衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁┚珳?zhǔn)的時(shí)間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)，它與能源、交通和通信一樣，是國家戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施。改革開放40年來，我國高度重視發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過自主創(chuàng)新大力發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使我國擺脫了對(duì)國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，掌握了時(shí)空基準(zhǔn)控制權(quán)、國際規(guī)則制定話語權(quán)，為國家安全和現(xiàn)代國防提供了戰(zhàn)略保障。

 

建成自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

 

早在上世紀(jì)60年代，美國專為軍隊(duì)研制的子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)就投入使用了，這個(gè)系統(tǒng)就是GPS全球定位系統(tǒng)的前身。雖然在定位精度上有明顯誤差，但它驗(yàn)證了衛(wèi)星定位的可行性。

 

幾乎同時(shí)，中國也開始了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但由于種種原因，項(xiàng)目最終擱淺。

 

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是國家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是大國地位和綜合國力的重要標(biāo)志。1994年，美國完成GPS系統(tǒng)24顆衛(wèi)星全部星座布局。這一年，黨中央、國務(wù)院、中央軍委做出獨(dú)立自主研制北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重大戰(zhàn)略決策，中國開始了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制建設(shè)征程。

 

基于我國國情，北斗建設(shè)者創(chuàng)造性地提出“先區(qū)域、后全球，先有源、后無源”的建設(shè)思路，按照“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)，先建立雙星定位試驗(yàn)系統(tǒng)，形成區(qū)域有源定位與導(dǎo)航服務(wù)能力；然后完成3種軌道10余顆衛(wèi)星發(fā)射，建成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，形成區(qū)域無源服務(wù)能力，向亞太地區(qū)提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)，以及短報(bào)文通信服務(wù)；最后建成由3顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成、覆蓋全球的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，形成全球無源服務(wù)能力。

 

如果將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比喻為一棵大樹，那么導(dǎo)航頻率資源就是它的根。中國工程院院士、衛(wèi)星導(dǎo)航定位總站高級(jí)工程師譚述森說，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)初始階段，頻率資源相對(duì)比較充沛，建設(shè)時(shí)間較早的GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)不存在頻率資源沖突問題。到了北斗系統(tǒng)開建時(shí)，發(fā)達(dá)國家?guī)缀鯇⑿l(wèi)星導(dǎo)航頻率瓜分殆盡，后發(fā)國家頻率資源爭奪戰(zhàn)愈演愈烈。北斗第一代科學(xué)家先后與幾十個(gè)國家開展了300多次艱苦談判，這才爭取到北斗系統(tǒng)發(fā)展所必需的寶貴頻率資源。

 

2007年4月14日，我國成功發(fā)射北斗試驗(yàn)星。兩天后，也即4月16日，衛(wèi)星開始發(fā)送信號(hào)。至此，中國正式啟用北斗申報(bào)的頻率資源，標(biāo)志著我國自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入新的發(fā)展建設(shè)階段。

 

核心技術(shù)不再受制于人

 

時(shí)間精度和位置精度是衛(wèi)星導(dǎo)航的核心。導(dǎo)航系統(tǒng)普遍運(yùn)用原子鐘維持時(shí)間精度，原子鐘也因此被人們稱為導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”。

 

過去，世界上只有少數(shù)國家能夠制造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘。在建設(shè)北斗之前，我國也沒有這項(xiàng)能力。“進(jìn)口鐘價(jià)格非常昂貴。不過，這還不是最大的問題。關(guān)鍵技術(shù)掌握在別人手里意味著北斗系統(tǒng)存在重大安全隱患。”專家告訴經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者。

 

在北斗二號(hào)建設(shè)過程中，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院、航天科工集團(tuán)二院203所等單位對(duì)星載銣原子鐘一系列關(guān)鍵技術(shù)展開攻關(guān)。當(dāng)時(shí)，多次深入科研一線的北斗系統(tǒng)總師、“兩彈一星”元?jiǎng)讓O家棟就堅(jiān)定地表示：“我們自己的導(dǎo)航衛(wèi)星一定要用我們自己研制的原子鐘！”

 

2005年，航天科工集團(tuán)二院203所交付了我國首批兩臺(tái)星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機(jī)，標(biāo)志著我國原子鐘自主化進(jìn)程邁出了關(guān)鍵一步。2007年我國自主研制的星載銣原子鐘正式上天服役，北斗人用不到兩年的時(shí)間就打破了國外壟斷。

 

在剛剛建成的北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)中，我國采用了更高性能銣原子鐘。新一代銣原子鐘每天的頻率穩(wěn)定度較北斗二號(hào)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)提高了10倍，達(dá)到世界先進(jìn)水平。“星鐘精度的通俗指標(biāo)是10萬年差1秒，我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到300萬年差1秒的精度了。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)說，這項(xiàng)新技術(shù)直接推動(dòng)北斗三號(hào)衛(wèi)星的定位精度由10米跨越到后續(xù)全球系統(tǒng)米級(jí)分辨率。

 

衛(wèi)星的研制與發(fā)射只是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)研究中的一部分，要讓北斗系統(tǒng)真正發(fā)揮作用，導(dǎo)航芯片的開發(fā)研究至關(guān)重要。長期以來，芯片技術(shù)缺失嚴(yán)重制約了北斗的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。直到最近幾年，我國終于建立起完整的產(chǎn)業(yè)鏈，工藝產(chǎn)能也有了大幅提升，國產(chǎn)北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米，最低單片價(jià)格僅為6元，總體性能達(dá)到甚至優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。目前，國產(chǎn)北斗芯片累計(jì)銷量突破6500萬片，高精度OEM板和接收機(jī)天線已分別占據(jù)國內(nèi)市場(chǎng)30%和90%的份額。

 

從“天上好用”到“地上用好”

 

2016年5月18日，國家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。該系統(tǒng)通過在地面建立地基增強(qiáng)站，以定位算法獲得定位數(shù)據(jù)差分信息，再開展大范圍播發(fā)，可以幫助各類終端實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)定位。目前，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)基本系統(tǒng)的研制建設(shè)工作已經(jīng)完成，并進(jìn)入試運(yùn)行階段，具備為用戶提供廣域?qū)崟r(shí)米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)和后處理毫米級(jí)定位精度的能力。

 

基于北斗的高精度服務(wù)，北斗系統(tǒng)在我們的生活中幾乎“無所不能，無處不在”。數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，北斗已在公安、交通、漁業(yè)、電力、林業(yè)、減災(zāi)等行業(yè)得到廣泛使用，并服務(wù)于智慧城市建設(shè)和社會(huì)治理；建成全球最大的GNSS車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；幫助公安出警時(shí)間縮短近20%，突發(fā)重大災(zāi)情上報(bào)時(shí)間縮短至1個(gè)小時(shí)內(nèi)，應(yīng)急救援響應(yīng)效率提升2倍；全國4萬余艘漁船安裝北斗，累計(jì)救助漁民超過1萬人。

 

依托移動(dòng)通信、汽車制造、互聯(lián)網(wǎng)三大產(chǎn)業(yè)，北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，北斗系統(tǒng)已形成包括基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、運(yùn)行服務(wù)等較為完整的北斗產(chǎn)業(yè)體系，北斗高精度定位技術(shù)在未來城市、自動(dòng)駕駛、智能手機(jī)、共享單車及無人機(jī)應(yīng)用等各領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，北斗系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入70多個(gè)國家和地區(qū)，包括30多個(gè)“一帶一路”相關(guān)國家和地區(qū)。

 

“天上好用，地上用好。”中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其表示，我國計(jì)劃于2020年底建成世界一流的全球系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上加快構(gòu)建基于北斗的國家綜合定位、導(dǎo)航、授時(shí)體系。屆時(shí)，世界任何一個(gè)地方都能用上北斗提供的高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)了。