北斗终于完成全球覆盖！北斗女神：精度和可靠性绝对不输GPS！ 徐颖

北斗组网全球卫星导航系统已建成...

“北斗卫星导航定位系统，是我们国家自主建设的卫星导航定位系统。现在正处在建设和应用推广的阶段，由五颗静止轨道卫星，和30颗非静止轨道卫星组成。北斗卫星导航系统预计将在2020年左右提供一个全球性的服务。”编者按：近日北斗导航又高频出现在我们的视野中～中国人自己的全球卫星导航系统要全面建成啦！从2017年下半年到2020年，中国共发射30颗北斗卫星，并提供覆盖全球的高水准导航服务。今天，北斗三号最后一颗组网卫星点火升空。随着这颗收官之星成功发射，北斗系统终于完成全球覆盖！

以下是徐颖2017年3月在格致论道讲坛上的演讲实录：

前几天我去一个同学家里玩，他们家小姑娘来问我说，“阿姨，我怎么才能让我爸爸看不到我的手机位置信息呢？如果把我的手机卡取下来之后，我的手机还能够定位吗？”在这里，我可以明确地告诉大家，取下手机卡以后，手机依然能够定位的。这是因为我们大家都知道我们手机当中定位采用的是卫星导航系统，与我们手机移动系统没有关系的。

北斗导航系统的建设      卫星导航系统，它是距离我们一群两万公里的星星，它们不会发光也不会发热，甚至肉眼没有办法观察到它们，为我们提供着位置服务。

卫星导航系统简称为GNSS系统，在GNSS俱乐部中一共有4位VIP会员，除了大家所熟知的美国GPS系统以外，包括俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统以及我们国家自主建设的北斗卫星导航定位系统。北斗卫星导航定位系统，是我们国家自主建设的卫星导航定位系统。现在正处在建设和应用推广的阶段，由五颗静止轨道卫星，和30颗非静止轨道卫星组成。北斗卫星导航系统预计将在2020年左右提供一个全球性的服务。在GNSS俱乐部中，会员小伙伴们最关心的是什么？大家最关心的频率资源问题。频率资源是一种国际上公用的资源，频率资源不是你想买，想买就能买的。所有频率资源都要向国际电联提出申请，由国际电联进行划分。就像我们高速公路车道一样，每一个系统都有它自己的车道，不然的话大家会发生撞车的情况。

在卫星导航系统建设的初始阶段频率资源相对比较充沛，建设相对比较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源的冲突问题。到了北斗系统和伽利略系统建立的时候，频率争夺战就非常明显了。



当时伽利略系统其实提前申请了这个频率资源，但是大家知道后来欧洲出现了经济危机，所以伽利略系统资金链断了，他们当时发射了这个卫星，占领了这个轨位，但是并没有发射这个频率的信号。

根据国际电联“先到先得”的规定，哪一个国家能够先把这颗卫星发射上去，并且这个卫星向下发射了这个频率的信号，以后这个频率资源就是你的了。

在这样情况下，2007年4月17号就是北斗所申报的频率资源的最后期限，所以要求北斗试验星必须提前发射，这在我国航天史上是非常罕见的。

通常卫星发射只有延迟，没有提前，因为提前会带来一系列的问题。但是经过各个部门的配合之后，为了争夺这个频率，在4月14号的时候，这一颗火箭已经成功在发射中心准备进行发射了。

在4月14号的凌晨4点07分，现场又发现新的问题，火箭有一个连接器没有按照规定脱落，如果三分钟内不能解决这个问题的话，对火箭、卫星甚至发射场都会是灭顶之灾。

当时的发射指挥员在一分钟之内下了7道指令，4点07发现的问题，4点11分的时候，火箭带着我们北斗试验星成功升空。

4月14日发射了北斗试验星，4月15号时候卫星实现变轨，4月16号卫星开始向下发送信号，在距离4月17号北斗申请的频率资源失效前24个小时内，中国正式启用了北斗申报的频率资源，也就此拉开了北斗全球系统建设的帷幕。

在一个风雨交加，电闪雷鸣的夜晚大家喜欢做什么事情？我自己比较喜欢看恐怖片，那样比较有感觉。

雷电和恐怖片更配哦，那么雷电和什么不般配呢？

不错，就是卫星发射。

卫星发射的时候，火箭箭体中装满了燃料，一点点火花就能引起箭体的爆炸。1987年，美国大力神火箭就曾在大雨中发射，升上天空一分钟后就在空中遭到雷击，发生了爆炸。

所以，通常遇到雷电的时候，卫星发射是会推迟的，但是在2011年7月，北斗第9颗卫星发射时也是一个电闪雷鸣的天气，它却在等待着发射。

为什么明知山有虎偏向虎山行呢?

这是因为北斗系统不是一个单颗卫星，而是一个组网星座。对于组网星座而言，每一颗卫星都要有既定位置。北斗系统不仅要求把这颗卫星发射到哪一个轨道，还要求这一颗卫星在轨道中的既定位置，要满足这样的条件必须有发射窗口，而这一天就是一个不可多得的发射窗口，如果错过这天的机会，有可能推迟四个月，甚至推迟一年才能够迎来新的一个窗口。

北斗系统当时正在如火如荼建设过程当中，如果推迟发射的话，进程必然会延误，带来的经济损失不可估量。当时的指挥系统决定冒雨发射，在两次雷电的间隙，发了。非常幸运，北斗第9颗卫星升空了。在同年年底北斗开始试运行。现在，北斗系统已经发射了22颗卫星，已经能够为中国以及我们周边地区提供非常稳定的导航定位服务。北斗到底有什么用？

大家可能会问北斗系统已经发射这么多颗卫星，北斗到底有什么用呢?首先，业内有这样一句名言：“卫星导航定位系统的应用只受想象力的限制”，毫不夸张的说，作为典型的国家重器，它就像我们水、电、还有公路一样，是我们社会建设基础的保障。欧盟曾经做过估算，卫星导航服务中断2天就会给整个欧洲带来超过10亿欧元的损失。

下面我们来看一下北斗应用的相关视频（编者注：在视频中08：12）。

这是北斗系统一些典型应用，这个是藏羚羊迁徙，北斗系统保护野生动物；大兴安岭发生火灾，北斗系统能够为营救人员提供方位和方向的服务；这是北斗系统用于精确打击；这是北斗用于海洋渔业，在海洋上我们所用的通信定位手段都非常少，有了北斗卫星导航，能够有效保障渔民的生命安全；这是北斗系统用于大型车辆定位和监控；这是北斗系统用于我们精准农业，在农业现代化当中我们可以用北斗系统非常精密的控制；这是北斗系统用于我们大型集装箱航运和海运。

以上这些只是北斗系统应用非常基本的方面。

在这里，我想重点强调一下我们刚才看到的海洋渔业的应用。在这个应用中，北斗系统不仅提供了位置、导航和授时这样的功能，而且还提供通信功能，渔民在海上能够用北斗系统发短信，报平安。

通信功能到底有什么用呢，这里我想引用一下美国GPS之父帕金森教授的一句名言，他曾经这样盛赞北斗的导航通信一体化功能：“既能够知道你在哪里，也能够知道我在哪里,这是多么美妙的体验。”

那么通信到底有什么用呢？给大家举一个简单的例子，大家都看过《鲁宾逊漂流记》吧，如果有一天一个人漂流到了孤岛上，能怎么办呢？

如果这个时候他选择的是GPS，他只能知道自己在什么位置，无法通知别人前来救援，所以他还是只能够在荒岛上求生。如果我们用的是北斗系统，情况完全不一样了，我们既可以知道自己位置在哪里，而且还能够把我们位置发送到方圆几十公里、几百公里甚至千里之外的人。相信我，如果你选择了北斗定位系统，你很快就可以在救援船上和你手持GPS的小伙伴说拜拜了。北斗系统受到什么制约？

我们讲了这么多北斗系统非常好用，而且可用，为什么现在好像在生活当中我们大家似乎很少用北斗，好像GPS多一点。

GPS卫星导航定位系统比北斗系统早建设了大约20年，20年的历史鸿沟不是我们一朝一夕技术能够填补的，GPS系统的应用推广都已经非常成熟，比如现在最便宜的GPS芯片可能大约两美元左右，而北斗系统的芯片价格由于量产等原因可能仍然普遍在百元左右。

用不起制约着北斗发展，但是用不起不是制约主要因素，不敢用、不想用，这才是制约北斗发展的重要原因。北斗系统从诞生到现在，虽然已经通过多方面证明，精度和可靠性，完全不输GPS导航系统，但是人们对北斗系统有着种种质疑。

这是网上大概2011年左右传得比较沸沸扬扬的新闻，当时媒体使用的标题是“清华女生破解北斗送给美国”，或者是“北斗上百亿的投资打水漂”等等，比较耸人听闻。那么北斗真的如此不堪一击吗？当然不是。

事实上真正不可靠的是GPS系统，因为GPS系统只被我们开放了民码，而且GPS民码信号战争时候很容易说变就变。为了保障自主权，欧盟建设了伽利略系统。对我们来讲也是如此，为了保障我们的可靠性，我们国家开始建设属于我们自己的北斗系统。

我们回到“清华女生破解北斗”这个新闻上，实际上她只是破译了北斗的民码信号的伪码序列。

首先第一点，北斗建设过程当中，民码的设计和GPS、伽利略都是一脉相承的，并没有特殊设计。我国希望全世界人民都能使用北斗，不仅是中国的北斗，也是世界的北斗。她想破解这个没有经过加密的民码信号，首先是没有技术难度的。从科学研究的角度来讲就是一个信号检测与估计的问题。事实上2012年的时候，我们国家已经公布了北斗的ICD文件，告诉了大家我们的民码格式。

除了民码之外，北斗还有军码，军码经过了加密等特殊设计等，这是稳定可靠的。如果想破解军码系统，我们可能建议一些更简单的方式，那就是造时空穿越机穿越回到北斗军码设计的时候在旁边偷听好了。这个技术难度都比从技术上来破解北斗军码更容易一些。

所以，大家要相信我们北斗系统非常好用，而且非常稳定的。

作为一个卫星导航的普通科研工作者，我们相信北斗这一艘巨轮在大家支持下，在我们的不懈努力下一定可以继续乘风破浪走向世界。谢谢大家。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息，欢迎关注格致论道官网：self.org.cn，微信公众号：SELFtalks，微博：格致论道讲坛。

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