专家全面解读北斗三号：不仅服务全球还能为空间站导航

原标题：专家全面解读北斗三号：不仅服务全球 还能为空间站导航

新京报讯（记者 倪伟）6月23日9点43分，北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星，在西昌卫星发射中心发射成功。至此，历时2年半左右，中国北斗全球导航系统全面建成。此前，这条北斗之路已经走了26年。

6月23日9点43分，北斗三号系统最后一颗组网卫星发射升空。航天科技集团一院供图

在全球四大导航系统（美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略、中国北斗）中，中国北斗系统起步最晚，却“后来居上”超越俄欧，与GPS同为目前最先进、完备的导航系统。

中国卫星导航定位协会副秘书长王博认为，北斗三号系统短时间内建成，堪称世界航天壮举。未来不仅能为全球各个角落提供定位导航和授时服务，还能为临近空间航天器定位和导航。

当前，中美在高科技领域有一些摩擦，王博认为，北斗卫星核心器件全部实现国产化，不会受到“卡脖子”影响，而且北斗与GPS已经签署信号兼容和互操作的协议，通过合作为全球用户提供更好的服务。

中国卫星导航定位协会副秘书长王博。摄影/新京报记者 周博华

北斗对国计民生和国防安全有战略意义

新京报：北斗三号全球卫星导航系统建成之后，会为日常生活带来什么样的变化？

王博：卫星导航系统可能是与日常生活结合得最紧密的航天工程。我们会经常用软件查询自己的位置和导航，叫外卖、网购等也离不开导航。正是因为有了卫星导航系统，我们才能够非常方便、低成本地获取精确的位置和时间信息，这对于人类生活的改变是非常深刻的。

为什么这么说？因为几乎所有人类活动都离不开两个最基本要素，一是时间，一是空间位置。卫星导航系统恰恰精准提供了这两个最基本的要素。利用卫星和地基增强基站，可以达到厘米级甚至毫米级的定位精度，以及纳秒级的授时精度。而这一切，只需要用一个非常低廉的终端，北斗或者GPS芯片不到10元人民币。

新京报：美国GPS系统比较早就建成了，为什么我们已经用上了GPS，还要再建设中国自己的卫星导航系统？

王博：这个问题非常关键，不仅美国有GPS，俄罗斯也有格洛纳斯系统，这两套系统上世纪70年代就开始试验和建设， 90年代基本建成。为什么我们还要建设自己的导航系统？一个很重要的原因是，在国计民生很多重要行业里面，都要用到时空基准。

我们一直强调一个概念，叫做时空基准。举一个简单的例子，比如电网就需要非常精准的时间基准，交流电本身每一秒都在变换，我国用的是50赫兹交流电，每秒钟要变换50次。要让发出的电上到电网，就要求频率非常准，准确的频率需要精准的时间，时间不准，整个电网的调度将无从谈起。

再比如通信，尤其在5G时代，基站与卫星定位结合得比原来更加紧密。所有通信都有一个时间戳的概念，时间不准，我们发送和接收数据就没有基准了，通信系统也会瘫痪。还有金融系统，每一秒都有很多金融交易发生，每一笔交易到底在哪一个时间完成？要把一秒钟分成几百万份，不可能再用普通电子表计时，就需要卫星导航系统的精准授时功能。

所以，有了GPS、格洛纳斯以后，仍然要坚持做自己的北斗系统，这是北斗的战略意义。对于国防安全来说，北斗也尤为重要，在保卫国家安全的时候，很多武器装备的制导、导航都离不开卫星。

西昌卫星发射中心，北斗三号最后一颗组网卫星包裹在火箭整流罩中。航天科技集团一院供图

在城市环境、中低纬度地区 北斗效果比GPS更好

新京报：当我们想知道自己的位置时，北斗是怎样通过几颗卫星合作来提供定位的？

王博：原理上，卫星导航系统至少需要4颗卫星才能给出准确的位置和时间信息，不管用哪个系统的卫星。但有时，如果你在高大建筑物旁边，可能会遮挡若干颗卫星信号，性能就不够好，定位精度就不够高。所以大家发现，在某些高大建筑物旁边，或者在屋子里，定位误差会比较大。

但如果卫星数量特别多，这几颗星定位效果不好，还可以用其他卫星弥补。因为接收机在定位的时候，有一个工作是根据卫星几何分布的特点，选择最适合定位的卫星。所以卫星数目越多，定位的效果一定会更好。

新京报：北斗建设晚于GPS，一般起步晚的反而起点更高，北斗有什么特色功能和优势？

王博：北斗的特色是非常明显的。第一个就是轨道设计。30颗卫星分成三个轨道面，其中两个是高轨，定位时比低轨卫星效果要好一些，尤其在中低纬度地区，北斗定位效果是优于GPS的。

城市环境由很多高大建筑物遮挡，卫星轨道越高受到遮挡的可能性就越小，所以北斗在城市环境中定位效果也会比GPS更好。

北斗信号方面也有优势，是目前唯一能使用三频型号的卫星导航系统，现在GPS也在进行三频的改造。信号频率数越多，误差就更小，定位精度会高。

北斗二号提供亚太地区服务至今近8年时间，北斗应用层出不穷，很多应用是原来GPS时代从来没有想到过的。中国庞大的市场，以及科技工作者和应用技术人员利用聪明和智慧，催生很多以前想象不到的应用，这其实也是北斗的一大特色。

GPS曾一家独大 挤压北斗“存在感”

新京报：北斗已经广泛应用在生活生产一些领域，但提到卫星导航，大家第一个还是想到GPS，怎么理解这个现象？为什么北斗的“存在感”还是挺弱的？

王博：这有一个惯性的原因，因为大家之前用GPS用惯了，GPS几乎成了卫星导航的代名词。

上世纪90年代，可能还有格洛纳斯与GPS形成竞争关系，但由于一些历史原因，格洛纳斯并不像GPS发展得这么好，几乎整个市场只有GPS一家独大。我们国家在那个阶段已经培养了很多GPS用户，当北斗发展到一定程度的时候，大部分市场已经被GPS占据。

最开始的时候，我们的智能手机是没有北斗芯片的。也就是近几年，北斗芯片才逐渐成为智能手机的标配，但是之前很多软件和硬件已经适应了GPS，比如地图软件会提示你“GPS信号弱”，而不是“卫星导航信号弱”，这是留存下来的惯性。而且GPS这个名称本来就是“全球定位系统”的缩写，所以我们讲全球定位系统的时候，自然而然就会说GPS。

所以说北斗在这些方面还是任重而道远，必须要让老百姓、用户知道，现在用到的定位导航不仅是GPS，还有很大一部分是我们的北斗。

新京报：北斗和GPS这两个全球导航系统是现在最先进的，而且卫星数量越多的时候功能越好，如果这两个系统能合作，一定会有很好的效果。之前，北斗和GPS启动了信号兼容和互操作的工作，未来这两个系统是什么样的合作关系，会不会产生一定的竞争？

王博：实际使用时，并不会区分到底用的是GPS还是北斗，我们希望看到的是最终定位效果。所以，对于老百姓的日常使用而言，其实北斗和GPS完全是一个合作关系，共同来提升定位精度。但是我们还要注意一点，就是在某些领域，必须要使用我们自主可控的时空基准，比如说最开始提到的国计民生、国防安全这些领域。

新京报：最近一两年，美国在一些高端前沿科技领域对中国有一些限制措施，会不会对北斗未来的国际化产生影响？

王博：对北斗的国际化我觉得可能会有一定的影响，但我们要看到积极的一点，就是北斗卫星的核心器件全部都是国产的。

对北斗卫星来说，不存在所谓的“卡脖子”。但是在具体应用时，我们可能要注意，比如手机，不单纯使用北斗芯片，还有其他很多功能，如果其他一些功能受到“卡脖子”压制，北斗在这些手机上进行推广肯定也会存在一定的难度。

我们还要看到，随着我国国际影响力不断扩大，尤其是加入“一带一路”倡议的国家越来越多，北斗在今后推广时也有优势，因为对于民用用户来说，多一个卫星系统就越精确，何乐而不为？随着“一带一路”建设，北斗在很多地方尤其是一些基础设施建设里，得到了广泛的应用。

北斗三号卫星在轨运行效果图。航天科技集团五院供图

北斗芯片价格降低 不再制约北斗系统推广

新京报：在北斗发展之初，因为北斗芯片价格比较高，一定程度上制约了北斗的推广，现在芯片发展得怎么样？

王博：芯片到了比较成熟的阶段，北斗刚起步时芯片很贵，一个可能要几百甚至上千，极大地阻碍了北斗的推广。但现在北斗芯片和北斗、GPS双模芯片，与普通芯片成本是一样的。基本上所有导航芯片都支持GPS和北斗双模定位，有的甚至是多模，还兼容格洛纳斯、伽利略。我们自然会选择采用双模定位的芯片，可以得到更好的精度和更高的可靠性。

新京报：就是说除了前端的卫星发射，其实在北斗系统后端的应用和产业也已经很成熟了？

王博：北斗非常得益于中国的庞大市场，各个应用遍地开花。刚才介绍的这些应用，可能概念并不是中国提出的，但做得最好的一定是在中国，因为中国用户量很大，而且中国有很多电子元器件、电子产品设计和开发厂家，能够最快速地将这些方案落地，形成产品。

两年半迅速完成组网 堪称世界航天壮举

新京报：北斗三号第一颗卫星是2017年11月初发射的，两年半多就能建成这么大规模的星座网络，是怎么做到的？

王博：这是我国航天史上的一个壮举，在如此短时间内密集发射，成功率百分之百，在国际上也可以称之为壮举。我觉得原因有多方面，比如卫星制造，我们有前期很多颗卫星的技术积累，可以非常快速高效地制造卫星。还有发射北斗卫星的长三甲系列火箭，已经经历了100多次发射，也是能够支撑如此高密度、高成功率发射的重要基础。

新京报：30颗卫星如何分布在地球轨道上？相互之间通过怎样的合作准确进行定位和授时？

王博：北斗三号的轨道设计也是独创，GPS、格洛纳斯和欧盟正在建设的伽利略卫星导航系统，轨道都不如北斗复杂。北斗三号分布在三个轨道面，第一个轨道面是与GPS和格洛纳斯相同的MEO轨道，也就是地球中圆轨道，离地面比较近，一共24颗卫星；第二个轨道面是倾斜地球同步轨道IGSO，有3颗卫星；第三个轨道面是地球静止轨道GEO，也有三颗卫星。

每个轨道面的卫星都有得天独厚的优势，比较特别的是，IGSO和GEO卫星除了提供定位、导航和授时服务，还有一个非常重要和独特的功能，就是短报文通信。

短报文通信是北斗系统的重要优势，这是GPS、格洛纳斯都不具备的。日常应用中，导航和通信很多时候同时需要，比如如果知道自己的位置，又想告诉别人我在哪里，或者希望看一看别人在哪里，没有通信功能就无从谈起。在有手机信号覆盖的环境里好办，可以利用移动通信网络，但在大量没有手机信号的地区，就必须要依靠卫星通信。一般卫星通信比较昂贵，北斗短报文则成本低廉，消息简短，在很多应急救援、远洋渔业等应用中，利用北斗短报文就非常方便。

新京报：可以设想一个场景，渔船在海上遇到风暴之后失去联系了，就可以通过北斗终端发送短信，告诉别人现在是什么状况。

王博：对，北斗三号建成以后，原来的区域短报文扩展到全球短报文，在全球任何地方都可以利用北斗来通信。

北斗三号可以覆盖临近空间 为空间站定位导航

新京报：北斗三号称为全球导航系统，是不是意味着以后全球各个角落都可以用上北斗系统？

王博：不仅仅是全球各个角落，包括临近空间、地球静止轨道空间，都可以接收北斗信号。现在很多航天器也都装有卫星定位接收机，可以接收GPS和北斗信号，航天器就可以知道自己的位置在哪里，姿态如何等。所以北斗系统不仅是覆盖我们的地球，也覆盖了地球之外的这些空间。

新京报：甚至以后也可能会为空间站导航？

王博：是的。

新京报：到今天，北斗三号星座建设全面完成，但全面提供更优质的服务可能还需要一段时间，还有哪些具体工作？

王博：对于卫星导航系统而言，对精度和可靠性的追求一直存在。现在北斗系统能够定位5-10米精度，后续还希望精度更高一些。其实地基增强系统在全国已经非常普遍，能够使定位精度达到厘米级甚至毫米级。

以后还会建设一些星基增强系统，通过低轨卫星对卫星导航系统进行增强。而且我们也希望在各个空间，包括海陆空和水下，都能够用到更精准的导航定位，可以以北斗为核心带动传感器的发展，来实现这样的效果。

新京报记者 倪伟