古時候，北斗七星是人們用來辨別方向的重要指針。今天，我國自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)，已成為全球?qū)Ш筋I(lǐng)域的璀璨明星。自20世紀(jì)70年代起，中國科學(xué)家就開始研制自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；1994年，中國正式啟動衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展，并正式命名為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。30年彈指一揮間，如今，中國的北斗系統(tǒng)正在服務(wù)全世界。

　　中國“北斗”的“特異功能”

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡稱“北斗系統(tǒng)”)是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并且具備短報文通信能力。

　　說到北斗系統(tǒng)的“特異功能”，首先要從六大星基服務(wù)和地基增強(qiáng)服務(wù)說起。這七項“特異功能”實現(xiàn)了導(dǎo)航與通信功能高度融合，滿足了用戶的多樣化需求。

　　北斗系統(tǒng)提供的六大星基服務(wù)包括：星基增強(qiáng)服務(wù)、精密單點定位服務(wù)、區(qū)域短報文通信服務(wù)、全球短報文通信服務(wù)、導(dǎo)航定位授時服務(wù)以及國際搜救服務(wù)。星基增強(qiáng)服務(wù)——這項服務(wù)已經(jīng)寫入國際民航組織標(biāo)準(zhǔn)和國際海事組織標(biāo)準(zhǔn)，將為民航、海事等行業(yè)用戶提供高精度、高完好性的服務(wù)。精密單點定位服務(wù)——這項服務(wù)將為中國及周邊地區(qū)提供動態(tài)分米級、靜態(tài)厘米級的高精度定位服務(wù)，滿足國土測繪、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、自動駕駛等領(lǐng)域用戶的高精度服務(wù)需求。區(qū)域短報文通信服務(wù)——這項服務(wù)繼承北斗二號短報文服務(wù)能力，用戶可以無感知地實現(xiàn)過渡，同時將擴(kuò)大用戶容量、實現(xiàn)終端小型化和低功耗。已啟動建設(shè)北斗短報文應(yīng)用服務(wù)平臺，后續(xù)將與移動通信技術(shù)結(jié)合，為大眾用戶提供更便捷的服務(wù)。全球短報文通信服務(wù)——這項服務(wù)將為全球用戶提供短報文通信服務(wù)，滿足用戶在緊急情況下的通信需求。導(dǎo)航定位授時服務(wù)——可以定制化地為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。國際搜救服務(wù)——這項服務(wù)將通過衛(wèi)星提供國際搜救支持，幫助各國政府和組織在全球范圍內(nèi)開展搜救行動。

　　北斗地基增強(qiáng)服務(wù)是一種通過地基增強(qiáng)系統(tǒng)(CORS系統(tǒng))提供的高精度定位服務(wù)。該系統(tǒng)利用固定和連續(xù)運行的參考站，通過現(xiàn)代計算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的北斗觀測值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)北斗服務(wù)項目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的北斗系統(tǒng)作業(yè)相比，連續(xù)運行參考站有作用范圍廣、精度高、野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點。

　　北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。在硬件及數(shù)據(jù)處理中心軟件上，北斗地基增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)為主，兼容GPS、GLONASS等系統(tǒng)，并要求國產(chǎn)為主導(dǎo)，做到自主可控。區(qū)域定義為省級、市級范圍，采用更加密集的基準(zhǔn)站網(wǎng)(平均間距50km)，實現(xiàn)區(qū)域RTK、PPP-RTK等服務(wù)。

　　2023年5月17日成功發(fā)射的第56顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是中國在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)過程中的又一重要里程碑。這不僅標(biāo)志著中國在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力得到了進(jìn)一步提升，也為中國在全球航天領(lǐng)域的地位提升注入了新的動力。

　　隨著北斗技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)，北斗系統(tǒng)的國際化步伐也在不斷加快。全球范圍內(nèi)已經(jīng)有137個國家與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簽下了合作協(xié)議。隨著全球組網(wǎng)的成功，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)未來的國際應(yīng)用空間將會不斷擴(kuò)展。中國始終堅持開放、合作、共享的理念，推動北斗系統(tǒng)的國際應(yīng)用。目前，越來越多的國家和地區(qū)開始使用北斗系統(tǒng)，中國與多個國家簽署了合作協(xié)議，共同推動全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。

　　沖破重重困難的自研之路

　　北斗系統(tǒng)的研發(fā)，就是一曲我國科技工作者自主創(chuàng)新的奮斗之歌。隨著科技的不斷發(fā)展，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為各國科技實力競爭的重要領(lǐng)域之一，其在軍事、民用領(lǐng)域的諸多關(guān)鍵應(yīng)用，決定其核心技術(shù)必須掌握在自己手里。這些技術(shù)，買不來，學(xué)不到。在北斗系統(tǒng)的研發(fā)過程中，我們面臨了諸多困難和挑戰(zhàn)。北斗系統(tǒng)的研發(fā)涉及大量高端技術(shù)，如星載原子鐘、信號傳輸、多星高精度協(xié)同等。這些技術(shù)是北斗系統(tǒng)的核心，也是研發(fā)過程中的難點。尤其是在早期，由于技術(shù)儲備不足，研發(fā)團(tuán)隊在很多領(lǐng)域都遭遇了瓶頸。例如，衛(wèi)星原子鐘的精度問題、信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性問題等，都曾是困擾團(tuán)隊很長時間的技術(shù)難題。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)需要大量的高端人才，如衛(wèi)星設(shè)計、信號處理、系統(tǒng)集成等方面的專家。然而，由于我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的發(fā)展相對較晚，人才儲備相對不足。為了解決人才短缺問題，我們一方面加大人才培養(yǎng)力度，提高本土人才的素質(zhì)和能力，另一方面積極引進(jìn)海外高端人才，提高研發(fā)團(tuán)隊的國際化水平。同時，還要關(guān)注人才隊伍的穩(wěn)定性，防止人才流失對研發(fā)工作造成影響。

　　北斗系統(tǒng)的研發(fā)是一個長期、復(fù)雜且耗資巨大的工程。從項目啟動到全球組網(wǎng)完成，國家投入了大量的資金用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)等。資金壓力不僅來自于研發(fā)階段的投入，也來自于系統(tǒng)運行后的維護(hù)和升級。如何保證充足的資金供應(yīng)，以確保北斗系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，也是研發(fā)過程中必須面對的挑戰(zhàn)。

　　除了自身研發(fā)的困難外，國外的競爭環(huán)境也十分惡劣。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)市場已經(jīng)被美國、歐洲和俄羅斯三國的系統(tǒng)占據(jù)。這些系統(tǒng)在技術(shù)、市場和用戶基礎(chǔ)等方面對我們實施技術(shù)封鎖和市場打壓。北斗系統(tǒng)要想在國際競爭中取得一席之地，就必須在技術(shù)、服務(wù)、應(yīng)用等方面不斷創(chuàng)新和提升，這無疑大大增加了北斗系統(tǒng)研發(fā)的難度。

　　在技術(shù)封鎖和重重困難面前，中國科研人員不畏艱難，迎難而上，通過不懈努力，攻克了一個又一個技術(shù)難關(guān)。他們用智慧和汗水書寫了一個又一個傳奇故事，將不可能變成了可能，這意味著無論何時，我們都可以依靠自己的技術(shù)來定位和導(dǎo)航，不再受制于人。

　　各行各業(yè)用“北斗”

　　北斗系統(tǒng)最主要的應(yīng)用，在交通運輸上。如車輛位置監(jiān)控與調(diào)度，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，車輛的位置信息可以進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，從而對車輛進(jìn)行調(diào)度和管理。幫助交通管理部門收集和分析交通信息，在智能導(dǎo)航和安全駕駛輔助上，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供智能化的導(dǎo)航服務(wù)，包括實時路況信息、道路限速提示、車道偏移預(yù)警等。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也可以與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)車輛到車輛(V2V)或車輛到基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)的信息交換。自動駕駛上利用車載傳感器、人工智能、北斗定位等技術(shù)，實現(xiàn)車輛的自主行駛，無需人為干預(yù)。在海洋運輸智能航運上，北斗也功不可沒。利用北斗定位、海洋遙感、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，可實現(xiàn)船舶的智能化管理和調(diào)度，提高航運效率和安全性。在智能鐵路上，利用北斗定位、無線通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)鐵路的智能化監(jiān)測和控制，提高鐵路運營效率和安全性。在智慧民航上，利用北斗定位、空中交通管理、云計算等技術(shù)，實現(xiàn)民航的智能化規(guī)劃和運行，提高民航效率和安全性。

　　北斗系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用也十分廣泛。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化方面，北斗可以提供高精度的定位和自動導(dǎo)航服務(wù)，實現(xiàn)農(nóng)機(jī)的自動化控制和作業(yè)。在農(nóng)田土壤監(jiān)測方面，北斗系統(tǒng)的高精度定位和時間同步服務(wù)被用于實現(xiàn)對農(nóng)田土壤的實時監(jiān)測和分析。此外，在精準(zhǔn)施肥方面，北斗系統(tǒng)的高精度定位和導(dǎo)航服務(wù)也有著重要作用。在全國各地，基于北斗系統(tǒng)的深松作業(yè)機(jī)、玉米莖穗兼收機(jī)、高效植保機(jī)、小麥聯(lián)合收割機(jī)、甘蔗種植機(jī)、播種無人機(jī)等設(shè)備，已經(jīng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)度管理，進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。北斗系統(tǒng)還在森林防火、天然林保護(hù)、森林自然調(diào)查、病蟲害防治等方面發(fā)揮了重要作用。例如，護(hù)林員和森林草原防火網(wǎng)格員使用北斗巡護(hù)手持終端進(jìn)行“巡山”，實時查詢巡護(hù)軌跡，實現(xiàn)精準(zhǔn)巡護(hù)，大大提高了工作效率。除此之外，在海洋漁業(yè)上，北斗也有廣泛應(yīng)用。在漁船定位管理中，可以實時把漁船的位置及動態(tài)信息傳輸?shù)綕O業(yè)行業(yè)監(jiān)管部門，確保漁船安全順利地返回港口。同時，還可以通過漁船定位信息，分析漁船的活動軌跡及捕撈強(qiáng)度，為漁業(yè)資源有效管理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)警中，北斗技術(shù)可以對海洋環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，如水溫、海流、海面高度等，獲取及時的海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)，為修建港口、開展?jié)O業(yè)活動、海上救援等提供依據(jù)，并對突發(fā)事件進(jìn)行實時預(yù)警及應(yīng)急處理。

　　除此之外，北斗在救災(zāi)減災(zāi)上的應(yīng)用也不容小覷。北斗系統(tǒng)的短報文通信服務(wù)，在災(zāi)情上報、災(zāi)害預(yù)警、救災(zāi)指揮、災(zāi)情通信等方面提供了有效支持。北斗系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測災(zāi)區(qū)的位置信息，為救災(zāi)指揮提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。在地震、洪水等災(zāi)害發(fā)生后，北斗系統(tǒng)能夠迅速定位災(zāi)區(qū)，并為救援隊伍提供最佳路線規(guī)劃和救援方案。在災(zāi)區(qū)通信中斷的情況下，北斗系統(tǒng)可以利用短報文進(jìn)行緊急通信，確保信息暢通，為救援工作提供及時的信息支持。此外，北斗系統(tǒng)還可以結(jié)合高精度定位服務(wù)，對災(zāi)區(qū)的樓宇、橋梁、水庫等進(jìn)行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為災(zāi)后重建提供科學(xué)依據(jù)。在公共安全上同樣作用斐然，北斗系統(tǒng)協(xié)助國家安全部門構(gòu)建了“部—省—市”三級位置資源聯(lián)網(wǎng)訂閱體系，實現(xiàn)了跨區(qū)域、跨警種的位置資源調(diào)度能力，并成功接入40余萬個警用終端，實現(xiàn)了100名以上警力的協(xié)同任務(wù)點名時間縮短了97%，整體出警時間縮短了近20%。

　　一句話總結(jié)——北斗的高精度服務(wù)正像水、電一樣，成為觸手可及、隨需而用的公共服務(wù)！

　　當(dāng)然，我們也清楚地認(rèn)識到，北斗系統(tǒng)仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。面對競爭激烈的國際環(huán)境，我們需要進(jìn)一步加強(qiáng)自主創(chuàng)新，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，我們也要加強(qiáng)與國際社會的合作，共同推動全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。展望未來，我們相信，北斗系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢和作用，為人類社會的進(jìn)步和發(fā)展作出更大的中國貢獻(xiàn)！

　　(本文由中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室學(xué)術(shù)交流中心撰寫)