中国北斗卫星什么时候才可以民用?

再次科普一下,北斗早在2000年就可以民用了,手机是否支持科普取决于芯片,而不是地图软件。

1993年发生了震惊中外的“银河号事件”,正是因为GPS信号的突然中断导致银河号无法行驶,只能乖乖的接受美国人的检查。从这天起,中国人彻底意识到全球定位系统的话语权只能掌握在自己手里,次年,中国自主的卫星导航系统北斗开始推进。

1994年,北斗一号系统工程建设正式启动。考虑到当时我们国家的科技水平,北斗采用了“三步走”的迭代进化方法:2000年发射了2颗地球静止轨道卫星,建成北斗一号系统,为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务;2004年启动北斗二号工程,2012年底14颗卫星组网成功,覆盖亚太地区;2017年北斗三号组网卫星开始发射,预计到2020年35颗北斗卫星将覆盖全球。

所以如果只是想在中国用自己的卫星导航的话,理论上2000年就可以用上北斗了。并且在2018年的今天,除了苹果手机以外,绝大多数的国产手机都能接收北斗的信号,绝大部分的地图导航软件也都支持北斗卫星。

北斗卫星导航系统的发展对于我国来说意义非凡,这是一组能够摆脱美国GPS垄断的全球卫星定位系统,能够让我国在以后的日子里不授人以柄。目前全世界有能力自主研发全球卫星定位系统的国家只有4个,准确的说也就只有中美俄三国而已,因为欧盟是处于国际组织。美国拥有GPS全球定位系统这个你也都知道,另外还有俄罗斯的“格洛纳斯”、欧盟的“伽利略”、以及我国的北斗卫星导航定位系统。

我国的北斗卫星导航系统,从根本来说就是一款军民两用的定位系统,这种方式布局也是另外三个国家(组织)所同样走的路。在早期,正是因为我国没有独立的卫星定位系统,当时我国的所有船只海上航行,或者是飞机导弹的导航定位,全部依赖的都是美国的GPS。这让我国曾在一段时间内变得非常被动,比如在上世纪的“银河号”事件,当时美国单方面的诬陷我国“银河号”货轮常有大规模杀伤性武器,并且还要无礼的派遣人员登上货轮进行检查。

也先不说军舰等于流动的国土,民用的货轮也并不是说就可以让外国派遣人员随便登船,所以当时我国的“银河号”货轮立马就拒绝了美国这一无礼的要求。可美国在最后,竟然一度关闭掉了“银河号”货轮使用GPS定位系统的权限,没有了导航定位能力的“银河号”在海上相当于失去了眼睛,根本就无法进行继续航行。最终只能双方各退一步,我国命令“银河号”货轮停靠到阿联酋的港口,然后只能允许沙特政府组成代表团、美国派遣专家作为技术顾问登船检查。

这起事件也是我国在没有卫星定位系统的短板上,最为受白眼的时刻候,如果当时我国拥有自主的全球卫星导航定位系统,并且能够用于到民用船只上,那么“银河号”货轮绝不可能会受如此屈辱。

还有一次是在1996年,当时我国在福建沿海集结了大量的兵力,准备让我国的“第一大岛”回归怀抱。而那个时候美国竟然赤裸裸地插手,当时它竟然蛮横的派遣第七舰队横在海峡之上,这让那时根本没有现代化军舰可言的我国海军根本没有下手之力。并且在最后,美国还一度关闭掉了海峡区域的GPS使用权限,这一举动让我国当时在福建沿海的所有船只、军舰,甚至是飞机导弹都根本无法起飞、发射。最终我国只能无奈的选择又一次让步,把原本的进攻计划改为大规模的军演,而目的也被迫改变成为了震退美国第七舰队。

还是那句话,如果当时我国的军事力量能够用上自主的卫星导航定位系统,那么在1996年就不会变得那么被动。

也正是因为如此,在2000年的时候,我国就发射了第1颗北斗导航系统的卫星,这标志着我国自主研发的全球卫星导航系统正式进入实际建设时代。从2000年到2007年的7年之间,我国一共发射了4颗北斗导航系统的卫星,这也是这个导航系统建设的第一阶段,咱们也可以将它称之为“北斗1号”。第1阶段的“北斗”卫星导航系统实现了有源区域性卫星定位能力,也算做是实验性的卫星系统,主要就是面对我国区域进行提供服务。

而从2007年到2016年的9年时间,我国一共又陆续发射了23颗北斗导航卫星,这一阶段所进行的工作就是北斗卫星的正式系统,也就是咱们所知道的“北斗2号”。“北斗2号”卫星导航系统,相比于第1阶段它实现了无源定位性能,在整体的性能使用上与美国的GPS非常相似,主要的服务范围为整个亚太地区。

而第3阶段的卫星导航系统建设为“北斗3号”,到2019年底,“北斗3号”卫星导航系统的建设已经发射了20颗卫星。“北斗3号”卫星导航系统,主要就是为了完成整个北斗导航系统的全部功能,它所承担的任务就是将服务覆盖到全世界范围,届时我国的“北斗卫星”导航系统的整体性能已经能够与GPS比肩甚至超越。

你可能会觉得,因为你现在的手机所使用的还是GPS进行导航,所以你会认为我国的北斗卫星导航系统还没有能够民用。真实情况并不是如此,我国北斗卫星导航系统的军用与民用领域,实际上都是同步在进行的。早在2000年我国北斗1号卫星试验系统发射完成之后,就已经立马进行了军用与民用使用服务的测试,那个时候经常出海到我国西沙南沙海域的捕鱼船,就已经测试性的使用上了我国北斗1号卫星导航试验系统。

而目前我国“北斗3号”卫星系统已经趋于成熟,很多隶属于我国的远洋货轮、远洋捕鱼船、民用汽车,以及军队的许多武器装备,都已经或多或少的使用上了属于自己研发的北斗卫星定位系统。

当然啦,如果精确到我国每个普通百姓所使用的手机,那么我也只能说是有许多人的确已经使用上了“北斗”系统,只是你自身并不知道而已。比如,当你使用手机进行地图导航的时候,它都会显示的是GPS信号弱/强,这个时候你可能就会认为你使用的就是美国的GPS。不过令你没想到的是, GPS就是“全球卫星定位系统”的英文缩写,只不过是因为美国的全球卫星定位系统首先使用(占用)了这个名称,所以才让你走进了一个极大的误区内。说到根本来讲,目前全世界的四大全球卫星定位系统都可以称之为“GPS”


“军器战位”

这个问题我已经在问答上科普了不止一遍了,北斗卫星很早很早很早之前就可以民用了,而且绝大部分人都已经享受到了北斗卫星带来的便利。

最简单的一点:绝大部分人的手机已经在用北斗卫星导航了。

只要随便找一个类似于GPS测试之类的软件,就可以看到现在你的手机定位信号是从哪里得到的,下面这张图就是一张卫星信号的图,其中可以看到里面就有中国的卫星——而这自然就是北斗卫星了。所以说你的定位信号是美国GPS、中国北斗、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略各种卫星定位信号综合决定的。

而且根据之前腾讯做的一个关于GPS信号的测试,北斗卫星可以单独工作,有些情况下精度还要优于混合定位(可能跟算法有关)。而随着北斗卫星的进一步发展和地面基站的逐步建立,在北斗卫星的协助下,我们的手机定位会越来越迅速、越来越精确。

其实你早就用上北斗导航了。

银河号事件、伽利略计划让中国下定决心研发北斗导航

你知道当年没有北斗导航,我们有多憋屈吗?

1993年,银河号事件:

1993年7月2日,中国银河号邮轮突然接到美方要求:“停航,接受检查”。美方给出的理由是:中央情报局怀疑银河号上载有违禁品,但,拒绝提供人证、物证。

我方断然拒绝这一无理要求,于是美方关闭了银河号GPS信号,银河号失去了目标航线,不敢贸然航行,只能在海上漂泊。就这样在大海上漂了一个月,船员们断水断粮,差点饿死。

为了保证船员们的安全,我方只能同意美方登船检查,美方登船后把所有货柜全部打开(包括第三方国家的货柜),然而船上根本就没有他们所说的违禁品。事后,美方连一句道歉都没有,大摇大摆地走了。

2003年,伽利略计划:

2002年3月,欧洲打造“伽利略”卫星导航系统,邀请中国加入该计划,并承诺资源共享、技术共享。

实际上,欧盟只是为了解决资金问题,根本不想和中国共享资源。

2003年,我方出资2.7亿美元参与伽利略计划,同时,日本、韩国、澳大利亚特加入了这个计划中。

但是,欧盟一直不让中国接触核心技术(原子钟、芯片)。我方相当于“携资金入剧组”,居然连剧本也不给看?

2005年,我方直接提出共享“原子钟”技术,没想到欧洲人直接翻脸了,要把中国踢出伽利略计划,我方大为震怒,直接宣布退出伽利略计划。

银河号事件、伽利略计划,挑战了我们的尊严,挑战了我们的底线,也让我国下定决心研发自己的导航系统——北斗导航系统。

开始研发自己的北斗导航系统:

20世纪70年代,“两弹一星”的先驱就意识到导航系统的重要性,也曾探索过相关理论,甚至立项了“灯塔计划”,但最终因资金和技术问题,被搁置起来。

确定三步走战略:

1983年,陈芳允院士提出了“利用2颗卫星来测定地面和空中目标的设想”,即:双星+地心+地面控制中心=定位。这样的方案周期短、投资少,非常适合当时中国的国情。

之后,东方红一号总设计孙家栋创造性提出了“分步走”战略,先试验后建设,先国内后周边,先区域后全球。

前进的道路是曲折的,但现在终于有了路。

北斗导航“三步走”的方案最终被确定下来:

  • 第一步,2000年建成北斗一号系统,向中国提供服务,同时积累技术经验、培养专项人才,研制一些地面应用基础设施设备;
  • 第二步,2012年,建成覆盖亚太区域的北斗卫星导航系统,具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时及短报文通信服务能力;
  • 第三步,2020年左右,建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统,具备全球无源服务能力。

发射第一颗北斗导航卫星:

2000年10月31日,第一颗导航定位卫星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心成功发射,并进入预定轨道。

这颗卫星由中国航天科技集团研制,也是我国自主研发的第一颗北斗导航卫星。采用了“长征三号甲”运载火箭发射,也是我国长征系列运载火箭第63次飞行。

“北斗导航试验卫星”的成功研制和发射,标志着我国获得了独立自主和快速有效的定位手段,也标志着我国在卫星导航技术领域取得了重大突破。

发射首颗新一代北斗导航卫星

2015年3月30日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭,成功将首颗新一代北斗导航卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。

该星的成功发射标志着我国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。

此次发射的新一代北斗导航卫星,是我国发射的第17颗北斗导航卫星,将开展新型导航信号体制、星间链路等试验验证工作,为北斗卫星导航系统全球组网建设提供依据。

发射最后一颗组网卫星:

2020年6月23日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗三号最后一颗全球组网卫星,并成功进入预定轨道。这是长征系列运载火箭的第336次飞行。

至此,北斗导航系统星座部署全面完成,比原计划提前半年全面完成。

我国开始向北斗导航用户提供全天时、全天候、高精度全球定位导航授时服务,以及星基增强、短报文通信、精密单点定位等特色服务。

我国正式成为继美、俄之后第三个具有自主卫星导航系统的国家,极大地推进了我国空间信息的发展,为国防建设和国民经济建设作出了重要贡献。

北斗导航系统是如何解决关键难题的

为什么美国拿北斗导航系统没辙呢?因为核心设备都是我们自己研发的。

拿到频率

资源对于任何行业都尤为重要,导航领域也是如此。导航领域有一种关键资源就是频率。

20世纪80年代,频率资源充沛,那时的GPS和GLONASS不存在频率争夺的问题。而到了我国建设北斗时期,频率资源已经很紧张了,优质频率资源被发达国家瓜分得所剩无几。

当时,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。”

当时优质频率还剩一段,而且还有一个强劲的对手法国。要想拿到这个频率,就必须要在2007年4月17日接收到北斗导航的信号。

于是数万人,开始了北斗大会战。2007年4月11日卫星研制成功,准备发射。突然,卫星上的应答机突现异常。

为了确保万无一失,技术人员决定把安装好的卫星拆开检查。时间紧,任务重,技术人员72小时,不休不眠,成功地排除了故障。

2007年4月14日,卫星发射成功,进入预定轨道。17日20时许,北京清晰地接收到来自这颗卫星的信号,全国上下沸腾了。

距离频率失效的时限不到4个小时,中国队“压哨破门”,成功拿到了卫星导航的入场券,法国彻底傻眼了。

北斗导航频率为B1:1561.098±2.046MHz;B2::1207.14±2.046MHz;B3::1268.52±10.23MHz。

研发原子钟:

原子钟是卫星导航系统的心脏,原理复杂、技术难度独大,美、俄、瑞士等国拒绝分享这一关键技术。

这种高难度技术只能交给中科院来攻关,经历了无数次摸索、打磨,上百次试验,中科院武汉物理所发明了全新结构的开槽管式微波腔技术。

这一技术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。

随后,航天科工203所开始对星载铷原子钟展开技术攻关,白天调试,晚上测试,一干就是一整天。

2005年,航天科工203所成功交付了我国首批星载铷原子钟,我国原子钟自主化迈出了一大步。

随着科研团队夜以继日地攻关,原子钟的难题一个一个被攻破,“北斗三号”系统上的原子钟计时精度达到100亿分之3秒,与美国GPS原子钟并列,跻身国际顶尖水平。

解决芯片难题

北斗导航在第一代、第二代时,依然无法摆脱美国的芯片技术,随着国内研发力度的加大,到了第三代,北斗系统已经全面更换成国产芯片了。

例如:抗干扰天线的核心元件基带芯片,创造了“当年立项、当年完成”的芯片研发传奇,顺利地实现北斗抗干扰天线核心器件国产化。

基带是负责信号的接收、数字化处理、干扰抑制处理等工作,并有效地过滤、屏蔽绝大部分干扰信号,创造一个相对干净的导航信号传输环境,有效保证用户设备的工作稳定性。

该项目由国防科技大学完成,国防科大孙广富教授带领团队日夜攻坚、坚持稳健设计、有效解决了批产一致性、复杂环境适应性等技术难题,成功的研发出国产基带芯片。

中国航天科技集团772所自2003年起开始自主研发北斗系统芯片,成功研发了宇航级国产CPU芯片,达到了国际先进水平,在某些抗辐射指标上,比国外的一些产品更有优势。

此外,772所还为北斗系统提供了近40款自主研发生产的产品,在上面级控制板上的15种电路中,772所提供了12种,并且都是自主研发。

国产北斗芯片工艺也由0.35微米提升到了28纳米,并应用在物联网和消费电子领域。

你的手机已经使用上了北斗导航系统

如果你是用的是华为、荣耀、小米、OV智能手机,那么你已经在使用北斗的定位和导航服务了。

手机能否使用北斗导航,一方面看是否在北斗的信号覆盖范围内;另一方面看手机芯片。

信号覆盖方面:

2000年时,北斗信号就已经覆盖全国了,在国内就可以接收北斗信号,当然那时候的手机还不具备这个功能。

2012年,北斗信号覆盖了亚太地区,在亚太地区均可接收北斗信号,当然前提是手机芯片签署了相关协议。

2020年6月,北斗组网成功,信号覆盖全球,只要手机是华为、荣耀、小米、OV就可以使用北斗的定位服务。

手机芯片方面:

理论上,2015年后生产的安卓手机都可以扫描到北斗卫星。

北斗信号的获取主要取决于手机处理器中集成的定位芯片,目前大多数安卓处理器都能同时支持GPS和北斗,唯独苹果不支持。

高通处理器:骁龙800、600、400系列;联发科处理器:P10、P20、天玑系列。

华为海思从麒麟930开始就一直支持北斗,麒麟处理器集成的Hi1101四合一芯片可以同时接收GPS、北斗和GLonass三种信号。

苹果手机不支持北斗,除了部分iPhone11,(iPhone11部分使用的英特尔XMM7660芯片,是支持北斗的)。

也就是说,除了苹果之外,三星、华为、OV、小米、一加、魅族、HTC、努比亚等品牌的大部分型号手机都支持北斗定位。

因此使用苹果手机的网友要注意了,一旦美国关闭GPS,你的手机将无法定位导航。

北斗导航系统还用在其他很多民用领域

2008年5月12日,我国汶川发生里氏8.0级特大地震,网络中断,外界无法获得震区的信息。

救援部队携带了上千台北斗导航设备进入灾区,不断发回实时灾情数据,挽救了无数的生命,北斗被称为“生命电波”。

2020年4月30日,我国启动珠穆朗玛峰的测量工作,为此提供重要数据的就是我国的北斗导航系统。

新冠疫情期间,武汉紧急建设雷神山、火神山,为了确保放线测量工作一次完成,北斗导航系统提供了高精度的测量服务,为武汉赢得了宝贵的时间。

你拿到的快递、出门坐的汽车、手机使用的导航等等都使用了北斗导航的定位服务。

此外,大型客车、学生校车、危险品运输车等强制安装北斗终端,有效降低了违章违规行为,最大限度地保护了人民生命安全。

到今天,北斗已经广泛应用于交通运输、农林渔业、水文监测、通信授时、救灾减灾、公共安全等领域,产生了显著的经济效益和社会效益。

问答总结

中国北斗卫星早已经应用在民用领域了,最早可追溯到2000年。

而今天,只要你使用的是安卓手机,那么你就在使用北斗导航的定位服务。

北斗导航已经应用在交通运输、农林渔业、公共安全等民生领域。

北斗导航一直在我们身边,无时不刻的为我们提供服务。

我是科技铭程,以上是我的回答,希望可以帮到您,如有不妥之处,敬请批评指正!

其实只要稍微了解一点关于中国北斗卫星导航系统知识的话,就会知道其实中国北斗卫星导航系统从2004年开始就已经可以民用了。

6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心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星座部署比原计划提前半年全面完成。

北斗导航卫星是中国版的“GPS”,是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

中国自1994年就启动了北斗系统工程建设,发展到现在已经有近30年的时间。并且采取了“三步走”的发展战略。每一步所承担的任务是不一样的。

  • 第一步,北斗一号系统。2000年-2007年,在这七年的时间内总共发射了四颗地球静止轨道卫星,采用有源定位体制,为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务
  • 第二步,建设北斗二号系统。2004年启动建设,到2012年,完成14颗卫星发射组网北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上,增加无源定位体制,为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。
  • 第三步,建设北斗三号系统。2009年启动建设,在2020年完成剩余的北斗导航卫星发射组网,全面建成北斗三号系统。北斗三号系统兼具有源服务和无源服务两种技术体制,能够为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信、国际搜救服务。

随着北斗卫星导航系统的不断部署,在民用中也逐渐扩大应用。目前在民用中应用最广泛的领域就是智能手机和汽车导航了。

智能手机、只能穿戴领域。

很多人每天都在享受着北斗的服务,却全然不知。目前我们手机有越来越丰富的功能,查找快递、外出导航、查找外卖等都需要手机的定位服务。其实这过程就是北斗民用的一部分。目前国内销售的智能手机北斗已经成为标配,世界主流芯片手机芯片都支持北斗。华为手机全系都支持北斗卫星导航服务。但是目前苹果手机还不支持北斗系统的导航服务。

汽车前装市场

随着北斗导航系统的不断完善,安装北斗卫星导航系统的汽车厂家也越来越多。全国有480万辆营运车辆安装北斗兼容终端,形成了全球最大的北斗车联网平台,有效加强了道路营运车辆监控效率,提高了道路运输安全水平。

总结

北斗导航不仅在中国民用十分广泛,并且已经开始给全球提供服务,包括“一带一路”国家和地区在内的世界各地均可享受到北斗系统服务。目前全球已经有几十个国家选择了北斗导航,一举打破GPS垄断,相信随着采用国家的增加,北斗系统未来将有在国际市场上与GPS一决高下的实力。

很多人有一个误区,就是北斗需要所有的卫星全部发射成功,并且等所有的工作都完成以后,北斗导航系统才会给我们开放。事实上并不是这样,北斗卫星早在十几年前就已经部分投入民用。

在6月23日,北斗第55颗卫星在西昌卫星发射中心发射成功之后,卫星通过5次变轨,经历8天的长途跋涉,进入最终的36000公里的圆轨道,定点于地球赤道上空。最后一刻卫星的发射组网成功并不是标志着北斗导航系统能够开始工作了,而是标志着北斗导航卫星能够更加完美的工作。

当北斗卫星还未全球组网成功的时候,可能只是在全球的某些区域卫星信号覆盖不全,或者卫星数量不够多,一般来说,如果定位需要足够精准,至少需要接收到四颗卫星的信号,所以,在这之前,我们并不是不能用,而是其它地区卫星数量还有待增加。

北斗卫星的发射一路走来一共分为这三个阶段:

  • 第一阶段,2000年年底,发射2颗北斗一号卫星,建成北斗一号系统,向中国提供服务;
  • 第二阶段,2007年-2012年,发射14颗北斗二号卫星,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;
  • 第三阶段,计划在2020年前后,发射30余颗北斗三号卫星,建成北斗三号系统,即北斗全球系统,向全球提供服务。

从这项计划中我们就可以看出,国内是最先提供服务的,定位卫星与普通卫星是不同的,他基本上是处于地球的同步轨道上,与地球同步运动,在我们地球上看来,它们好像是固定在天空中,因此,前期发射的卫星都是先覆盖在国内的上空,优先为国内服务,然后发展到亚太直至全球。

所以北斗导航系统很早就投入使用了,只是很多人并不知情,首先GPS定位这个名称迷惑了大家,GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称,全世界有四大导航系统,他们都是全球定位系统,然而美国在他们的定位系统建成之后直接使用GPS这个大的名称,而当手机上显示GPS定位时,并不单指美国的定位系统,而是指全球定位的服务,它可以是俄罗斯的格洛纳斯、可以是中国的北斗、也可以是欧盟的伽利略,很多人却以为只是在使用美国的那个GPS。

现在基本上所有的手机都已经内置了北斗定位芯片,打开定位设置其实北斗已经在为我们服务了,正常定位导航是不收费的,只是在使用一些附加服务的时候可能会收费。不过即使是现在,美国的GPS的商业占有率达到了近80%,相信随着北斗卫星导航计划的进行,商业化产值也会越来越大。

我来简单讲一下吧,关于北斗卫星导航系统的民用,国家一直 在推进。

民用市场的繁荣是北斗系统发展的长期驱动力,民用化是北斗系统的最终归宿。

2016 年,我国发布了 《中国北斗卫星导航系统白皮书》,启动 《中华人民共和国卫星导航条例》 编制,成立了国家北斗卫星导航标准化技术委员会,形成国家主流媒体、北斗官网官微多方参与的立 体宣传体系。

北斗系统将与互联网、云计算、大数据融合在一起,搭建一个高精度时空信息服务平台。

而且北斗系统早就已经在我们的生活中运用了,只是很多人不知道而已。

以北 京为例,33500 辆出租车、21000 辆公交车安装北斗系统,实现北斗系统定位全覆盖; 1500 辆物流货 车及 19000 名配送员使用北斗系统终端和手环接入物流云平台,实现实时调度。

《2016中国北斗卫星导航系统白皮书》显示: 北斗民用系统运行五年来,共发布 6 版信号接口控制文件和1版服务性能规范,国内从业企业超过 14000家,从业人员超过 45 万;

国内卫星导航产业年产值年均增长率超过15% ,2016 年突破 2118 亿元,北斗系统贡献率超过 70% ,预计 2017 年超过 2500 亿元,北斗系统贡献率可达 80% 。

所以关于北斗卫星的民用早就已经如火如荼地展开了,而且关于民用的前景展望主要是以下几个场景:

  • 智能终端导航服务
  • 车载导航服务
  • 共享经济

所以从国家的战略角度出发,全面北斗运用是迟早的事情,而且我们的北斗系统真的很好用,不比国外的差,从性能和精准度来讲,我们很多技术都是领先国际的,虽然竞争很大,但是我相信北斗系统一定可以发展的很好。

现在都在民用啊!我们旋耕机、插秧机、无人植保飞机都是用的北斗导航系统,用北斗导航系统还可以实现农机无人驾驶。

我们都知道,北斗卫星导航系统是我们中国自行研制的继GPS、GLONASS之后的全球第三个成熟的卫星导航系统。但从2000年建成北斗导航试验系统至今20多年过去了,北斗卫星还是没有实现民用?

并不是这样的,其实早在2004年北斗卫星就已经实现了民用和军用,很多部队早在十几年前就已经配备了北斗手持导航装置,用于单兵定位,火炮瞄准等,而导弹等也在北斗二号之后安装了北斗导航芯片,摆脱了需要外国人来指路的的尴尬历史。而且当年汶川抗震救灾的时候,救灾官兵就是利用北斗手持台准确的定位才为救灾争取了宝贵的时间。只不过由于技术和卫星组网问题,当时的北斗并没有得到普及,并且现在绝大部分人都已经享受到了北斗导航带来的便利。

这里其实需要提一下,都知道GPS是美国的卫星导航系统,但是GPS的全英是Global Positioning System(全球定位系统),也就是说北斗也是GPS,所以当手机上显示GPS定位时,并不单指美国的定位系统,而是指全球定位的服务,它可以是包括俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧盟的伽利略,美国的GPS在内的任何一个导航系统,他们都是全球定位系统,只不过是美国率先将他们的全球定位系统命名为了GPS。

那么既然是科普,就要讲点干货

先说说北斗导航系统的大致发展历程

早在1994年,北斗一号系统工程建设就正式启动。但是考虑到当时我们国家的科技水平还不够高,就采取了“三步走”的发展战略,而每一步所承担的任务也是不一样的。

  • 北斗一号系统

2000年,发射2颗地球静止轨道卫星,建成北斗一号系统。并在以后的七年中,总共发射了四颗地球静止轨道卫星,采用有源定位体制,为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务

  • 北斗二号系统

这个阶段于2004年启动建设,于2012年底完成14颗卫星发射并组网,覆盖亚太地区,为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

  • 北斗三号系统

于2009年启动建设,并在2020年完成剩余的北斗导航卫星发射组网,全面建成北斗三号系统,其兼具有源服务和无源服务两种技术体制,将为全球用户提供基本导航(定位、测速、授时)、全球短报文通信、国际搜救服务。

讲完发展历程,那么北斗卫星是如何做到精确定位,导航的呢?

上面说到,目前世界上可以提供精确定位的全球定位系统共有四种:美国的 GPS、俄罗斯的Glonass、中国的北斗和欧盟的伽利略,而美国的GPS定位系统是最为成熟,且覆盖面最广的一个。

那就先说说美国的GPS定位,GPS定位系统主要包括三大部分:

  • 空间部分

由21颗用于导航的工作卫星和3颗可活动的备用卫星组成GPS的卫星星座

  • 地面部分

也就是地面的控制部分,由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统构成,包括1 个主控站、3 个注入站和 5 个监控站

  • 用户部分

由GPS接收机、数据处理软件以及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。主要作用是从 GPS 卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间


空间部分的这24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面上,每个平面有4颗卫星,并且各个轨道面都被设定成了特定的角度。这样就可以保证在全球任何地点、任何时刻,每个接收机至少可以接收到 4 颗卫星的信号,且每颗卫星每时每刻都在向全球播报自己的位置信号。

细心的读者已经发现了,就是GPS 接收端是不向卫星发送任何信息的,它只是被动的接收卫星数据,而且卫星也只是在播报自己的位置,那么 GPS 系统是如何通过这些数据来确定用户的位置的?

关键点—— GPS 芯片与原子钟

先说GPS 芯片,刚才说到卫星星座的各个轨道面都被设定成了特定的角度,这样就保证了在全球任何地点、任何时刻,每个接收机至少可以接收到 4 颗卫星的信号,且每颗卫星每时每刻都在向全球播报自己的位置信号。根据立体几何知识,在三维空间中,三个坐标就可以确定一个点的位置。也就是说,我们确定了三颗卫星相对于GPS接收机的位置,便可以计算出该接收机在地面的位置。

所以在卫星向地面播报自己位置信息时,会附上信息发出的时间,而GPS 终端接收到信息后,用当前时间减去发送时间,乘以传播速度——光速,就得出了终端距卫星的距离。对卫星发来的信息进行翻译处理并进行相关运算,就是 GPS 芯片的主要功能。

可是再仔细想想,光速是3.0×10的8次方,一旦时间上出现微小的误差,乘以光速之后就会谬之千里,所以在光速确定的情况下,时间就必须精准,原子钟的作用就是如此,这便能精确的测定接收终端与卫星的距离了。

既然三个坐标就可以确定一个点的位置,可为什么要保证每个接收机可以接收到 4 颗卫星的信息呢?

其实啊,在理想的状态下,三颗卫星确实可以实现定位,但也仅局限于理想状态。现实中,接收时间存在误差,卫星播报自己的位置会有误差,光速在大气中也会受到一定的影响而产生误差,这种种误差的存在,就使得 3 颗卫星不足以保证定位的精度。

另外,爱因斯坦的相对论中说到,快速移动的物体随时间流逝要比静止的物体慢,所以卫星上的时钟就和地球的时钟不同步,这样以来,GPS 卫星每天都会产生 38 微秒的偏差,算下来就是11千米的误差——可不是小数目,所以要想精确定位,这种误差也必须得到补偿,这就要求引入第四颗卫星。另外,在实际定位中,应用上的定位卫星数量也往往大于这个数量,理论上 GPS 接收机搜到的卫星数量越多定位也就会越精准。

说完美国的 GPS,再说说我国的北斗,与之相比,北斗导航系统的定位原理略有不同,在相关功能上也有所创新,从某种角度看,北斗导航系统却有着不少独特的优势。

北斗导航同样由空间段、地面段、用户段三部分组成,不同的是北斗导航系统的空间部分由 35 颗卫星组成,远多于GPS导航系统。不仅如此,这35颗卫星还分布在三种不同的轨道,其中27颗卫星处在距离地面21500千米的中圆轨道,分布在三个轨道面上,保持55度倾角;5颗卫星采取赤道上空35800千米高的地球静止轨道;3颗卫星处在地球同步轨道(也接近35800千米高)、保持约55度倾角。这也是全球四大定位导航系统中唯一一个采用三种轨道搭配的星座。

这样一来,以27颗中圆轨道卫星为主力,围绕地球一圈的轨道周期约为12小时,就可以保持对全球范围内任一点的稳定覆盖,在任意时间、任意地点观测到6颗星以上,其中55度倾角的设计也增加了对人口稠密的地球中低纬度区域覆盖。

另外两种高轨卫星的轨道周期与地球自转24小时周期完全同步,因此有5颗卫星静止在赤道上空,3颗卫星由于倾角设置相对地面做固定周期的运动,这就使得卫星的投影轨迹始终留在亚太及沿赤道对称区域,使亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见,抗遮挡能力大大增强,大幅提高该区域的定位精度。

除此之外,北斗导航系统还有三种工作频率,短报文系统,星间链路通信等特点。其中短报文系统是其他三大定位导航系统都不存在的接收机和卫星之间的双向通讯,就是是通过卫星实现天地双向通信,这意味着卫星可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息,例如大洋之上、深山老林中并没有任何手机信号,发生紧急情况时高轨北斗卫星就可以及时与地面互动,提供准确的定位。

总结

如今北斗导航系统已经全面组网,我们也会享受更大的便利。随着5G时代的发展,万物互联,一步到位,直接将北斗与物联网结合,利用这种技术集约化的优势,这也将会促进我国产业升级对欧美的跨越式发展。

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北斗卫星导航系统的民用早就开始了,国内有北斗导航民用服务资质的企业已达上百家,相关产品也越来越多。导航定位产品现在很多,大量车、船装有北斗导航定位系统。例如中国航天科工三院自主研发的北斗车联网终端及平台系统到目前已为中国22个省市超过35万辆“两客一危”(指从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆,运输里程超过800公里)、货运车辆提供服务。

北斗在渔船上的推广力度现在看来更大。2006年,农业部开始在南沙进行基于北斗的渔船船位监控管理系统试点建设。2013年底,官方就说在5万多条渔船装上了北斗终端,现在的数量只会更多。例如在2016年8月,海南省就为11个市县近海8000艘渔船发放了近海渔船北斗救助终端。

民用航空应用方面,10月14日在山东东营胜利机场,北斗卫星导航系统首次在中国完全自主设计并制造的支线客机——ARJ21-700飞机103架机上进行了测试试飞,试验取得圆满成功。这次试飞实现四个了“国产化”的结合,就是将国产卫星导航系统、国产卫星导航地基增强系统、国产机载导航系统结合到国产民用飞机的平台上,为后续北斗卫星导航系统的国际民航标准化、应用推广、测试认证获取了大量的实验数据。

救援方面,2008年的汶川地震时就做到了。那时北斗还是一代系统,但它的定位和短信能力充分发挥了作用,成为了救援指挥部队和前线救援人员最得力的通信助手,最大限度地保证了“72小时黄金抢救时间”的有效利用,彰显了北斗服务民生的技术优势。

通信方面,国内在民用这块使用北斗系列的设备主要有两种——北斗手机以及其他北斗带有短报文芯片的通讯终端,例如北斗青葱、北斗盒子、北斗海聊等等。

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