物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對于位置服務的要求越來越多，有機構預測，60%的物聯(lián)網(wǎng)設備將會使用地理位置數(shù)據(jù)，尤其是大范圍的室外定位將會是一個不可忽視的市場。

國際上有一個高大上的俱樂部，它只有四個會員，卻吸引了各國首腦的關注和眾多頂級科學家工程師的研究，這個俱樂部就是GNSS（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)），四個會員分別是美國GPS、歐洲伽利略GALILEO、俄羅斯格洛納斯GLONASS、中國北斗COMPASS。

中國北斗是個新會員，同時也是發(fā)展勢頭最猛的會員，北斗是咋回事？對我們的生活有什么影響？這是一個很有意思的話題。關于北斗，學術期刊上的文章有很多了，但專業(yè)文章的術語太多，普通人讀不懂，而且也不會有興趣去讀。

一、從GPS說起

1957 年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了全世界第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類的空間世紀。美國對此密切關注，有一位名叫比爾·蓋伊的數(shù)學家和一位叫喬治·威芬巴赫的物理學家，他們在霍普斯金的應用物理實驗室里發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，那就是這顆衛(wèi)星的頻率出現(xiàn)了偏移，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是相對運動引起的多普勒頻移效應。

這兩位科學家對此進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)如果在地面上架設多部接收機，就可以根據(jù)接收到的信號的不同頻差推算出這個衛(wèi)星的具體位置，他們很高興地把這個研究成果告訴了實驗室主任弗蘭克。麥克盧爾，說他們已經(jīng)實現(xiàn)了對蘇聯(lián)衛(wèi)星的多普勒定位跟蹤。

弗蘭克主任當時在做海軍的一項研究，研究內(nèi)容是五角大樓如何知道茫茫大海中軍艦的具體位置，聽到兩位科學家的匯報后他眼前一亮，既然你們能夠發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪里，如果把問題反過來，衛(wèi)星就能發(fā)現(xiàn)你們在哪里，海軍軍艦定位的問題有思路了！

GPS系統(tǒng)就按這種思路啟動了，方案中需要解決的第一個問題就是：衛(wèi)星該采用低、中、高哪種軌道？如果采用低軌道的話，發(fā)射成本比較低，精度比較高，但若覆蓋全球的話則需要200顆衛(wèi)星，這樣浩大工程實在是負擔不起。

如果采用高軌道，理論上三顆衛(wèi)星就能覆蓋全球，但除了高軌道衛(wèi)星的發(fā)射難度大之外，更主要的是定位精度會很低，原因有兩個：一是軌道太高會導致測量誤差大，二是靜止軌道與地面物體的相對速度很小，不利于使用多普勒頻移的解算方法。

中軌道是比較折衷的方案，覆蓋全球只需要24-36顆衛(wèi)星，由于軌道是運動的，即使地面的物體不動，但相對衛(wèi)星的速度也很大，這就可以充分利用多普勒頻移方法了。

基于以上綜合考慮，美國選擇了24顆衛(wèi)星的中軌道星座，1978年發(fā)射了第一顆，全系統(tǒng)在1995年投入運行，現(xiàn)有衛(wèi)星30顆，分為軍用和民用兩種定位模式，其中民用方式向全球開放。

二、美國是不是活雷鋒？

GPS是個好東西，對人們生活品質的提升相當大，例如汽車和手機導航就非常重要，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。GPS對于探險航海就更重要了，關鍵時刻可以救命。這么好的東西，美國又投入了巨資，居然向全世界免費，難道美國政府是活雷鋒？

其實即使GPS不免費那也收不上來錢，為啥這樣說呢？因為GPS是單向通信體制，這跟廣播電視塔類似。廣播電視塔大家都知道，它只管發(fā)射信號，到底有1個收音機聽還是1萬個收音機聽，廣播電視塔是不知道的，GPS系統(tǒng)也是如此，30顆衛(wèi)星只管不停地向地面發(fā)信號，具體是誰在接收并使用這些信號，它是根本不知情的，既然不知情，那還怎樣收錢？

通過售賣高價解碼芯片來收錢行不行？答案是不行，因為GPS采用的是只發(fā)不收的單向通信機制，這對加密傳輸來說是先天的障礙，即使搞了加密，沒幾天就會被破解了，尤其是民碼還要求簡單易用，接收設備要求成本低廉，這對加密來說就更加困難了。

如果GPS免費，則一定會在全球形成巨大的市場，依托這套系統(tǒng)會產(chǎn)生新的國際性產(chǎn)業(yè)，同時會形成一股強大的國家軟實力，所以說GPS免費是符合美國國家利益的。

GPS 免費對全世界的民生來說是個福利，但在軍事方面卻是個挑戰(zhàn)，美國敵對國家的軍機戰(zhàn)艦上當然也可以安裝，美國人也禁止不了，這對美國是不是一個威脅呢？其實GPS開放的只是民碼，精度比美國軍方使用的軍碼差了十倍，先天就挫了一大截。

更重要的是，萬一跟美國打起了仗，人家把GPS民碼給你一停，你已經(jīng)很依賴GPS了，甚至連指南針都丟了，這可就抓瞎了。如果美國不給你停GPS，而是發(fā)個欺騙碼，瞄準美國的導彈就可能飛到自己的陣地上，這更加可怕。

所以說，他國的軍備絕不能使用美國的GPS，一旦形成依賴就會像吸毒者一樣無法自拔，必須要發(fā)展本國的定位導航系統(tǒng)。當然，發(fā)展本國的定位導航系統(tǒng)也只是少數(shù)大國的權利，至于泰國墨西哥等小國家其實是不必操這個心的，因為全球定位導航系統(tǒng)實在是太浩大，綜合國力微弱的小國家們根本就造不起，還是老老實實地繼續(xù)用GPS吧，這倒也省心。

三、北斗一代的由來

中國是個有抱負的大國，在定位導航衛(wèi)星這事上可不能圖省心，實際上從上個世紀70年代就已經(jīng)開始鬧心了，七五規(guī)劃中提出了“新四星”計劃，隨后提出過單星、雙星、三星、三到五顆星的區(qū)域性系統(tǒng)方案，以及多星的全球系統(tǒng)設想。研究、論證、再研究、再論證……從來就沒有停止過。

80年代初期，以“兩彈一星”元勛成芳允院士為首的專家團體提出了雙星定位方案，這是當時公認的最優(yōu)方案，但因經(jīng)濟條件等種種原因又擱置了十年。1991年是個重大轉折點，海灣戰(zhàn)爭把中國人打醒了，美國的GPS在作戰(zhàn)中的應用非常成功，決策層深刻意識到以后打仗沒這東西是真的不行，被擱置十年的雙星定位方案于是馬上啟動。

為啥不像美國那樣搞30顆衛(wèi)星的系統(tǒng)呢？當時的國情是又沒經(jīng)驗又沒錢，剛起步可得悠著點，從小打小鬧開始吧，上來就玩大的容易搞砸鍋。一定會有網(wǎng)友問，在空間中三個坐標才能定位，兩顆衛(wèi)星不夠用??？

這是個好問題，雙星定位方案中有個高度儀，用戶需要自測高程，并將結果作為第三個坐標，這就好比是在地球中心裝了一個虛擬的衛(wèi)星，這就實現(xiàn)了三星定位。那為什么不干脆發(fā)射三顆衛(wèi)星呢？原因很簡單，高度儀很便宜，這個方案更省錢。

只有兩顆星，當然不能像美國GPS那樣搞中軌道的，軌道低了覆蓋面就小，兩顆中軌道衛(wèi)星多數(shù)時間會在中國上空以外的地方飛行，那中國大陸還咋用呢？因此只能搞高軌道的，而且還得是靜止的，這樣才能妥妥地停在中國大陸的上空。

靜止高軌道是雙星定位的必須選擇，從技術上講這毫無疑問是正確的，但卻埋下了性能不強的隱患，這就是要談的下一個問題，北斗一代被詬病。

四、北斗一代被詬病

MH370 失聯(lián)后出現(xiàn)了很多科普，令公眾熟悉了多普勒效應這個名詞，那多普勒效應對衛(wèi)星來說到底是好事還是壞事呢？這要看是哪一種衛(wèi)星，多普勒效應對導航定位衛(wèi)星來說是好事，因為衛(wèi)星相對地面物體被測物體的相對速度越大，多普勒效應越明顯，定位就會更加準確，這甚至是定位導航衛(wèi)星的核心原理基礎。

但是，多普勒效應對通信衛(wèi)星來說就是壞事了，因為頻率偏移會導致通信失敗，必須得做修正。例如位于印度洋上空的亞太國際通信衛(wèi)星就是相對地面固定的，失聯(lián)的MH370在最后階段發(fā)出的7次探尋信號被這顆衛(wèi)星測出了頻率偏移，這本來是要被修正掉的數(shù)據(jù)，沒想到這卻成了推測飛機航跡的唯一證據(jù)。用一句話總結就是：用通信衛(wèi)星干了定位衛(wèi)星的活，把本來是壞事的多普勒效應變成了好事。

既然中國的這兩顆衛(wèi)星是靜止軌道的，自然可以與國際通信衛(wèi)星一樣完成通信任務，于是既能定位又能通信就被設計成為了北斗一代的技術特點，而GPS等其它定位導航系統(tǒng)都是不支持通信功能的。

美國GPS不具備北斗這樣的通信功能，這真不能說人家技術落后，因為人家的衛(wèi)星系統(tǒng)是各司其職的，定位衛(wèi)星和通信衛(wèi)星兩套系統(tǒng)的性能都很優(yōu)異。而中國北斗一代是身兼兩職，聽起來功能更加全面，其實是中國把定位衛(wèi)星打到了通信衛(wèi)星的軌道上，自然能收獲了通信這個副業(yè)。

畢竟定位才是北斗一代的主業(yè)，大部分的信道資源都必須讓給定位數(shù)據(jù)的傳送，所以留給通信的信道資源就很少，它無法完成實時的話音通信，只能完成短信功能。

由于這兩顆星的軌道很高，導致了地面被測物體與衛(wèi)星的相對速度很低，于是多普勒效應就不明顯，其定位精度自然遠遠比不過GPS。因此雖然北斗一代既能通信又能定位是獨特優(yōu)勢，其實是通信功能比國際海事衛(wèi)星差得多，定位功能比GPS衛(wèi)星差得多，通信和定位雖說啥都能干，但啥性能都不行。

平心而論，北斗一代已經(jīng)達到了設計指標，工程是非常成功的，畢竟就只有兩顆星嘛，咋能跟幾十顆的海事通信衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星相比呢，好比是你花了800塊買了部雙卡雙待的山寨機，罵它不如蘋果手機好，這其實并不公平。

不妨做個假設，假如沒有國際海事衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的話，那既能定位又能通信的北斗一代就是光芒四射的，但問題是北斗一代問世時，這兩種衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)相當成熟了，在它們的對比之下，北斗一代簡直就是一坨翔，而且是國家花了大價錢造出的一坨翔，當然是各種被罵，研發(fā)人員們灰頭土臉不敢吭氣。

五、與伽利略計劃的姻緣

北斗一代的使用體驗比較差，那該咋往下走呢？這時中國看上了歐洲的伽利略計劃，這是歐洲國家聯(lián)合搞的全球定位導航衛(wèi)星系統(tǒng)計劃，因為這個項目實在是太燒錢，歐洲單個國家誰都搞不起，但又不能不搞，雖然歐洲國家跟美國關系很好，但也不能把國家安全都系在美國政府身上。

歐洲有技術但缺錢，于是他們瞄上了土豪中國，中國正因為北斗一代不給力而發(fā)愁呢，自然是一拍即合，據(jù)報道稱中國加入了伽利略技術，并且很大方的拍了兩個億的入伙費。

但中國越來越覺得不對勁，歐洲居然把日本和印度也拉入伙了，他們出的錢少但權利不少，這不是把中國當作冤大頭了嗎？多出點錢倒不是問題，關鍵在于這兩個國家本來是我們在軍事上要防備的，難道要跟他們在國防方面使用相同的系統(tǒng)？中國發(fā)現(xiàn)苗頭不對，下定決心后就咔嚓地退出了，退出后自己單干，開始發(fā)展北斗二代。

北斗二代計劃在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星，形成全球性的定位導航系統(tǒng)，比GPS還多5顆。多出的這5顆是在赤道上空的靜止高軌道衛(wèi)星，主要是完成短信任務的，其它30顆跟美國GPS的30顆一樣，都是中軌道的運動衛(wèi)星。

北斗二代的規(guī)模與GPS相當，申請的軌道和頻率與歐洲伽利略比較一致，這就不可避免地遇到了衛(wèi)星軌道和頻率爭奪的問題。衛(wèi)星軌道和空間頻率是人類共有的資源，那該如何分配呢？國際規(guī)則是既不按國家來分，也不按人口來分，而是誰先占了算誰的。

先占先得的原則是西方發(fā)達國家制定的，他們認為這是各國都有同樣機會的公平原則，理由是：你有本事你也打衛(wèi)星啊，我又沒攔著你，你不打是你自己的事，如果你永遠不打，難道說軌道和頻率還要永遠給你留著？這聽起來也有道理，更關鍵的是，即使你覺得沒道理，你也沒能力阻止發(fā)達國家占軌道和頻率。

2005年伽利略計劃的第一顆衛(wèi)星上天了，但并沒有開通，只是占了軌道但沒占頻率，為啥沒開通呢？原因是沒錢，開通需要花錢的，歐洲手頭有點緊。中國北斗二代的第一顆星也隨后上天了，而且上去就開通了，這下就把軌道和頻率都占上了，這為啥呢？這是因為中國政府不差錢。

歐洲伽利略那邊慢悠悠地搗鼓，而中國這邊的北斗一個接一個地不停打衛(wèi)星，后來還搞起了一箭雙星，而伽利略計劃和北斗二代有些頻率是重合的，雙方都在國際電信聯(lián)盟組織備案了，誰先占上就算誰的，中國的快節(jié)奏把歐洲搞急眼了，通過美國給中國施壓，要求中國放慢腳步等等歐洲人民。

以前歐美國家憑借技術和經(jīng)濟優(yōu)勢搶占資源，中國技術和經(jīng)濟不給力只能吃啞巴虧，你們從來就沒謙讓過，現(xiàn)在憑什么要我謙讓？中國不理會歐美的抗議，按既定的節(jié)奏繼續(xù)打衛(wèi)星。

六、亞太地區(qū)組網(wǎng)

雖然現(xiàn)在還沒有把35顆衛(wèi)星打全，但亞太地區(qū)的北斗二代定位導航網(wǎng)絡已經(jīng)建起來了，并已投入了使用。GPS和北斗的中軌道運動衛(wèi)星都是30顆，它們各在太空上織就了一張網(wǎng)，GPS網(wǎng)眼最密處是在美國上空，北斗二代網(wǎng)眼最密處在中國上空，為本土提供服務是第一要務，這個道理當然很好理解。加拿大和墨西哥當然會選擇GPS，而對于亞太國家來說，北斗卻比GPS更有優(yōu)勢。

亞太國家認識到了北斗的覆蓋優(yōu)勢，中國政府也積極推動北斗二代在亞太地區(qū)的應用，于是泰國、馬來西亞、文萊、印度尼西亞、柬埔寨、老撾等國家派出了19名專家，于2014年7月來到中國考察北斗二代，研究討論合作的事項。

第一站去的是武漢光谷北斗集團，參觀了中國最大的遙感衛(wèi)星地面接收站，第二站去的是黃石，參觀了建設中的中國-東盟北斗示范城，第三站參觀了北斗地球空間產(chǎn)業(yè)國際學院，第四站是參加“2014北斗技術與應用國際培訓班”，在兩院院士李德仁領銜的武漢大學測繪遙感國家生點實驗室里連續(xù)學習了半個月。

行程安排是很講究的，先帶他們參觀，行程非常密集不容你思想懈怠，一處更比一處高端大氣上檔次的北斗產(chǎn)業(yè)園區(qū)，令他們的眼睛瞪得越來越大，在內(nèi)心受到了震撼后，再由國際知名科學家李德仁院士親自授課，解答你國使用北斗的所有疑問，順便收獲了這些東盟專家的膝蓋。

泰國專家表示，有些GPS衛(wèi)星的信號泰國收不到，而北斗所有的衛(wèi)星信號都能接收到，當然要參加北斗的“天眼”計劃，而且泰國現(xiàn)在已建成了首批CORS（連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)）。馬來西亞緊隨其后，將成為北斗“天眼”的下一個落戶的國家。

七、在漁業(yè)的應用

北斗的首次成功應用是2008年5月12日的汶川地震，甭看我們平時的通信非常方便，電話、短信、互聯(lián)網(wǎng)等手段很多，但其實都是高度依賴光纖和基站的，當這些基礎設施遭到大面積損壞時，你會發(fā)現(xiàn)QQ、微信、微博、短信……所有平時很方便的通信手段全都完蛋了，除了靠吼之外簡直就沒有一點辦法。

那時候北斗還是一代系統(tǒng)，雖然因為性能指標比不過GPS和海事衛(wèi)星而被罵出了翔，但北斗一代在地震時卻發(fā)揮出了不受地面影響的優(yōu)勢，它的定位和短信能力充分發(fā)揮了作用，成為了救援指揮部隊和前線救援人員最得力的通信助手，最大限度地保證了“72小時黃金搶救時間”的有效利用，彰顯了北斗服務民生的技術優(yōu)勢。

遠洋漁業(yè)是個充滿危險的行當，遇到風險時能得到及時得到救助非常重要，再節(jié)省的漁民都會備齊兩樣電子設備，一是GPS二是海事衛(wèi)星電話，以便遇到風險時能及時求助。

遇到風險需要求救，首先要用GPS定好位，然后用海事衛(wèi)星電話通知岸上的救援隊，告訴他們我遇險的GPS坐標，以便他們來救我。當然也有用電臺的，但電臺的可靠性不如海事衛(wèi)星電話，生死攸關時通不上可就抓瞎了。但是，養(yǎng)一部海事衛(wèi)星電話是很貴的，但為了關鍵時刻救命又不敢不養(yǎng)，很多漁民對此很糾結。

北斗二代在亞太地區(qū)布網(wǎng)后，漁民有了一個新選擇，那就是裝北斗衛(wèi)星船載終端，北斗的雙向短信功能在漁船救險方面得到了完美應用，遇到險情后一鍵求救，終端會自動把附帶著定位信息的求救短信通過衛(wèi)星發(fā)給岸上的救援隊，實現(xiàn)了GPS+海事衛(wèi)星電話的功能，而且更加方便。

那這個終端貴嗎？政府大力推廣，將之列為安全機械設備，享受農(nóng)機補貼政策，政府額外拿出了1個億，免費為遼寧、山東、浙江、海南的1萬艘漁船安裝的北斗終端，后續(xù)再安裝的直接補貼九成，漁民只需要象征性的出一成的錢就可以安裝。

海事衛(wèi)星電話很貴，那北斗衛(wèi)星短信貴不貴呢？答案是一條三毛！這是有史以來最便宜的衛(wèi)星短信了，為啥這么便宜，有政府補貼唄，其實根本就沒考慮成本，收費是象征性的。本來有專家建議免費，但怕漁民們沒事就發(fā)段子，過于浪費衛(wèi)星信道資源，干脆就定一條三毛吧。

北斗衛(wèi)星的短信功能非常受歡迎，根據(jù)浙江省2011年的統(tǒng)計，浙江漁民利用北斗衛(wèi)星發(fā)短信1300萬條，其中船與船互通604萬條，船與手機互通696萬條。

漁業(yè)省份在岸上大建基于北斗二代的漁業(yè)信息服務基礎設施，通過衛(wèi)星給漁船發(fā)送實時的天氣、海浪、赤潮、魚汛消息，甚至還有當日漁市價格，幫助漁民決定捕撈哪種魚，漁民在海上就可以把漁獲信息傳到岸上，提前聯(lián)系好了賣家。

八、“兩客一危”與地基增強系統(tǒng)

“兩客一?！敝傅氖菑氖碌缆钒嗑€客運、旅行包車、危險貨物運輸車，這些都必須安裝電子定位裝置，并將運行信息及時接入到全國的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)中。在交通管理部門的監(jiān)控大屏幕上，車輛的運動狀態(tài)一目了然，超速闖禁行等違規(guī)駕駛行為會自動報警，這是一項保護人民生命安全的法規(guī)。

“兩客一?！钡姆秶€在擴展，警車、公務車、校車也正在被納入到衛(wèi)星定位監(jiān)控系統(tǒng)之中，不僅僅是為了行車安全，還要監(jiān)控公車私用，車輛行駛路線清清楚楚，數(shù)據(jù)妥妥地存在數(shù)據(jù)庫里，由不得司機遮掩狡辯。

這種對特種車輛的衛(wèi)星監(jiān)控，以前要求使用GPS，現(xiàn)在被政府明令要求必須使用北斗二代。有些人為此質疑過政府，以前基于GPS的系統(tǒng)本來就能完成任務，現(xiàn)在為了推廣國產(chǎn)北斗就來硬的，這不是勞民傷財嗎？

這真不是功民傷財，而是有著長遠規(guī)劃的必要措施。中國正在籌劃搞北斗二代的地基增強系統(tǒng)，在路燈桿、信號塔等地方架設北斗設備，形成北斗的地基增強系統(tǒng)，與天基的衛(wèi)星相互配合，可達到米級以下的實時定位精度。

北斗二代的天基系統(tǒng)和地基系統(tǒng)一旦成功結合，那大貨車就再也不敢長期占用超車道了，而以前的GPS定位精度是10米，是無法區(qū)分車道的。給孩子戴的定位手表會更加精準和靈敏，定位信息不再是“在某地附近”，而是精確到孩子站在哪塊地板磚上。

地基增強系統(tǒng)是要與天基系統(tǒng)密切配合的，如果把這個遍及全國的國字號系統(tǒng)搭建在美國GPS的基礎之上，那萬一人家收費了呢？或者把底層數(shù)據(jù)屏蔽了，那我們就被會卡了脖子。我們已經(jīng)有了完全自主產(chǎn)權的北斗二代，自家的地基增強系統(tǒng)當然要跟自家的北斗二代配對。

九、形變監(jiān)測與自動駕考

北斗二代的用途非常非常多，據(jù)統(tǒng)計有200多項，例如有一項就是形變監(jiān)測，專門對水壩、大橋、高速公路等巨大建設物的沉降和變形做測量。網(wǎng)友們一定會疑問，北斗與GPS的精度都是10米，咋能搞如此細致的活計呢？這源于差分算法技術。

任何測量都是會有誤差的，而把多次測量后的結果統(tǒng)計平均，就會有效地減少誤差。衛(wèi)星定位的差分算法也是這個道理，一次定位的精度是10米，但把成千上萬次的定位數(shù)據(jù)進行合并處理，就有可能得到更加精準的結果，甚至精確到毫米以下。

很顯然，測量的次數(shù)越多和時間越長則精度就越高，而建筑物的沉降和變形是緩慢的，正好可以利用這些特點來進行高精度測量。把北斗設備固定在建筑特上面，令它自動地接收定位信息，攢足了一個月的海量定位數(shù)據(jù)后進行差分計算，精度在毫米以下的定位數(shù)據(jù)就算出來了，這比人工測量方便和準確的多。

很多偏遠監(jiān)測點是沒有手機信號的，基于GPS的形變監(jiān)測必須得人工采集，而使用北斗進行形變監(jiān)測還有個好處就是數(shù)據(jù)可以直接通過北斗短信功能傳回基地，給它安個太陽能板就齊活了，定位、差分解算、數(shù)據(jù)回傳全部自動化。

在地面設施的配合下，北斗的實時定位精度已經(jīng)遠遠高于GPS，現(xiàn)在已經(jīng)達到了80公里/小時情況下2厘米的精度，這就給另一種業(yè)務提供了技術手段，那就是基于北斗二代系統(tǒng)的無考官駕考。

現(xiàn)在的倒車入庫等駕考項目已經(jīng)有電子監(jiān)控了，壓線就會報警，但路考還得有考官。以后的全部駕駛課目考試可能被北斗系統(tǒng)全面取代，在考試車上安裝北斗接收機，無論是倒庫還是路考，系統(tǒng)都會精確實時記錄車輛軌跡，并自動評分，會比考官更嚴格和公正。

十、北斗二代的政府推廣

北斗二代是國字號工程，政府當然會推廣，但推廣的路子跟以前很不一樣了。大約七八年前吧，手機上有了Wi-Fi功能，而中國政府覺得這個技術標準不好，于是出了國家自主知識產(chǎn)權的WAPI標準，試圖以此取代Wi-Fi。其實并不是只有中國這么干，韓國也推出了自己的技術標準并抵制Wi-Fi。

Wi- Fi技術簡潔便于推廣，這也是它風靡全球的重要原因，但它也有死穴，那就是單向的安全機制并不可靠。前陣子3.15晚會上有帶眼罩的網(wǎng)絡安全人員現(xiàn)場表演了劫持觀眾手機信息，媒體也經(jīng)?？鞘謾C用戶接入免費Wi-Fi導致?lián)p失的報道，這都是Wi-Fi先天技術缺陷所致。

中國的WAPI標準是雙向安全認證的，的確比Wi-Fi更安全，政府為了推廣它而把行貨手機的Wi-Fi功能閹割了，想要Wi-Fi功能的話只能買水貨手機。此舉引來很多人的不滿，但最終也沒擋著Wi-Fi的流行，后來就低調(diào)放開了，行貨手機上也有了Wi-Fi，而WAPI并沒有推廣開，現(xiàn)在只是在軍隊等有保密要求的場所使用。韓國政府抵制Wi-Fi的行動也同樣地失敗了。

中國政府在推廣北斗二代方面顯然有了新的思路，不再用行政力量去限制其競爭技術了，而是采用免費或補助的方式來利誘，事實證明這招更加有效。例如漁船安裝北斗設備，政府并不禁止?jié)O民繼續(xù)使用GPS和海事衛(wèi)星電話，而在給北斗設備提供大量補助，衛(wèi)星短信也只是象征性地收費，明顯北斗方案更劃算，漁民當然會裝北斗而棄用GPS和海事衛(wèi)星電話。

北斗二代有200多項應用，需要全社會的高科技企業(yè)去研究開發(fā)，不斷提供更好的北斗產(chǎn)品，這樣才能把北斗產(chǎn)業(yè)做大做強。中國已經(jīng)有了不少搞定位導航的高科技企業(yè)，它們大多是搞GPS起家的，政府的科技部門請這些老總來開會，領導講話言簡意賅：歡迎各位繼續(xù)搞GPS的研究開發(fā)，政府絕不會限制和干擾，但如果搞北斗二代項目的話，會享受高科技企業(yè)的免稅政策，還會從某處得到支持資金。

北斗二代的技術體制與GPS差不多，由GPS轉向北斗并不難，政府劃下道了，企業(yè)老總都是人精，紛紛表態(tài)要改道搞北斗項目。被請來開會的還有高校教授，領導又說了，政府有一筆北斗科研的經(jīng)費，歡迎教授們來立項，教授們也紛紛表示要申請北斗科研項目，誰忒么還傻乎乎地繼續(xù)研究GPS啊，美國政府又不給錢。

領導又說了，企業(yè)有資金設備的優(yōu)勢，高校有人材技術的優(yōu)勢，不如強強聯(lián)手，把教授帶的研究生放在企業(yè)去做北斗科研，由企業(yè)出場地出設備出資金，研究生搞出的成果除了供他們畢業(yè)拿學位，還可作為該企業(yè)的技術創(chuàng)新。企業(yè)老總和高校教授都覺得這個主意不錯，于是在政府牽線下紛紛結起了對子，領導管這個叫作北斗產(chǎn)業(yè)推廣聯(lián)盟。

政府推廣新產(chǎn)業(yè)的路子變了，不再像推WAPI那樣強行閹割Wi-Fi了，而是使用了利益杠桿，企業(yè)老總和高校教授都得了利，政府出面組建了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也是政績，三方都很高興。

中國政府對北斗二代的決心很大，搞這種國字號工程的財力很足，對內(nèi)的推廣政策很有成效，對外積極談合作已有成果，還有國際電信聯(lián)盟的支持，占盡了天時地利人和，預計5000億的新產(chǎn)業(yè)正在浮出水面，北斗二代的前景非常樂觀。

• 北斗的優(yōu)勢：

安全。這絕對是建北斗最最重要的原因，沒有這個原因北斗真的是可以不建的，或者說可以緩一緩再建。GPS使用了這么多年，軍隊官方都沒有統(tǒng)一裝備GPS的任何產(chǎn)品（當然，會有私自購買的，只是一小部分），因為戰(zhàn)時美國絕對不會讓你他的GPS，GPS信號是可以加密或關閉的。在地理信息如此重要的戰(zhàn)場，你只能靠自己。

三頻信號。北斗使用的是三頻信號，GPS使用的是雙頻信號，這是北斗的后發(fā)優(yōu)勢。雖然GPS從2010年5月28發(fā)射了第一顆三頻衛(wèi)星，但等到GPS衛(wèi)星全部老化報廢更換為三頻衛(wèi)星還好幾年。這幾年就是北斗的優(yōu)勢期。

三頻信號可以更好的消除高階電離層延遲影響，提高定位可靠性，增強數(shù)據(jù)預處理能力，大大提高模糊度的固定效率。而且如果一個頻率信號出現(xiàn)問題，可使用傳統(tǒng)方法利用另外兩個頻率進行定位，提高了定位的可靠性和抗干擾能力。北斗是全球第一個提供三頻信號服務的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

有源定位及無源定位。有源定位就是接收機自己需要發(fā)射信息與衛(wèi)星通信，無源定位不需要。北斗一代的有源定位，有源定位技術只要2顆衛(wèi)星就可以完成定位，但需要信息中心DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)庫支持并參與解算。它在北斗二代上被保留下來，但不作為主要的定位方式（這個有待考證。 必須強調(diào)一下，北斗二代使用的是無源定位，和GPS是一樣一樣的，不需要信息中心參與解算，有源定位頂多算個補充功能 ）。

這個功能的好處是當你觀測的衛(wèi)星質量很差，數(shù)量較少時（理論上，無源定位至少要4顆衛(wèi)星才能解算XYZ和時間四個未知參數(shù)，實際需要的更多），仍然可以定位。這個功能對于緊急情況會比較有用，比如在山谷中，觀測條件非常差，能知道大概位置也是非常重要的。

壞處是在戰(zhàn)爭中會暴露你的位置信息。需要信息中心參與解算就是排名第一答案說的“資源有限”，使用的北斗一代手持機，每60秒可以定位一次，不能頻繁定位，以保證信息中心不能過載。

但是北斗一代不能民用的主要原因不是這個??！北斗一代稱為北斗衛(wèi)星實驗系統(tǒng)，北斗二代稱為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，叫他一代二代僅僅是方便而已。從名字上就可以知道，北斗一代只是做個內(nèi)部實驗而已，檢驗一下理論、技術是否可行，定位精度如何，再進行后續(xù)改進，設計的初衷根本沒打算民用。就像是蘋果公司做個內(nèi)部樣機，自己試用一下看看要怎么改進。

短報文通信服務。這個絕對是中國原創(chuàng)功能，并且非常實用。08年汶川地震的時候，震區(qū)唯一的通訊方式就是北斗一代，當時簡直是好用到哭啊，也沒人嫌棄北斗一代手持機又大又丑了，有和沒有簡直是質的飛越，所以該功能果斷在二代中保留下來?。ㄕf明：北斗不是唯一的通信手段。）但是這個功能也是有容量限制的，所以并不適合作為日常通信功能，而是作為緊急情況通信比較合適。

基于這個功能，北斗還有一個好處是，不但能知道我在哪，還能讓別人知道你在哪。這個功能有利于求救啊。國家大力宣傳此功能，可能基于以下兩個原因：第一，這個功能中國獨有。第二，宣傳其他功能大眾聽不懂。

境內(nèi)監(jiān)控。衛(wèi)星定位系統(tǒng)一般由三部分組成：空間星座部分，地面監(jiān)控部分和用戶接收機部分。其中，地面地面監(jiān)控部分又由三大部分組成：監(jiān)控站，主控站，注入站。

GPS系統(tǒng)在全球建了5個監(jiān)控站，1個主控站（ 炸毀北斗地面指揮中心北斗就失效了，所以得出結論戰(zhàn)爭時北斗無用；那我們炸毀GPS的主控站（及其備用站）不也一樣的嗎，所以可以得出結論：GPS是無效的嗎？）和3個注入站以保證衛(wèi)星運行，這些站都設在美國國土上，并且在全球分布很均勻。

包括美洲大陸的美國本土，太平洋的關島和夏威夷、印度洋的迭哥枷西亞以及大西洋的阿森松群島。中國沒法把監(jiān)控站建到全球，所以中國在設計北斗系統(tǒng)時必須考慮到，地面監(jiān)控部分只建在中國境內(nèi)，就能夠保證整個系統(tǒng)的正常運行。

在境外建站也不是不可以，只是就算建了，也只起到提高精度的作用，絕對不能作為控制功能。這本來是北斗的劣勢，境內(nèi)監(jiān)控是被逼出來的，沒有其他選項，但現(xiàn)在成了北斗的安全優(yōu)勢，不用受制于其他國家。

中國境外的首個陸地遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站“北極站”，將于2015年在瑞典開工建設，預計兩年建成。2、中國將在南美洲的阿根廷建造首個境外衛(wèi)星跟蹤站。

分步開通。GPS必須整個系統(tǒng)建成后才能使用。目前北斗的14顆在軌衛(wèi)星使用了5顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星，5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星，4顆中高度圓軌道（MEO）衛(wèi)星。北斗的星座方案來之不易，許院士說當時有幾個方案參與競爭，光是方案的修改論證就持續(xù)了整整三年，最后確定的這個方案不敢說沒有缺點，但絕對是所有方案里最好的一個。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在這個創(chuàng)新的空間星座支持下，僅僅發(fā)射了16顆衛(wèi)星，就于2012年12月27日在亞太地區(qū)正式開通運行。這有利于加快北斗的商用進程，有利于對后續(xù)的系統(tǒng)做進一步改進，有利于加快北斗產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。

2015年3月30日，首顆新一代北斗導航衛(wèi)星由長征三號丙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。該星的發(fā)射成功標志著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的啟動實施。北斗全球系統(tǒng)試驗衛(wèi)星工程I1-S星是第17顆北斗導航衛(wèi)星，其將開展新導航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風31日對記者表示，2015年我國還將發(fā)射3到4顆北斗導航衛(wèi)星，構成一個完整的試驗體系，北斗導航衛(wèi)星再次進入密集發(fā)射期。

首顆新一代北斗導航衛(wèi)星將實現(xiàn)技術突破，除了壽命由8年延長到10到12年外，在功能、性能上將有較大提升，可為全球用戶提供更高精度的衛(wèi)星導航服務。下一代全球覆蓋導航衛(wèi)星從性能指標上要比現(xiàn)在在軌運行的這個系統(tǒng)性能提高1到2倍，最高精度會達到2到3米。

局部加強，逐步成熟。理論上GPS在全球的定位精度是相當?shù)?。北斗系統(tǒng)針對中國及其周邊地區(qū)是特別加強過的，在國內(nèi)衛(wèi)星的幾何條件比較好。

單點定位的精度取決于兩個方面：一是觀測量精度，二是所觀測衛(wèi)星的空間幾何分布。導航中用精度衰減因子DOP來表示衛(wèi)星空間圖形的貢獻，包括：空間精度衰減因子GDOP 、位置精度衰減因子PDOP、時間精度衰減因子TDOP、平面精度衰減因子HDOP、垂直精度衰減因子VDOP、相對定位幾何精度衰減因子RDOP。

（1）衛(wèi)星數(shù)量增加。GPS設計使用21+3顆衛(wèi)星，即21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。目前GPS實際已經(jīng)使用了32顆衛(wèi)星，衛(wèi)星數(shù)量越多，就會得到越多的冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就越可靠，DOP值越小。北斗現(xiàn)在只有16顆，等北斗衛(wèi)星的數(shù)量越來越多，也會得到更多觀測數(shù)據(jù)，精度提升是必然的了。

（2）改正模型優(yōu)化。與信號傳播路徑有關的誤差有：對流層折射誤差，電離層折射誤差延遲誤差，多路徑效應，地球自轉效應誤差。這些誤差是沒辦法完全消除的，只能不斷減小。用于改進電離層折射誤差延遲誤差的Klobuchar模型就是根據(jù)長時間氣象觀測數(shù)據(jù)，構造出電離層折射隨時間變化的經(jīng)驗公式。

說白了就是猜出來的，不過是有水平，有數(shù)據(jù)支持，聰明的猜，才出來后進行試驗驗證，好用就留著，不好用就繼續(xù)改。全球不同地區(qū)的電離層對流層都是不同的，這些公式是根據(jù)國外的觀測數(shù)據(jù)構造的，用在中國自然會差一些，我們需要給北斗更多的時間累計觀測數(shù)據(jù)，等待開發(fā)或優(yōu)化更多的適合中國地區(qū)的改正模型。

（3）衛(wèi)星軌道精度提高。衛(wèi)星的實際運行軌道肯定與設計軌道有一定的差距。偽距定位的原理是：采用距離后方交會的方法確定接收機天線的三維坐標。只有衛(wèi)星軌道精度提高了定位精度才會高。衛(wèi)星的軌道是通過監(jiān)控站的觀測數(shù)據(jù)擬合出來的，觀測時間越久，累積的數(shù)據(jù)越多，擬合的軌道越精確。

北斗缺少國外的觀測數(shù)據(jù)，所以軌道精度在亞太地區(qū)較高，在國外的軌道精度會比較差。彌補這個缺陷也需要給北斗時間。再提一下地球靜止軌道 （GEO）衛(wèi)星。

GEO衛(wèi)星相對地球做不到完完全全的靜止，會有一定的漂移。而地球同步軌道只有一個，資源非常稀缺，國際上把這個軌道劃分成了一小段一小段的圓弧，衛(wèi)星只能在分配的范圍內(nèi)移動，否則可能與其他衛(wèi)星相撞，所以每隔一段時間就需要調(diào)整GEO衛(wèi)星位置。

目前調(diào)整北斗采用的是脈沖式，只能按整次數(shù)來調(diào)整衛(wèi)星的位置，不能是零點幾次，所以可能出現(xiàn)多一次嫌多，少一次不足的情況。在后續(xù)發(fā)射的GEO衛(wèi)星，調(diào)整衛(wèi)星會改用連續(xù)式，想噴多少就噴多少，增強衛(wèi)星控制能力與精度。

一旦進行調(diào)整，之前的觀測數(shù)據(jù)就會作廢，需要重新累積數(shù)據(jù)。在調(diào)整衛(wèi)星期間，那顆衛(wèi)星處于失效狀態(tài)，因為我們不知道它的具體位置，需要幾天時間來重新定軌。

但好在GEO衛(wèi)星數(shù)量比較少（5顆），定軌比其他兩種衛(wèi)星容易一些，速度也比較快一些。其他兩種衛(wèi)星不存在這種情況，觀測時間久了，擬合的軌道精度自然就提高了，直到他死掉那天。

定位精度。“北斗系統(tǒng)定位精度由水平25m、高程30m，提高至目前水平10m、高程10m，測速精度由每秒0.4米，提高至0.2m，受時精度優(yōu)于20ns，目前在中國及周邊地區(qū)，北斗系統(tǒng)服務性能與GPS相當?！痹S院士講座時說，他們的實測精度（按中誤差算）可以達到水平4~5m，高程5~6m的精度水平。

許院士表示，北斗在剛投入使用就能達到如此精度，這連他們設計北斗系統(tǒng)的時候都沒想到，已經(jīng)非常滿意了，而且北斗還有很大進步空間，精度還能進一步提高。上述10m的精度，我個人認為應該是對亞太地區(qū)的平均精度。需要注意的是，北斗的平面精度與高程精度是基本相當?shù)?，而GPS系統(tǒng)的水平精度確實不錯，但是他的高程精度是軟肋，比水平精度差得比較多，一般是1.5倍到2倍。

@silencew 說GPS定位精度可以達到mm級，這是能實現(xiàn)的，但是不能脫離限制條件而談。衛(wèi)星定位方法有很多種形式，如果按用戶衛(wèi)星測量設備在作業(yè)中的狀態(tài)，可分為靜態(tài)定位與動態(tài)定位，若按參考點的位置不同，可分為絕對定位和相對定位。

差分技術是基于同步同軌性原理，使用已知點的基準站，計算出改正信息，再發(fā)送給流動站，進而改正流動站的瞬時位置。這是針對動態(tài)測量的技術，把定位精度由10~40m提高到小于3m。精度達到mm級應該是靜態(tài)的長時間的優(yōu)質觀測條件下的絕對定位。（以及有條件的相對定位。

@snailchaser：絕對定位的話，長時間的靜態(tài)PPP（精密單點定位技術）確實可以達到mm級，不過用相對定位的方法（載波相位測量＋雙差解模糊度），在短基線＋較開闊環(huán)境下，也是可以穩(wěn)定達到mm級的，甚至連動態(tài)也能達到這個精度。）具體解釋一下，靜態(tài)，就是要專門建一個房子，專門建一個固定觀測墩，這時三腳架精度已經(jīng)不夠，而且還容易被移動。

長時間，就是24小時，365天不間斷觀測，這就肯定要保證有電源，而且要求還很高，不能斷電，備用電源神馬的一定要有。優(yōu)質觀測條件，就是要沒有電磁干擾，沒有高大建筑遮擋，人不能隨意靠近GPS天線，附近不能有平靜水面（會有多路徑效應），沒有大的山坡。

不可或缺的是一臺高精度，高穩(wěn)定性，高品質的GPS接收機及其他附屬設施（保存、處理數(shù)據(jù)等功能）。要滿足這些條件只能遠離城市，在有一定條件的農(nóng)村，建一個永久的高精度觀測站。

不是隨隨便便就能滿足這樣苛刻條件的，建設和運行成本都非常高，我們學校就有建這樣的觀測站，我們是不能進去看的，因為會干擾信號，只能瞻仰下外觀了。北斗要這么觀測，精度肯定也不是10m了，不要隨便道聽途說了一個數(shù)據(jù)就說比北斗強，請說明觀測條件！

特別說明一下，GPS系統(tǒng)使用的是WGS-84坐標系，北斗使用的是CGCS2000坐標系，所以二者的數(shù)值不能直接進行比較，需要進行坐標轉換，而坐標轉換一般會帶來精度上的損失。精度是可以在各自坐標系下直接比較的，不用進行坐標轉換。

促進整個制造業(yè)的升級。

專家預測，到2015年，中國北斗相關產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破500億。 預計到2020年，僅北斗衛(wèi)星導航市場將達到年產(chǎn)值4000億元人民幣，年復合增長率達到40%以上?！北倍泛苜嶅X，國家給你創(chuàng)造機會了，這個錢要怎么拿，就看各自的本事了。

看看全國遍地開花的北斗產(chǎn)業(yè)園就知道機會多難得。整個系統(tǒng)國家只負責空間星座和地面監(jiān)控部分，這兩部分耗資巨大，技術要求高，且具有唯一性，系統(tǒng)性能指標主要取決于這兩部分。

北斗系統(tǒng)的精度不夠高很大一部分的原因是中國的原子鐘不行。衛(wèi)星導定位中，時間系統(tǒng)有著極其重要的意義，在由跟蹤站對衛(wèi)星進行定軌時，要求衛(wèi)星位置的誤差小于1cm時，相應的時刻誤差應小于2.6μs（1微秒=10 -6秒）；如果要求測量的距離誤差小于1cm時，則信號傳播時間的測定誤差應小于0.03ns（ 1納秒=10 -9秒 ）。

中國的原子鐘相對國外產(chǎn)品，體積大、質量重、精度還差了一個量級，這種高精尖的技術國外是對中國禁運的，我們只能靠自己。為什么不行？因為有一段時間原子鐘是可以從國外買的，相比起自己研制成本還不高，質量很好，國內(nèi)直接放棄研制原子鐘了。

等中國說要建導航系統(tǒng)，國外立刻對中國實施禁運，中國這個時候才趕緊又開始原子鐘的研制工作，暫停研制這幾年對中國的原子鐘發(fā)展多可惜，本來技術雖然不算先進，但也勉強跟上世界潮流，現(xiàn)在卻拉下一大截，如果中國一直堅持自己研制原子鐘，現(xiàn)在的北斗系統(tǒng)精度更高。要不是北斗系統(tǒng)，中國的原子鐘技術更是悲劇了。

建設速度快。歐洲早在1999年2月10日就提出建設GALILEO系統(tǒng)，在2005年發(fā)射了第一顆實驗衛(wèi)星， 2008年4月27日，發(fā)射第二顆實驗衛(wèi)星，進度比最初的計劃推遲了整整五年， 2012年10月發(fā)射第3第4顆衛(wèi)星。這四顆衛(wèi)星組成網(wǎng)絡，初步發(fā)揮地面精確定位的功能。

北斗的第一顆衛(wèi)星在 2007年4月14日發(fā)射升空， 2012年10月25日第16顆北斗衛(wèi)星發(fā)射，這是北斗區(qū)域網(wǎng)最后一顆衛(wèi)星，北斗導航工程區(qū)域組網(wǎng)順利完成， 2013年12月27日正式發(fā)布了《北斗系統(tǒng)公開服務性能規(guī)范（1.0版）》和《北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件（2.0版）》兩個系統(tǒng)文件，這是北斗正式商用的標志，所有的廠商都可以根據(jù)這兩個文件來開發(fā)自己的產(chǎn)品。

北斗與GALILEO在使用頻率上是有競爭關系的（有重疊）， “根據(jù) “誰先使用誰先得”的國際法原則，中國在2009年發(fā)射三顆“北斗”二代衛(wèi)星，正式啟用該頻率，而歐盟連預定的三顆實驗衛(wèi)星都沒有射齊。敗下陣來，失去對頻率的所有權。

國際認可。新聞：北斗正式納入IMO全球無線電導航系統(tǒng)-2014年11月新聞

2014年11月17日至21日，國際海事組織（IMO）海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，審議通過了對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)認可的航行安全通函，標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式成為全球無線電導航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)成為繼全球定位系統(tǒng)（GPS）、格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）后的第三個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，服務世界航海用戶。

• 北斗的問題：

國外監(jiān)控站很少，優(yōu)勢與劣勢并存的GEO衛(wèi)星，星鐘的差距，等等。

上面沒提到的有：

（1）衛(wèi)星質量不高，壽命比較短。GPS衛(wèi)星的壽命一般在8年，北斗衛(wèi)星的壽命在5年左右，已發(fā)射的16顆衛(wèi)星中，已有2顆老舊衛(wèi)星失效。替換衛(wèi)星的工作都是國家完成的，完全不影響用戶使用。

（2）芯片價格較高。這是由于芯片的生產(chǎn)特點決定的，芯片在研發(fā)階段投入非常大，一旦研制成功，后續(xù)的生產(chǎn)成本就比較低了。北斗剛投入使用，用戶還比較少，所以價格高，等到大規(guī)模生產(chǎn)的時候，成本就被攤薄。

（3）強制安裝北斗。這一條消息剛出來的時候我也特別不舒服，但是請參考鳳凰軍事的短評?！?明明知道GPS是處于絕對壟斷地位的產(chǎn)品，卻鼓吹“北斗”去搞什么所謂“市場競爭”，完全就是一種鬧劇。這種言論明顯背叛了市場經(jīng)濟最基本的原則?！?/p>