些方案必须依靠自身条件。据航天科技集团五院专家回忆,当时五院聚集国内优势力量,短短几年时间便完成了控制分系统的星载计算机、中心控制线路、推进分系统的大容量表面张力贮箱、490牛顿推力发动机等产品的技术攻关,最终,北斗一号卫星推进分系统65台部件产品“全部实现了国产”。

  如果将卫星导航系统比喻成一棵大树,那么技术就如同它的树根,而频率资源则是大树赖以生长的土壤。如果没有频率,卫星导航系统将如同无地生根的大树,设计得再好也没有施展本领的舞台。

  据中国工程院院士、卫星导航定位总站高级工程师谭述森回忆,在卫星导航系统建设初始阶段,频率资源相对充沛,建设时间较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源的冲突问题,然而到了北斗系统建设的时候,发达国家已经将卫星导航频率瓜分得所剩无几,频率资源争夺非常激烈。北斗第一代科学家经过与几十个国家300多次艰苦的谈判,创造性地提出卫星导航信号兼容性评估准则,证明了北斗与其他卫星导航系统频率重叠时互不影响,赢得频率共用的“世界共识”,为国家争取了宝贵的频率资源。

  然而,国际电联规定,各国均可平等申请新资源使用权,但必须在7年有效期内发射导航卫星,并成功接收传回信号,逾期则自动失效。为保住2007年4月17日这一最后“窗口”,北斗工程上下进行全系统总动员和大会战,抢在当年2月底完成卫星研制。然而临射前,卫星上的应答机突现异常。为确保万无一失,工程试验队果断将已矗立塔架的星箭组合体拆开,取出卫星应答机,72小时不眠不休,成功排除故障。

  2007年4月14日4时11分,这颗肩负重要使命的卫星发射成功;17日20时许,北京清晰地接收到来自这颗卫星的信号。这一刻,距离频率失效最后时限已不到4个小时。中国北斗在最后时刻“压哨破门”,拿到了进军全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”。

  翻越“腊子口”

  无“钟”之困、缺“芯”之忧、布“站”之难……自主创新的过程注定是艰苦的,但只有坚定不移地走下去,才能把命运牢牢掌握在自己手中

  无“钟”之困、缺“芯”之忧、布“站”之难……在北斗系统一路走来的过程中,最不缺少的就是一个又一个难题和难关。自主创新的过程注定是艰苦的,但北斗卫星导航系统的研发人员深知关键核心技术是花钱买不来的,即使买来了也是不可靠的,引进仿制的路子也走不远,只有坚定不移走自主创新之路,才能把命运牢牢掌握在自己手中。

  阳光总在风雨后,面对没有自己的原子钟和芯片、区域布站条件下实现全球服务等看似难以逾越的“娄山关”“腊子口”,北斗人凭借滚石上山的毅力和勇气,走出了一条自主创新、追求卓越的发展道路。

  “现在几点了?”这是我们生活中每天都要面对的问题。而为我们提供答案的不是身边的钟表,而是天上的导航卫星。授时是北斗卫星导航系统的一个重要功能。跨海大桥、海底隧道,许多台起重机一起合作,动辄上千米的作业面,时间上差一点,就会“失之毫厘谬以千里”。

  授时精度取决于导航卫星的“心脏”——原子钟。由于星载原子钟机理复杂、技术难度极大,美国、俄罗斯、瑞士等少数国家曾长期垄断这项技术。遗憾的是,我国科研团队为北斗卫星设计的第一台原子钟效果差强人意,不仅在工作时经常出现“突跳”,精度与国际水平也相差甚远。能否突破原子钟技术瓶颈,关系到我国北斗系统建设的成败。

  在中国科学院武汉物理与数学研究所研究员梅刚华的办公室里,至今收藏着几抽屉的试验品,它们被梅刚华视若珍宝,见证着课题组20年来的艰难求索。“原子钟的核心部件微波腔只有一个胶卷大小,要在里面特定位置打几个槽,测量宽度和深度,在当年没有计算机模拟仿真技术时,只能一点点摸索、一点点打磨。”梅刚华说,仅这一项技术,他们就进行了上百次试验。最终,具有全新结构和工作原理的开槽管式微波腔研制成功,这一研究利用小体积原子气室激励出高强度原子跃迁信号,获得了中、美两国发明专利授权。

  除了武汉物理与数学研究所之外,航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位也对星载铷原子钟一系列关键技术开展攻关。这是一项非常“熬人”的工作,为了保证24小时不间断测试,科研人员经常是白天调试,晚上盯在测试仪器前,观察数据,一测就是一整夜。在日夜兼程进行调试的阶段,大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。2005年,航天科工203所交付了我国首批两台星载铷原子钟工程化初样鉴定机,标志着我国原子钟自主化迈出了一大步。2007年,赶上了为争夺频率资源提前发射的北斗试验星,我国自主研制的星载铷原子钟上天服役。2008年前后,梅刚华团队成功研制出具有完整自主知识产权、满足航天工程要求的星载铷原子钟正样产品,做到计时精度与美国GPS系统同期技术相当,打破了国外技术垄断和封锁,并批量用于“北斗二号”卫星,中国的北斗终于装上了一颗“中国芯”。

  如今,“北斗三号”全球系统上的星载原子钟计时精度达到100亿分之3秒,与美国GPS卫星最新一代星载铷钟并列,跻身国际顶尖水平,可以满足分米级导航定位需求。打个比方,如果汽车装载了北斗卫星导航定位系统,那么它提供的位置精度比车道间距还要小,这样就能够帮助驾驶者规避堵车,也能保障行驶安全。

  “北斗的研制,是中国人自己干出来的。‘巨人’对我们技术封锁,不让我们站在肩膀上。唯一的办法,就是自己成为‘巨人’。”李祖洪说。

  缺少“中国芯”,一直是困扰我国高科技领域的一块“心病”。对于北斗系统工程建设和应用来说,拥有国产芯片,对于确保安全性、稳定性、可靠性至关重要。

  搞北斗三号全球系统,全面国产化是头等大事。通过深入动员,工程上下形成宁可国产化产品“指标低点,价格高点,也要大胆使用”的坚定共识;工程总体研究制定行动规划,将自主可控要求落实到关键技术攻关、产品研发、竞争采购等各环节;建立由专项管理办公室牵头,多部门参加的自主可控协调小组,通过重点行业、区域应用示范工程,大力推广使用自主芯片、模块、软件产品,通过边建边用、反复迭代,有效提高了产品质量水平。

  功夫不负有心人。国产北斗芯片工艺由0.35微米提升到28纳米,已在物联网和消费电子领域广泛应用。支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航定位芯片,体积更小、功耗更低、精度更高,已具备批量生产能力。

  宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。截至2019年底,国产导航型芯片出货量已超1亿片,北斗导航型芯片、模块高精度板卡和天线已出口到120余个国家和地区。

  北斗全球导航系统建设还有一大特色,那就是首创Ka频段星间链路。按照传统全球卫星导航系统的建设和运行模式,需要在全球范围内建立众多地面站。但北斗系统不能像GPS那样,在全球建立地面站。为了解决境外卫星的数据传输通道,航天科技集团五院北斗三号研制团队创新提出了星座星间链路技术,采取星间、星地传输功能一体化设计,实现了卫星与卫星、卫星与地面站的链路互通,这就是说,我们虽然“看不见”在地球另一面的北斗卫星,但用北斗卫星的星间链路同样能与它们取得联系。太空“兄弟”间手拉手,心相通,不仅实现了相互间的通信和数据传输,还能相互测距,自动“保持队形”,可以减轻地面管理维护压力。凭借这一“绝活”,工程实现了仅依靠国内布站情况下对全球星座的运行控制,以及全球服务能力与世界一流系统的比肩。

  北斗三号全球系统星座部署完成后,澳大利亚空间工程研究中心主任安德鲁·登普斯特指出,北斗是一项重大突破,因为它意味着中国可以完全独立地使用自主导航系统,不再依赖任何人。

  “五千万”工程

  干惊天动地事、做隐姓埋名人,不分前方后方、不分国企民企、不分台前幕后,他们都是北斗人,共同谱写了重大航天工程“举国上下一盘棋、千军万马大会战”的火热篇章

  从北斗工程立项伊始,天南海北的建设者们便怀揣激情和梦想汇聚到北斗研制建设一线,他们干惊天动地事、做隐姓埋名人,不分前方后方、不分国企民企、不分台前幕后,共同谱写了重大航天工程“举国上下一盘棋、千军万马大会战”的火热篇章。如同北斗工程总设计师杨长风所说:“北斗是‘五千万’工程:调动了千军万马,经历了千难万险,付出了千辛万苦,要走进千家万户,将造福千秋万代。”

  2015年,北斗三号即将发射试验卫星,其成功与否直接影响着后续组网任务能否顺利进行,至关重要。为了赶上“发射窗口”,航天科技集团五院总体部机械总体研制团队绞尽脑汁、开足马力、使出浑身解数,流程调整、精简项目……大家心中只有一个信念——“必须按时出厂!”为了确保每项工作按计划完成,总装现场24小时作业、设计师就24小时跟产。在亮如白昼的大厅里,已然分不清是深夜还是白天,困了就出去洗个脸精神一下,累了就坐在现场休息一会儿,“天线顺利展开、转动指令正确”……每一个节点任务的顺利完成,都会给在场的人打上一支“强心剂”,经过一个多月的努力,试验星终于在9月30日成功发射。

  类似的场面在整个北斗系统工程中无数次出现,不分昼夜地坚守,永不放弃地攻坚克难,属于北斗人的精神有很多,其中工匠精神更是北斗工程的魂。

  在第九颗北斗三号卫星某关键单机测试中,总体主任设计师刘家兴发现一个关键指标“超标了”。“差了多少呢?”得到的答案是“小于一纳秒”。换句话说,这个误差小于十亿分之一秒。但刘家兴就是过不了心里的那道关,为了这个误差,整个团队停下了前进的脚步,用他们的话说就是“坚决不能让卫星带着隐患上天!”

  2020年6月15日晚,举世瞩目的北斗三号最后一颗全球组网卫星发射任务因运载火箭发现产品技术问题推迟发射,已经加注的近400吨火箭常规推进剂必须安全泄出。危急时刻,加注分队连续3天反复研究推进剂泄出技术难点,分析近500个阀门、1600米管道等设备设施状态,组织8次泄出演练,把泄出方案细化到分钟级,精确到每一个动作、每一句口令,力求将风险降到最低点。6月23日,伴随着轰鸣巨响,重新加注燃料的长征三号乙运载火箭,托举着北斗三号最后一颗全球组网卫星飞向太空,为北斗发射任务画上一个圆满句号:44次发射取得100%成功。

  今年北斗收官发射又赶上新冠肺炎疫情防控,多支试验队伍、数百名科技人员齐聚发射场,任务实施过程一波三折。大家既要打赢组网收官战,又要打好疫情防控战,两条线都不能出问题。面对特殊严峻的形势,参试各方心往一处想、劲往一处使,主动换位思考、共同坚守担当。总体层面精心做“统法”,统筹资源、统筹力量、统筹工作;各试验队一再做“减法”,把现场人员压到最少、工作流程调到最简、各类风险控到最小;发射场全力做“加法”,加强防控措施、加大保障力度、加紧解决困难,齐心协力、共渡难关,有效确保了发射任务和场区防疫“双胜利”。

  据统计,北斗卫星导航系统工程启动以来,全国范围内共有400多家单位、30余万名科技人员参与研制建设。陈芳允、孙家栋两位“两弹一星”元勋和几十名两院院士领衔出征。国内卫星导航与位置服务领域企事业单位数量在1.4万家左右,从业人员数量超过50万,形成珠三角、京津冀、长三角、鄂豫湘、川陕渝五大产业区。

  “全球时代”已经到来

  随着北斗三号全球卫星导航系统正式开通服务,从国内到国外,从区域到全球,北斗服务将为更多国家和人民所共享

  随着北斗三号全球卫星导航系统正式开通服务,属于北斗的“全球时代”已经到来。从国内到国外,从区域到全球,北斗服务将为更多国家和人民所共享。

  目前世界上共有四大全球卫星导航系统,分别是美国的GPS、俄罗斯的GlONASS、欧盟的Galileo和中国的北斗。北斗三号以具备世界先进水平的性能进入全球卫星导航系统大家庭,将为全世界用户提供定位速度更快、用户体验更好的导航定位服务。与其他3个全球卫星定位系统相比,北斗是唯一采用三种轨道搭配星座,北斗的地球静止轨道和倾斜同步轨道可以使亚太地区几乎永久保持至少12颗卫星可见,大幅提高该区域定位精度。

  2020年6月,北斗三号全球系统星座部署完成后,联合国外空司专门发来视频,祝贺北斗系统完成全球组网部署,肯定北斗系统正在推动全球经济社会发展,赞赏北斗系统在和平利用外太空、参与联合国空间活动国际合作方面作出的巨大贡献。

  近年来,中国政府致力于推动卫星导航领域国际合作。双边合作走深走实。中俄卫星导航政府间合作协定正式生效,为中俄互建监测站等合作提供组织与法律保障,北斗和GlONASS系统实现信号兼容;中美实现北斗和GPS系统信号兼容与互操作;中欧深化开展频率协调。持续推动多系统兼容共用,让全球用户更好地享用多系统带来的好处。

  多边合作成果显著。在联合国全球卫星导航系统委员会(ICG)等多边平台上积极发声,并成功举办两届ICG大会。成功举办中阿北斗合作论坛、中国—中亚北斗合作论坛,拓展与“一带一路”国家和国际组织的合作平台,持续扩大北斗“朋友圈”。

  北斗应用不断落地海外。北斗系统作为目前唯一一个具备导航和短报文通信功能的卫星导航系统,这一优势早在2015年尼泊尔大地震中就得到了充分体现。据当时参加救援的厦门蓝天救援队队长陈素珍回忆,当时各国救援队间通信不畅成为救援的最大障碍。因为中国北斗可以发短报文,尼泊尔的指挥部就把中国救援队派到了受灾最偏远、最严重的地方。

  中国北斗的贡献还伴随着“太空丝路”不断延展。在我国周边和“一带一路”沿线国家,巴基斯坦的交通运输、港口管理,缅甸的土地规划、河运监管,老挝的精细农业、病虫灾害监管,文莱的都市现代化建设、智慧旅游,印尼的海上集成应用,在不同国度的不同领域,都有中国北斗的身影。

  近些年,随着经贸往来的增加,我国与周边国家间跨境客货运车辆数不断增长,也增加了相关管理部门对跨境客货运车辆的管理难度。北斗系统提供的导航定位服务,正是解决提升跨境运输车辆安全管理能力的关键所在。俄罗斯是率先与我国就利用卫星导航系统实现两国跨境车辆管理的国家。目前,中俄已完成了跨境运输车辆监管系统的开发工作,并在部分中方、俄方客货运车辆上安装了北斗/GlONASS兼容终端,接入系统开展了试运行活动。

  在北斗三号系统提供全球服务一周年发布会上,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其表示,只有加强卫星导航系统间合作,才能共同推动时空信息、高新技术的发展。对于中国北斗来说,“自主、开放、兼容、渐进”一直是发展主基调,我国始终秉持“中国的北斗,世界的北斗”的发展理念,积极推进北斗系统国际合作。

  北斗提供全球服务,是北斗建设的一大步,也是北斗发展的新起点。正如孙家栋院士所说,“全球卫星导航系统已成为经济社会不可或缺的空间信息基础设施,它将惠及人类生活和经济发展。如今,北斗已成为全球卫星导航系统中不可忽视的重要力量,成为我国对外交往的重要合作项目,显著提升了我国的国际地位与影响力。”

  生活因它更精彩

  “融合发展、万物互联”,“北斗+”让生活更便利、更精彩,北斗系统正走进各行各业、千家万户,成为日常生活中不可缺少的必需品

  北斗作为国家重大空间基础设施,提供的是公共服务产品,就如同电、无线网络一样,必须通过终端服务来实现价值。因此,“融合发展、万物互联”一直是北斗应用推广的基本方针。通过万物互联,“北斗+”让生活更便利、更精彩。

  2008年5月12日,四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震,外界无法及时获得震区情况,成为救援工作最大阻力。紧急情况下,中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了上千台北斗用户终端。5月12日22时左右,首批武警官兵到达地震重灾区,并使用北斗卫星导航系统用户终端机连夜陆续发回实时灾情数据,为地震重灾区发出了第一束生命急救电波。也正是那场灾难让“北斗”这个名字从此家喻户晓。

  12年过去了,今天的北斗应用已经远超当年的想象。2020年4月30日,我国“2020珠峰高程测量”正式启动。在首次精确测定并公布珠峰高程45年后,中国人再次为世界第一高峰测量“身高”。不同以往的是,此次测量,中国北斗导航系统为科考人员提供了主要数据。

  在新冠肺炎疫情阻击战中,北斗的贡献同样有目共睹。北京、湖北的北斗植保无人机被广泛用于区域内消毒防疫,一架无人机单次喷洒面积可覆盖5000平方米,并且能深入防疫车无法抵达的死角。在全国各地,数十万台北斗终端进入物流行业,通过北斗精准定位,位置信息一目了然,一些物流企业还通过机器人向部分隔离小区提供物资运输配送。北斗与互联网、移动通信网、大数据、云计算等结合形成的“北斗+”信息产品,可以对感染者的行动轨迹进行精确定位并向社会公开发布,为大城市特别是基层社区做好防控提供关键数据支撑。

  武汉火神山、雷神山医院建设十万火急、分秒必争。“万丈高楼平地起”,高精度定点定位是基准,快速精确测量是基础。大年三十晚上,工作人员闻令而动,奔赴火神山医院工地,北斗高精度定位设备火速驰援,确保工地大部分放线测量一次完成,为医院迅速施工争取了宝贵时间。

  发展到今天,北斗系统已应用到各行各业,走进千家万户,如同水和电一样,成为人们日常生活中不可缺少的必需品,无处不在、触手可及。

  新建成的北京大兴国际机场,依托北斗高精度融合定位解决方案,成为全国首个实现行李装卸车辆在室内的亚米级定位的大型机场。在机场中实现高精度室内定位的价值还有很多,对于机场管理方来说,室内定位将会是物联网的核心基础设施,未来对机场内人员和物品的监管调度、轨迹追溯、大数据分析都要依靠室内定位进行数据采集。而对于旅客来说,高精度的室内定位则有机会提供给他们更为便捷的导航或提醒服务。

  民以食为天,食以安为先。利用北斗定位和网络技术,市场上销售的“北斗菜”,扫一扫二维码,就能追踪它长在谁家地、用的谁家种、施过什么肥。如今,越来越多的菜农加入“北斗菜”网络平台,为自己的绿色蔬菜“正名”。一些地方的水果种植、畜牧养殖,甚至是中药生产,都开始利用北斗终端进行溯源管理、全过程监控,百姓关注的食品药品安全问题有望从技术上得以解决。

  过去人在旅途,常常身在囧途。如今,加入或使用了北斗的电子地图、约车软件,共享单车、位置分享,你能更任性地说走就走。大型客车、学生校车、危险品运输车等强制安装北斗终端,超时超速和不按规定路线行驶得到及时警示提醒,交通违章率和事故伤亡率各下降50%。设置北斗电子围栏,共享单车的无序停放得到有效治理。

  据中国北斗卫星导航系统白皮书显示,北斗系统自提供服务以来,已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用,服务国家重要基础设施,产生了显著的经济效益和社会效益。

  回望当初,当很多国家不惜斥巨资发展全球卫星导航系统时,我国“两弹一星”元勋杨嘉墀院士就鲜明地指出,中国民用卫星导航市场广阔,潜在经济效益巨大,是今后可持续发展的重要因素。

  2018年,我国卫星导航与位置服务产业总体产值就达到3016亿元,其中北斗对产业核心价值贡献率达到80%,由卫星导航衍生带动形成的关联产值达到1947亿元。2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3450亿元,较2018年增长14.4%。卫星导航服务这个巨大的市场仍在高速增长,北斗完成全球组网后,将迎来深化应用及黄金发展的新时代。

  赋能未来

  北斗与互联网、大数据、人工智能等新技术的融合发展,正在构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链

  随着我国成功发射北斗三号最后一颗全球组网卫星,一款“北斗,北斗,收到请回答”的小应用也跟着刷爆微信朋友圈。由央视新闻与千寻位置联合发布的这个小应用,通过“时空智能卫星实时数据监测系统”,不仅告知了人们头顶北斗卫星数量,还能看到每颗卫星的实时运行轨迹,甚至每个卫星实时的经纬度、高度、三维速率等信息。

  直到今天不少人还有一种误解,好像GPS就是卫星导航系统的代名词。实际上,今天的卫星导航已经是多系统兼容共用,包括GPS、GlONASS、Galileo,当然更包括中国的北斗。而一个手机终端有没有用到北斗系统,则取决于芯片是否支持北斗系统。

  近年来,随着北斗应用产业发展,国内外主流芯片厂商纷纷推出兼容北斗系统的通导一体化芯片。据统计,截至2019年第三季度,在中国市场申请入网的手机有151款具有定位功能,其中支持北斗定位的有110款。国内北斗企业利用北斗地基增强站,提供厘米级定位、毫米级感知、纳米级授时的精准时空服务,提供的加速定位服务覆盖220个国家和地区,全球用户规模超过3.9亿。千寻位置市场总监俞洁瑾表示,在北斗三号全球组网最后一颗卫星发射成功之际,推出这款小应用,就是希望大家更好地感知到,北斗就在我们身边。

  千寻位置之所以能够让人随时随地的“呼叫北斗”,是通过地基增强系统,星基增强系统星地一体融合能力及全球站网系统,构建了一个实时无缝的“星地一体”高精度时空网络,让终端用户通过互联网就可以随时随地获取这项服务,相当于提供了一个“增强版”北斗。

  2020年6月23日,千寻位置网络有限公司对外宣布,我国自主研发的北斗加速辅助定位服务用户数已经突破5亿,覆盖国内大部分安卓手机,这项服务将耗时30秒以上的初始定位时间缩短至3秒,极大增强用户的定位体验。

  伴随着北斗完成全球组网的步伐,北斗加速定位服务的普及,对于北斗规模化应用具有重要意义。北斗与互联网、大数据、人工智能等新技术的融合发展,正在构建以北斗时空信息为主要内容的新兴产业生态链,并正在成为北斗产业快速发展的新引擎和助推器,推动着生产生活方式变革和商业模式的不断创新,催生了精细农业、精准物流、自动驾驶、智能交通、智慧城市等经济发展新模式和产业发展新业态。

  北斗系统的全域覆盖、全时联通,将推动万物互联时代的加速到来。“北斗+物流”,包装可以根据商品体积重量自动选择包装箱,发货可以根据地址自动分拣配送,买家可以随时知道所购物品的行踪轨迹;“北斗+支付”,能够对1秒钟内成百上千的股票、车票购买申请进行精确排队,按序办理;通过精确掌握车辆位置变化和时间长短,从云端快速准确完成高速公路行驶缴费、公共场所停车收费、车辆自动充电计价等。

  千寻位置CEO陈金培指出,亿级的使用频率仅仅是一个开始,随着物联网时代的到来,时空服务的使用者将会是数以百亿计的“机器人”,它们对时空服务的需求更高、依赖性更强,使用频率将是几何级数的增长。

  冉承其指出,随着信息技术的发展,互联网、移动通信、卫星导航这三大支柱产业正在实现紧密融合、跨界融合。政府部门也在顺应信息技术领域发展变化的趋势,积极推动北斗与大数据、云计算与互联网、移动通信的融合发展。

  中国卫星导航系统管理办公室副主任陈谷仓表示,北斗系统若想做好服务,需要在技术创新、管理创新等方面进一步努力,推动引领应用发展。

  结 语

  从北斗一号工程立项开始,二十六载风雨兼程,为了实现共同的梦想,几代北斗人接续奋斗、数十万建设者聚力托举,在强国复兴的伟大征程中,一次又一次刷新“中国速度”、展现“中国精度”、彰显“中国气度”。

  雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。回望来路,北斗人强国初心永不改;展望未来,北斗星光耀全球正当时。



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