2020年，北斗三号系统正式开通，如今已落户137个国家

1991年海湾战争中，美军大量使用卫星导航的飞机、坦克和导弹。这些武器在黑夜里也能准确找到目标，伊拉克的百万大军几十天里就灰飞烟灭。

此战给中国极大的震撼，于是我们决心研发国产卫星导航系统。

今天我们的北斗系统已经和上百个国家合作，全球产值将达到千亿美元。

这不仅证明了我国进军高科技产品的能力，也为未来更多国家摆脱美国的霸权创造了条件。

美国率先研发卫星导航技术，中国北斗一号奋起直追

卫星导航本质是无线电导航的发展。自古以来人们在走路行船时都怕迷路，于是有了指南车和指南针这样的设备。

到了二战时期出现了无线电导航。借助于无线电波的光速和直线传播，执行夜间轰炸任务的飞机才能在漆黑的夜空中准确找到目标。

1957年10月苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。在引起美国政府强烈恐惧的同时，也激发了美国科学家对卫星应用的探索。

美国霍普斯金应用物理实验室一名科学家发现由于多普勒原理当这卫星靠近接收机所接收的无线电频率就会变大，当远离接收机时频率就会变小。

他突发奇想，由于卫星的轨道是可以精确计算出来的。那么用卫星作为无线电导航的发射机，就可以在全球任意地方准确找到自己的位置。这样卫星导航就真正实现了各种天气条件下，全球高精度被动式导航定位且抗干扰能力强<1>。

1964美国海军研发了“子午仪”卫星导航系统为战略核潜艇服务，1967年推出了民用设备。

1973年尝到甜头的美国海军同陆军和空军共同研制全球导航系统，就是大名鼎鼎的GPS系统。美国共耗资300亿美元的巨款，到1994年建成了可覆盖全球98%的卫星导航系统。

虽然GPS系统最开始为军方研制，美国政府也很快将其推向了民用市场。目前全球的民用交通工具，乃至外军装备都可以使用民用版GPS。

然而美军使用的P码和民用的C/A码定位精度相差10倍，因此苏联研发了自己的格洛纳斯卫星导航系统后其它国家也跃跃欲试。相比之下中国是该领域后来者，但早在上世纪80年代就已经开始了对相关技术的预研。

考虑到我国基础工业同美国存在巨大差距，同时兼顾财政的承受能力提出了三步走计划。

即2000年建成向中国提供服务的北斗一号系统，2012年建成向亚太地区提供服务的北斗二号系统；到2020年建成北斗三号系统，向全球提供服务。

1994年我国正式启动北斗一号系统工程建设，2000年2颗地球静止轨道卫星发射成功。

北斗一号是只服务于我国的卫星导航系统，因为卫星导航系统不仅依赖于卫星也同样依赖于我国土范围之内的地面站。

其最大的技术缺陷是采用了有源定位体制，在为用户提供定位和短报文通信服务时必须由用户先发送申请。

2003年我国发射第3颗地球静止轨道卫星，以进一步增强系统性能。目前北斗一号已经完成了试验任务，全部4颗卫星都停止工作。

参与欧洲伽利略遭遇失败，国产原子钟助力北斗二号

但是北斗一号卫星却存在一个重大的隐患，就是其核心部件原子钟是从瑞士进口的。目前卫星导航采用原子钟生成的伪随机编码来产生测距信号，用户设备计算出测距信号从卫星到用户传播的时间延迟形成伪距测量值。

原子钟对单颗卫星的时差测量如果出现1微秒的误差，就会产生距离上0.3米的误差；可以说原子钟是导航卫星上最重要的设备，当时我国在这方面还拿不出成品。

刚好这一时期对美国的霸权行为越来越不满的欧洲国家，决定联合研制欧洲版卫星导航系统－伽利略系统。理论上来说伽利略由于比GPS推出时间更晚，可以使用最新的电子科技成果所以民用精度更高。

2003年欧洲主动邀请中国提出加入伽利略系统，并共同分享技术。

然而天有不测风云。在伽利略系统全面展开后的2005年，欧洲主要国家亲美领导人纷纷上台。这一政治上的变化导致欧洲拒绝中方接触伽利略系统的核心技术，甚至还剥夺了中方在项目管理上的话语权。

中国白白投入了2.3亿欧元却拿不到核心技术，到头来还得自己搞于2004年正式启动的北斗二号。

欧洲人的不讲诚信有着政治环境改变的因素，也不能忽略伽利略和北斗本身就存在竞争关系。在无线电通信领域无线电频段也是稀缺资源，美国GPS和苏/俄的格洛纳斯已经占用了最优质的通信频段。

这样中国和伽利略都只能用次优频段，而对于频段的争夺国际上通常都是先占为主。欧洲人突然意识到如果向中国提供先进技术使中国的北斗抢先完成组网，其在伽利略项目上的投入就没有了价值。

但令欧洲人失算的是中国早在上世纪90年代就进行了原子钟的立项，在退出伽利略后于2006年研制出了高性能的星载铷原子钟和氢原子钟。

2007年04月14日北斗二号导航系统的首颗卫星发射升空并迅速发回了信号，此时距离国际电联规定的频率失效时间不到4个小时。

到2012年我国共发射5颗静止轨道卫星，5颗同步轨道卫星和4颗轨道卫星完成了最后的组网。北斗二号系统在北斗一号基础上增加无源定位体制，实现了为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

北斗三号大功告成，实现了同GPS分庭抗礼

通过北斗二号我国实现了对中国和周边地区导航服务覆盖，但很明显要想击败GPS必须实现全球覆盖。这就必须在短时间内发射更多高性能卫星，对我国航天的整体实力和整体协作能力提出了更高要求。

2009年我国启动北斗三号系统建设，2018年年底就完成19颗卫星发射组网并实现了向全球提供服务。

北斗三号系统能够同时提供有源服务和无源服务两种技术体制，在为全球用户提供基本导航、短报文通信和搜救服务的同时，中国及周边地区用户还可享受星基增强、精密单点定位等服务<2>。

北斗三号系统建立了高精度时间和空间基准，增加了星间链路运行管理设施。北斗三号系统向前兼容北斗二号系统，能够向用户提供连续、稳定、可靠的服务。同时采用地面设施的冗余设计，着力消除薄弱环节以增强系统可靠性。

在保持高精度时空基准的同时，还推动与其它卫星导航系统时间坐标框架的联动。我国还统筹国内外资源，建成了监测评估站网和各类地面中心。

在中国北斗三号完成的同时，欧洲的伽利略系统几乎患上拖延症。俄罗斯的格洛纳斯系统能维持现有规模都不错了，这样只有GPS能和北斗系统竞争。

2020年6月23日我国成功发射北斗系统第55颗导航卫星，暨北斗三号最后一颗全球组网卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统部署全面完成。

7月31日在人民大会堂，党和国家领导人领导人宣布：北斗三号全球卫星导航系统正式开通<3>。

2020年中国卫星与卫星导航产业的直接产值就超过了3000亿，其中北斗的贡献率大概在70-80%。

2021年5月26日在第12届中国卫星导航年会上有关主管部门透露我国北斗系统已经落户137个国家，且卫星导航产业年均增长达20%以上，预估到2025年产值将增长到1万亿元。

努力提高应用范围，北斗系统的未来大有可为

与目前其它国家已有或规划的卫星导航系统相比，北斗系统的高轨卫星更多抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。北斗系统提供多个频点的导航信号提高了服务精度，同时创新融合了导航与通信能力。

北斗系统除了正常的导航、授时功能，还有短报文功能，接下来还有提供PPP服务功能，这是其它系统都不具备的。到2035年我国将建设更加智能的综合卫星导航体系，进一步提升时空信息服务能力。

但北斗系统如果没有大量的终端平台提供市场服务，最后仍然会受到GPS的压制。事实上任何时期，长期稳定的市场需求才是新兴产业发展的内在动力。比如苏联的格洛纳斯系统受制于电子工业水平落后，其卫星性能差又寿命短。

苏联解体后继承格洛纳斯的俄罗斯更没有能力保养和更新卫星，导致除俄军外鲜有用户愿意使用该系统。这样没有收入的俄罗斯更加无力更新设备，以至于陷入了恶性循环。

目前在北斗产业链上游以中国卫星等国有企业为代表，中下游则包括北斗星通、海格通信、合众思壮、中海达、华力创通等民用公司。

对它们来说北斗三号系统不仅会加快企业走出去的步伐，而且会使公司的未来发展前景变得更广阔。

随着北斗系统全球组网完成，北斗产业相关企业对国外客户，在“一带一路”地区的话语权会越来越高。就国内而言北斗整个产业链已经全部打通，包括芯片、板卡、天线、终端、软件和服务等。

截至2019年底国产北斗兼容型芯片及模块销量已突破1亿片，国内卫星导航定位终端产品总销量突破4.6亿台，终端产品社会总保有量已超过7亿台/套。

目前北斗系统的细分市场大多分布在终端消费方案，如航空业，无人机，紧急救援，关键基础设施等领域。

现在我国农业上有了北斗导航的智能无人插秧机，畜牧业有了草原智能监控系统，建筑业有了将北斗定位与可视化管理相结合的桥梁施工，北斗系统的应用已经突破了人们的传统认知。

同时越来越多的企业参与到了地基增强系统领域，比如中国移动采购了高精度卫星定位基准站，南方电网研发了高精度位置服务基础设施，中国铁路系统企业发展了高精度位置服务，这些都为北斗的大规模应用打下基础。

此外无人驾驶汽车因为必须有导航服务需求，也是北斗系统未来最具潜力的发展方向。

不过与国内成熟的汽车或者手机行业相比，北斗产业链企业如今分工还不明确。如今北斗产业真正大的市场还刚刚起步，我国企业应该快速明确自己的定位，到底要做芯片供应商、终端供应商，还是解决方案和服务供应商。

同时我国企业也应该从单纯硬件提供商向整体方案提供商转型，这样在海外开拓市场才能更有竞争力。

抛开卫星通信技术上的差异，目前我国快速发展的5G通讯技术也助推了北斗设备的发展。5G系统提供了更加迅速的地面通讯服务，可以实现小型北斗终端设备的多用途。

而且北斗系统本身具备的短报文功能使国产手机在没有手机基站的地方，也可以利用北斗软件系统来实现通信。这反过来增加了国产手机的用户吸引力，推动了国产5G设备的应用。

而抛开技术从政治层面来看，中国的北斗系统有一个隐蔽的优势。中国一向奉行睦邻友好原则，不随意干涉其它国家的内政。

也就是说如果某国大量购入北斗系统之后即使发生了政府更替和军事政变，我国也不会随意切断其北斗导航服务。

事实上许多国家早就对美国垄断GPS服务后随意关闭特定地区的信号，其终端设备可能设置后门表示强烈不满。中国的北斗给了他们新的选择，避免美国利用GPS来胁迫其屈服于美国霸权。

不过因为GPS各种应用设备出来比较早，如果要改基于GPS芯片的方案的话，从设计规划到最后产品的生产会需要两三年的周期。所以目前在国内市场上GPS设备的应用仍然非常广泛。

不过美国的GPS系统虽然成熟但也已经日趋老化，进入新世纪以后美国政府又削减了航天方面的投入。美国目前并无下一代卫星导航系统的规划，再加上伽利略和格洛纳斯这些同行的不给力，实际上为北斗系统制造了极好的商机。

一旦我国北斗系统利用这个机会大规模跑马圈地，就能挤压美欧新一代卫星导航系统的空间。而在其资本主义体制下如果看不到可观的收益，西方国家就会在发展卫星导航上进一步陷入拖延。

可以说北斗导航系统不但服务于我国目前的经济发展，更是中华民族伟大复兴路上的标杆。

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参考文献

<1> 吴广华. 卫星导航. 人民交通出版社, 1998.

<2> 北斗卫星导航系统发展报告（3.0版）．北斗卫星导航系统．2018-12-01

<3> 北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式7月31日上午举行 ．新华网．2020-07-31