北斗导航系统即将完全建成,我们的生活会因此改变么?

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04-08 22:29

站在空旷的室外,打开手机定位开启地图。即使没有联网,在短短几秒钟内,手机地图上也能获得你的准确位置,位置偏差不超过 10 米。如果手机中安装了专业的定位软件,还能显示出你所在位置的海拔高度、运动方向,运动速度等信息。现代人都知道,这一功能叫 GPS 定位,是利用天上的卫星定位的一种技术。

但我们都知道 GPS 是美国建设的,为了减少对外的技术依赖,我们国家也建立了自己的卫星导航系统——北斗导航系统。

2020 年 4 月 4 日,北斗三号的最后一颗卫星运抵西昌卫星发射中心。至此,建设时间接近 20 年的中国导航卫星系统建设进入最后冲刺的阶段。在近 20 年的卫星导航星座建设中,中国总共发射了 54 颗北斗导航卫星,并经历了三次技术迭代。

五十五颗北斗卫星  图片来自:beidou.gov.cn

在三次技术迭代后,北斗导航系统的已经从一个定位精度几十米,服务地区仅覆盖中国的导航系统,变成了一个亚米级定位精度,覆盖全球的导航系统。听起来北斗似乎和美国的 GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略卫星导航系统没什么区别。但实际上,北斗卫星导航系统和其他三家的技术线路有所不同。

北斗和其他导航有什么区别

我们知道,卫星导航系统的原理,是通过轨道上的卫星向地面的设备播报精准的时间和位置信号,设备通过解算信号,推算自己相对卫星的距离。最后根据设备距 4 颗卫星的距离反向推算自己的位置。简单说,就是通过卫星位置和相对卫星距离推算自己的位置。

▲ 图片来自:MOL365

但因为卫星信号需要穿过太空和大气层才能到达设备。所以推算的精度受卫星的数量和卫星报时的准确度的影响。对于美国的 GPS 系统来说,只需要在 20180 千米的轨道部署 26 颗卫星,即可实现对全球所有位置无差别的信号覆盖。

对美国来说,设计 GPS 的目的是为其全球战略行动提供服务。而对中国来说,只需为自己的国土提供导航服务。中国的北斗导航系统衍生出了一些其他导航系统没有的功能。比如说,亚太地区的通讯功能。

▲ 北斗在亚太地区定点放置了多颗导航卫星(蓝线为轨道)

北斗导航系统通过在地球静止轨道上部署带有通讯功能的导航卫星。可以提供短报文服务,比如渔船遇险,就可以通过北斗导航卫星向附近的救援点发送自己的位置和遇险信息。

除了提供信息服务之外,北斗导航还对亚太区域的定位系统做了增强。除了标准的中轨道定位卫星外,还在地球静止轨道和同步静止轨道上增加导航卫星。常规的 27 颗中轨道卫星(与 GPS 系统类似)可以保证全球所有位置在某一时刻都能接收到六颗以上的卫星定位信号,卫星定位系统在全球范围的可用性。

 

▲ 北斗服务范围

而地球静止轨道和同步轨道的卫星则定点在亚太地区上空,亚太地区除了六颗基本的定位卫星之外,还能观测到更多的卫星,定位精度也更高一些。

北斗的意义是什么

我们需要知道事实是:GPS 起初是不对普通民众开放的。美国设计 GPS 的目的,是为其全球战略行动提供服务,换句话说就是为军队服务的。这也就意味着在发生重大事件或者全球性冲突的时候,美国可能会关闭(或者对信号进行干扰)GPS 在某地区的服务。

▲ 2000 年美国取消对 GPS 民用频率干扰前后的定位误差变化

想象一下,一觉醒来自己的手机没有了定位服务,点外卖没法准确定点了。楼下汽车的导航全部无法使用,只能拿着纸质地图对照位置。海洋中的船舶,全部失去自己的位置。大量现代化的设备全部无法使用,这是一种多么恐怖的景象。

▲ 现在让你看纸质地图,你还找得到路么? 图片来自:unsplash

建设北斗的意义就在于 GPS 或其他导航系统失效时,我们仍然可以活在卫星导航为我们带来的现代化生活之中。俄罗斯当年建立格洛纳斯导航,欧盟建立伽利略导航,都是为了保证作为现代化基础设施的导航系统的绝对安全。

▲ 有能力的国家都在自建卫星导航系统

为依赖卫星导航系统的现代化生活加上一层保险,这也正是北斗导航对中国民众带来的最大收益。

北斗已经可以用了么?

导航系统需要发射几十颗卫星,这显然不是一天就可以建成的。其实导航系统是一边建设一边开通的。由于几大卫星导航系统使用的信号频率相近,开发兼容多种导航的的 GPS 芯片其实并没有那么艰难。大部分国产的安卓手机,目前都已经支持 GPS+格洛纳斯+北斗,甚至还有伽利略导航。

在我们点开地图的一瞬间,手机的导航系统。不仅用到了美国的 GPS 星座,还有俄罗斯的格洛纳斯。中国的北斗导航系统。欧洲的伽利略定位系统。可以走到空旷的地区,打开你的手机。你会发现自己头顶有二十几颗导航卫星同时为你服务,其中北斗的卫星数量甚至超过了 GPS。

回到题目的问题,其实北斗导航卫星组网完成,并不会对我们的生活产生任何改变。因为我们已经生活在拥有「北斗」的星空之下,北斗导航早已与我们的生活融为一体。

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