標籤 GPS北斗衛星定位 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 衛星系統），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，同時也是發展勢頭最猛的會員，北斗是咋回事？對我們的生活有什麼影響？這是一個很有意思的話題。關於北斗，學術期刊上的文章有很多了，但專業文章的術語太多，普通人讀不懂，而且也不會有興趣去讀。  

  1、從GPS說起 1957 年10月4日，蘇聯發射了全世界第一顆人造地球衛星，開創了人類的空間世紀。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裡發現了一個現象，那就是這顆衛星的頻率出現了偏移，經研究發現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，發現如果在地面上架設多部接收機，就可以根據接收到的訊號的不同頻差推算出這個衛星的具體位置，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，說他們已經實現了對蘇聯衛星的多普勒

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，聽到兩位科學家的彙報後他眼前一亮，既然你們能夠發現衛星在哪裡，如果把問題反過來，衛星就能發現你們在哪裡，海軍軍艦定位的問題有思路了！   GPS系統就按這種思路啟動了，方案中需要解決的第一個問題就是：衛星該採用低、中、高哪種軌道？如果採用低軌道的話，發射成本比較低，精度比較高，但若覆蓋全球的話則需要200顆衛星，這樣浩大工程實在是負擔不起。   如果採用高軌道，理論上三顆衛星就能覆蓋全球，但除了高軌道衛星的發射難度大之外，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，不利於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顆衛星，由於軌道是運動的，即使地面的物體不動，但相對衛星的速度也很大，這就可以充分利用多普勒頻移方法了。   基於以上綜合考慮，美國選擇了24顆衛星的中軌道星座，1978年發射了第一顆，全系統在1995年投入執行，現有衛星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。  

  2、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，人們告別了在紙製地圖上找路的歷史。GPS對於探險航海就更重要了，關鍵時刻可以救命。這麼好的東西，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是單向通訊體制，這跟廣播電視塔類似。廣播電視塔大家都知道，它只管發射訊號，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系統也是如此，30顆衛星只管不停地向地面發訊號，具體是誰在接收並使用這些訊號，它是根本不知情的，既然不知情，那還怎樣收錢？   通過售賣高價解碼晶片來收錢行不行？答案是不行，因為GPS採用的是隻發不收的單向通訊機制，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，接收裝置要求成本低廉，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，依託這套系統會產生新的國際性產業，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，美國敵對國家的軍機戰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，必須要發展本國的定位導航系統。當然，發展本國的定位導航系統也只是少數大國的權利，至於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用GPS吧，這倒也省心。   3、北斗一代的由來 中國是個有抱負的大國，在定位導航衛星這事上可不能圖省心，實際上從上個世紀70年代就已經開始鬧心了，七五規劃中提出了“新四星”計劃，隨後提出過單星、雙星、三星、三到五顆星的區域性系統方案，以及多星的全球系統設想。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”元勳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方案，但因經濟條件等種種原因又擱置了十年。1991年是個重大轉折點，海灣戰爭把中國人打醒了，美國的GPS在作戰中的應用非常成功，決策層深刻意識到以後打仗沒這東西是真的不行，被擱置十年的雙星定位方案於是馬上啟動。   為啥不像美國那樣搞30顆衛星的系統呢？當時的國情是又沒經驗又沒錢，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。一定會有網友問，在空間中三個座標才能定位，兩顆衛星不夠用啊？這是個好問題，雙星定位方案中有個高度儀，使用者需要自測高程，並將結果作為第三個座標，這就好比是在地球中心裝了一個虛擬的衛星，這就實現了三星定位。那為什麼不乾脆發射三顆衛星呢？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，兩顆中軌道衛星多數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，但卻埋下了效能不強的隱患，這就是要談的下一個問題，北斗一代被詬病。    

 

4、北斗一代被詬病 MH370 失聯後出現了很多科普，令公眾熟悉了多普勒效應這個名詞，那多普勒效應對衛星來說到底是好事還是壞事呢？這要看是哪一種衛星，多普勒效應對導航定位衛星來說是好事，因為衛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星的核心原理基礎。   但是，多普勒效應對通訊衛星來說就是壞事了，因為頻率偏移會導致通訊失敗，必須得做修正。例如位於印度洋上空的亞太國際通訊衛星就是相對地面固定的，失聯的MH370在最後階段發出的7次探尋訊號被這顆衛星測出了頻率偏移，這本來是要被修正掉的資料，沒想到這卻成了推測飛機航跡的唯一證據。用一句話總結就是：用通訊衛星幹了定位衛星的活，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星是靜止軌道的，自然可以與國際通訊衛星一樣完成通訊任務，於是既能定位又能通訊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都是不支援通訊功能的。   美國GPS不具備北斗這樣的通訊功能，這真不能說人家技術落後，因為人家的衛星系統是各司其職的，定位衛星和通訊衛星兩套系統的效能都很優異。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星打到了通訊衛星的軌道上，自然能收穫了通訊這個副業。   畢竟定位才是北斗一代的主業，大部分的通道資源都必須讓給定位資料的傳送，所以留給通訊的通道資源就很少，它無法完成實時的話音通訊，只能完成簡訊功能。   由於這兩顆星的軌道很高，導致了地面被測物體與衛星的相對速度很低，於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訊又能定位是獨特優勢，其實是通訊功能比國際海事衛星差得多，定位功能比GPS衛星差得多，通訊和定位雖說啥都能幹，但啥效能都不行。   平心而論，北斗一代已經達到了設計指標，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訊衛星和GPS衛星相比呢，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，這其實並不公平。   不妨做個假設，假如沒有國際海事衛星和GPS衛星的話，那既能定位又能通訊的北斗一代就是光芒四射的，但問題是北斗一代問世時，這兩種衛星系統已經相當成熟了，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，研發人員們灰頭土臉不敢吭氣。     5、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，這是歐洲國家聯合搞的全球定位導航衛星系統計劃，因為這個專案實在是太燒錢，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係很好，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，於是他們瞄上了土豪中國，中國正因為北斗一代不給力而發愁呢，自然是一拍即合，據報道稱中國加入了伽利略技術，並且很大方的拍了兩個億的入夥費。但中國越來越覺得不對勁，歐洲居然把日本和印度也拉入夥了，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，關鍵在於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？中國發現苗頭不對，下定決心後就咔嚓地退出了，退出後自己單幹，開始發展北斗二代。   北斗二代計劃在2020年前發射35顆衛星，形成全球性的定位導航系統，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星，主要是完成簡訊任務的，其它30顆跟美國GPS的30顆一樣，都是中軌道的運動衛星。   北斗二代的規模與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星軌道和頻率爭奪的問題。衛星軌道和空間頻率是人類共有的資源，那該如何分配呢？國際規則是既不按國家來分，也不按人口來分，而是誰先佔了算誰的。   先佔先得的原則是西方發達國家制定的，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，你也沒能力阻止發達國家佔軌道和頻率。   2005年伽利略計劃的第一顆衛星上天了，但並沒有開通，只是佔了軌道但沒佔頻率，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後上天了，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星，後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盟組織備案了，誰先佔上就算誰的，中國的快節奏把歐洲搞急眼了，通過美國給中國施壓，要求中國放慢腳步等等歐洲人民。   以前歐美國家憑藉技術和經濟優勢搶佔資源，中國技術和經濟不給力只能吃啞巴虧，你們從來就沒謙讓過，現在憑什麼要我謙讓？中國不理會歐美的抗議，按既定的節奏繼續打衛星。   6、亞太地區組網 雖然現在還沒有把35顆衛星打全，但亞太地區的北斗二代定位導航網路已經建起來了，並已投入了使用。GPS和北斗的中軌道運動衛星都是30顆，它們各在太空上織就了一張網，GPS網眼最密處是在美國上空，北斗二代網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，而對於亞太國家來說，北斗卻比GPS更有優勢。   亞太國家認識到了北斗的覆蓋優勢，中國政府也積極推動北斗二代在亞太地區的應用，於是泰國、馬來西亞、汶萊、印度尼西亞、柬埔寨、寮國等國家派出了19名專家，於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-東盟北斗示範城，第三站參觀了北斗地球空間產業國際學院，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裡連續學習了半個月。   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，一處更比一處高階大氣上檔次的北斗產業園區，令他們的眼睛瞪得越來越大，在內心受到了震撼後，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，順便收穫了這些東盟專家的膝蓋。   泰國專家表示，有些GPS衛星的訊號泰國收不到，而北斗所有的衛星訊號都能接收到，當然要參加北斗的“天眼”計劃，而且泰國現在已建成了首批CORS（連續執行衛星定位服務綜合系統）。馬來西亞緊隨其後，將成為北斗“天眼”的下一個落戶的國家。    

 

7、在漁業的應用 北斗的首次成功應用是2008年5月12日的汶川地震，甭看我們平時的通訊非常方便，電話、簡訊、網際網路等手段很多，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，你會發現QQ、微信、微博、簡訊……所有平時很方便的通訊手段全都完蛋了，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，雖然因為效能指標比不過GPS和海事衛星而被罵出了翔，但北斗一代在地震時卻發揮出了不受地面影響的優勢，它的定位和簡訊能力充分發揮了作用，成為了救援指揮部隊和前線救援人員最得力的通訊助手，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勢。   遠洋漁業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，再節省的漁民都會備齊兩樣電子裝置，一是GPS二是海事衛星電話，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，然後用海事衛星電話通知岸上的救援隊，告訴他們我遇險的GPS座標，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星電話，生死攸關時通不上可就抓瞎了。但是，養一部海事衛星電話是很貴的，但為了關鍵時刻救命又不敢不養，很多漁民對此很糾結。   北斗二代在亞太地區佈網後，漁民有了一個新選擇，那就是裝北斗衛星船載終端，北斗的雙向簡訊功能在漁船救險方面得到了完美應用，遇到險情後一鍵求救，終端會自動把附帶著定位資訊的求救簡訊通過衛星發給岸上的救援隊，實現了GPS+海事衛星電話的功能，而且更加方便。   那這個終端貴嗎？政府大力推廣，將之列為安全機械裝置，享受農機補貼政策，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，後續再安裝的直接補貼九成，漁民只需要象徵性的出一成的錢就可以安裝。   海事衛星電話很貴，那北斗衛星簡訊貴不貴呢？答案是一條三毛！這是有史以來最便宜的衛星簡訊了，為啥這麼便宜，有政府補貼唄，其實根本就沒考慮成本，收費是象徵性的。本來有專家建議免費，但怕漁民們沒事就發段子，過於浪費衛星通道資源，乾脆就定一條三毛吧。   北斗衛星的簡訊功能非常受歡迎，根據浙江省2011年的統計，浙江漁民利用北斗衛星發簡訊1300萬條，其中船與船互通604萬條，船與手機互通696萬條。   漁業省份在岸上大建基於北斗二代的漁業資訊服務基礎設施，通過衛星給漁船傳送實時的天氣、海浪、赤潮、魚汛訊息，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資訊傳到岸上，提前聯絡好了賣家。     8、“兩客一危”與地基增強系統 “兩客一危”指的是從事道路班線客運、旅行包車、危險貨物運輸車，這些都必須安裝電子定位裝置，並將執行資訊及時接入到全國的聯網聯控系統中。在交通管理部門的監控大螢幕上，車輛的運動狀態一目瞭然，超速闖禁行等違規駕駛行為會自動報警，這是一項保護人民生命安全的法規。   “兩客一危”的範圍還在擴充套件，警車、公務車、校車也正在被納入到衛星定位監控系統之中，不僅僅是為了行車安全，還要監控公車私用，車輛行駛路線清清楚楚，資料妥妥地存在資料庫裡，由不得司機遮掩狡辯。   這種對特種車輛的衛星監控，以前要求使用GPS，現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，以前基於GPS的系統本來就能完成任務，現在為了推廣國產北斗就來硬的，這不是勞民傷財嗎？   這真不是功民傷財，而是有著長遠規劃的必要措施。中國正在籌劃搞北斗二代的地基增強系統，在路燈杆、訊號塔等地方架設北斗裝置，形成北斗的地基增強系統，與天基的衛星相互配合，可達到米級以下的實時定位精度。   北斗二代的天基系統和地基系統一旦成功結合，那大貨車就再也不敢長期佔用超車道了，而以前的GPS定位精度是10米，是無法區分車道的。給孩子戴的定位手錶會更加精準和靈敏，定位資訊不再是“在某地附近”，而是精確到孩子站在哪塊地板磚上。   地基增強系統是要與天基系統密切配合的，如果把這個遍及全國的國字號系統搭建在美國GPS的基礎之上，那萬一人家收費了呢？或者把底層資料遮蔽了，那我們就被會卡了脖子。我們已經有了完全自主產權的北斗二代，自家的地基增強系統當然要跟自家的北斗二代配對。    

 

9、形變監測與自動駕考 北斗二代的用途非常非常多，據統計有200多項，例如有一項就是形變監測，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。網友們一定會疑問，北斗與GPS的精度都是10米，咋能搞如此細緻的活計呢？這源於差分演算法技術。   任何測量都是會有誤差的，而把多次測量後的結果統計平均，就會有效地減少誤差。衛星定位的差分演算法也是這個道理，一次定位的精度是10米，但把成千上萬次的定位資料進行合併處理，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，測量的次數越多和時間越長則精度就越高，而建築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。把北斗裝置固定在建築特上面，令它自動地接收定位資訊，攢足了一個月的海量定位資料後進行差分計算，精度在毫米以下的定位資料就算出來了，這比人工測量方便和準確的多。   很多偏遠監測點是沒有手機訊號的，基於GPS的形變監測必須得人工採集，而使用北斗進行形變監測還有個好處就是資料可以直接通過北斗簡訊功能傳回基地，給它安個太陽能板就齊活了，定位、差分解算、資料回傳全部自動化。   在地面設施的配合下，北斗的實時定位精度已經遠遠高於GPS，現在已經達到了80公里/小時情況下2釐米的精度，這就給另一種業務提供了技術手段，那就是基於北斗二代系統的無考官駕考。   現在的倒車入庫等駕考專案已經有電子監控了，壓線就會報警，但路考還得有考官。以後的全部駕駛課目考試可能被北斗系統全面取代，在考試車上安裝北斗接收機，無論是倒庫還是路考，系統都會精確實時記錄車輛軌跡，並自動評分，會比考官更嚴格和公正。     10、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，於是出了國家自主智慧財產權的WAPI標準，試圖以此取代Wi-Fi。其實並不是只有中國這麼幹，韓國也推出了自己的技術標準並抵制Wi-Fi。   Wi- Fi技術簡潔便於推廣，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並不可靠。前陣子3.15晚會上有帶眼罩的網路安全人員現場表演了劫持觀眾手機資訊，媒體也經常刊登手機使用者接入免費Wi-Fi導致損失的報道，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，後來就低調放開了，行貨手機上也有了Wi-Fi，而WAPI並沒有推廣開，現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，而是採用免費或補助的方式來利誘，事實證明這招更加有效。例如漁船安裝北斗裝置，政府並不禁止漁民繼續使用GPS和海事衛星電話，而在給北斗裝置提供大量補助，衛星簡訊也只是象徵性地收費，明顯北斗方案更划算，漁民當然會裝北斗而棄用GPS和海事衛星電話。   北斗二代有200多項應用，需要全社會的高科技企業去研究開發，不斷提供更好的北斗產品，這樣才能把北斗產業做大做強。中國已經有了不少搞定位導航的高科技企業，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：歡迎各位繼續搞GPS的研究開發，政府絕不會限制和干擾，但如果搞北斗二代專案的話，會享受高科技企業的免稅政策，還會從某處得到支援資金。   北斗二代的技術體制與GPS差不多，由GPS轉向北斗並不難，政府劃下道了，企業老總都是人精，紛紛表態要改道搞北斗專案。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費，歡迎教授們來立項，教授們也紛紛表示要申請北斗科研專案，誰忒麼還傻乎乎地繼續研究GPS啊，美國政府又不給錢。   領導又說了，企業有資金裝置的優勢，高校有人材技術的優勢，不如強強聯手，把教授帶的研究生放在企業去做北斗科研，由企業出場地出裝置出資金，研究生搞出的成果除了供他們畢業拿學位，還可作為該企業的技術創新。企業老總和高校教授都覺得這個主意不錯，於是在政府牽線下紛紛結起了對子，領導管這個叫作北斗產業推廣聯盟。   政府推廣新產業的路子變了，不再像推WAPI那樣強行閹割Wi-Fi了，而是使用了利益槓桿，企業老總和高校教授都得了利，政府出面組建了產業聯盟也是政績，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，還有國際電信聯盟的支援，佔盡了天時地利人和，預計5000億的新產業正在浮出水面，北斗二代的前景非常樂觀。  

 

北斗的優勢： 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使用了這麼多年，軍隊官方都沒有統一裝備GPS的任何產品（當然，會有私自購買的，只是一小部分），因為戰時美國絕對不會讓你他的GPS，GPS訊號是可以加密或關閉的。在地理資訊如此重要的戰場，你只能靠自己。   三頻訊號。北斗使用的是三頻訊號，GPS使用的是雙頻訊號，這是北斗的後發優勢。雖然GPS從2010年5月28發射了第一顆三頻衛星，但等到GPS衛星全部老化報廢更換為三頻衛星還好幾年。這幾年就是北斗的優勢期。三頻訊號可以更好的消除高階電離層延遲影響，提高定位可靠性，增強資料預處理能力，大大提高模糊度的固定效率。而且如果一個頻率訊號出現問題，可使用傳統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訊號服務的衛星導航系統。   有源定位及無源定位。有源定位就是接收機自己需要發射資訊與衛星通訊，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顆衛星就可以完成定位，但需要資訊中心DEM（數字高程模型）資料庫支援並參與解算。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，不需要資訊中心參與解算，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星質量很差，數量較少時（理論上，無源定位至少要4顆衛星才能解算XYZ和時間四個未知引數，實際需要的更多），仍然可以定位。這個功能對於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。壞處是在戰爭中會暴露你的位置資訊。需要資訊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，以保證資訊中心不能過載。但是北斗一代不能民用的主要原因不是這個啊！北斗一代稱為北斗衛星實驗系統，北斗二代稱為北斗衛星導航系統，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，再進行後續改進，設計的初衷根本沒打算民用。就像是蘋果公司做個內部樣機，自己試用一下看看要怎麼改進。   短報文通訊服務。這個絕對是中國原創功能，並且非常實用。08年汶川地震的時候，震區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醜了，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！（說明：北斗不是唯一的通訊手段。）但是這個功能也是有容量限制的，所以並不適合作為日常通訊功能，而是作為緊急情況通訊比較合適。基於這個功能，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。這個功能有利於求救啊。國家大力宣傳此功能，可能基於以下兩個原因：第一，這個功能中國獨有。第二，宣傳其他功能大眾聽不懂。   境內監控。衛星定位系統一般由三部分組成：空間星座部分，地面監控部分和使用者接收機部分。其中，地面地面監控部分又由三大部分組成：監控站，主控站，注入站。GPS系統在全球建了5個監控站，1個主控站（ 炸燬北斗地面指揮中心北斗就失效了，所以得出結論戰爭時北斗無用；那我們炸燬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個注入站以保證衛星執行，這些站都設在美國國土上，並且在全球分佈很均勻。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鬆群島。中國沒法把監控站建到全球，所以中國在設計北斗系統時必須考慮到，地面監控部分只建在中國境內，就能夠保證整個系統的正常執行。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，境內監控是被逼出來的，沒有其他選項，但現在成了北斗的安全優勢，不用受制於其他國家。中國境外的首個陸地遙感衛星資料接收站“北極站”，將於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星跟蹤站。     分步開通。GPS必須整個系統建成後才能使用。目前北斗的14顆在軌衛星使用了5顆地球靜止軌道（GEO）衛星，5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星，4顆中高度圓軌道（MEO）衛星。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了整整三年，最後確定的這個方案不敢說沒有缺點，但絕對是所有方案裡最好的一個。   北斗衛星導航系統在這個創新的空間星座支援下，僅僅發射了16顆衛星，就於2012年12月27日在亞太地區正式開通執行。這有利於加快北斗的商用程序，有利於對後續的系統做進一步改進，有利於加快北斗產業鏈的成熟。2015年3月30日，首顆新一代北斗導航衛星由長征三號丙運載火箭在西昌衛星發射中心發射。該星的發射成功標誌著我國北斗衛星導航系統由區域執行向全球拓展的啟動實施。北斗全球系統試驗衛星工程I1-S星是第17顆北斗導航衛星，其將開展新導航訊號體制、星間鏈路等試驗驗證工作。中國北斗衛星導航系統總設計師楊長風31日對記者表示，2015年我國還將發射3到4顆北斗導航衛星，構成一個完整的試驗體系，北斗導航衛星再次進入密集發射期。 首顆新一代北斗導航衛星將實現技術突破，除了壽命由8年延長到10到12年外，在功能、效能上將有較大提升，可為全球使用者提供更高精度的衛星導航服務。下一代全球覆蓋導航衛星從效能指標上要比現在在軌執行的這個系統性能提高1到2倍，最高精度會達到2到3米。   區域性加強，逐步成熟。理論上GPS在全球的定位精度是相當的。北斗系統針對中國及其周邊地區是特別加強過的，在國內衛星的幾何條件比較好。單點定位的精度取決於兩個方面：一是觀測量精度，二是所觀測衛星的空間幾何分佈。導航中用精度衰減因子DOP來表示衛星空間圖形的貢獻，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）衛星數量增加。GPS設計使用21+3顆衛星，即21顆工作衛星，3顆備用衛星。目前GPS實際已經使用了32顆衛星，衛星數量越多，就會得到越多的冗餘資料，資料就越可靠，DOP值越小。北斗現在只有16顆，等北斗衛星的數量越來越多，也會得到更多觀測資料，精度提升是必然的了。   （2）改正模型優化。與訊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。用於改進電離層折射誤差延遲誤差的Klobuchar模型就是根據長時間氣象觀測資料，構造出電離層折射隨時間變化的經驗公式。說白了就是猜出來的，不過是有水平，有資料支援，聰明的猜，才出來後進行試驗驗證，好用就留著，不好用就繼續改。全球不同地區的電離層對流層都是不同的，這些公式是根據國外的觀測資料構造的，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資料，等待開發或優化更多的適合中國地區的改正模型。   （3）衛星軌道精度提高。衛星的實際執行軌道肯定與設計軌道有一定的差距。偽距定位的原理是：採用距離後方交會的方法確定接收機天線的三維座標。只有衛星軌道精度提高了定位精度才會高。衛星的軌道是通過監控站的觀測資料擬合出來的，觀測時間越久，累積的資料越多，擬合的軌道越精確。北斗缺少國外的觀測資料，所以軌道精度在亞太地區較高，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）衛星。GEO衛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，衛星只能在分配的範圍內移動，否則可能與其他衛星相撞，所以每隔一段時間就需要調整GEO衛星位置。目前調整北斗採用的是脈衝式，只能按整次數來調整衛星的位置，不能是零點幾次，所以可能出現多一次嫌多，少一次不足的情況。在後續發射的GEO衛星，調整衛星會改用連續式，想噴多少就噴多少，增強衛星控制能力與精度。一旦進行調整，之前的觀測資料就會作廢，需要重新累積資料。在調整衛星期間，那顆衛星處於失效狀態，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衛星數量比較少（5顆），定軌比其他兩種衛星容易一些，速度也比較快一些。其他兩種衛星不存在這種情況，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，受時精度優於20ns，目前在中國及周邊地區，北斗系統服務效能與GPS相當。”許院士講座時說，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的時候都沒想到，已經非常滿意了，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的，而GPS系統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，這是能實現的，但是不能脫離限制條件而談。衛星定位方法有很多種形式，如果按使用者衛星測量裝置在作業中的狀態，可分為靜態定位與動態定位，若按參考點的位置不同，可分為絕對定位和相對定位。差分技術是基於同步同軌性原理，使用已知點的基準站，計算出改正資訊，再發送給流動站，進而改正流動站的瞬時位置。這是針對動態測量的技術，把定位精度由10~40m提高到小於3m。精度達到mm級應該是靜態的長時間的優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＋較開闊環境下，也是可以穩定達到mm級的，甚至連動態也能達到這個精度。）具體解釋一下，靜態，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。優質觀測條件，就是要沒有電磁干擾，沒有高大建築遮擋，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，高穩定性，高品質的GPS接收機及其他附屬設施（儲存、處理資料等功能）。要滿足這些條件只能遠離城市，在有一定條件的農村，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，建設和執行成本都非常高，我們學校就有建這樣的觀測站，我們是不能進去看的，因為會干擾訊號，只能瞻仰下外觀了。北斗要這麼觀測，精度肯定也不是10m了，不要隨便道聽途說了一個數據就說比北斗強，請說明觀測條件！特別說明一下，GPS系統使用的是WGS-84座標系，北斗使用的是CGCS2000座標系，所以二者的數值不能直接進行比較，需要進行座標轉換，而座標轉換一般會帶來精度上的損失。精度是可以在各自座標系下直接比較的，不用進行座標轉換。   促進整個製造業的升級。   專家預測，到2015年，中國北斗相關產業規模將突破500億。 預計到2020年，僅北斗衛星導航市場將達到年產值4000億元人民幣，年複合增長率達到40%以上。”北斗很賺錢，國家給你創造機會了，這個錢要怎麼拿，就看各自的本事了。看看全國遍地開花的北斗產業園就知道機會多難得。整個系統國家只負責空間星座和地面監控部分，這兩部分耗資巨大，技術要求高，且具有唯一性，系統性能指標主要取決於這兩部分。   北斗系統的精度不夠高很大一部分的原因是中國的原子鐘不行。衛星導定位中，時間系統有著極其重要的意義，在由跟蹤站對衛星進行定軌時，要求衛星位置的誤差小於1cm時，相應的時刻誤差應小於2.6μs（1微秒=10 -6秒）；如果要求測量的距離誤差小於1cm時，則訊號傳播時間的測定誤差應小於0.03ns（ 1納秒=10 -9秒 ）。中國的原子鐘相對國外產品，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。為什麼不行？因為有一段時間原子鐘是可以從國外買的，相比起自己研製成本還不高，質量很好，國內直接放棄研製原子鐘了。等中國說要建導航系統，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製工作，暫停研製這幾年對中國的原子鐘發展多可惜，本來技術雖然不算先進，但也勉強跟上世界潮流，現在卻拉下一大截，如果中國一直堅持自己研製原子鐘，現在的北斗系統精度更高。要不是北斗系統，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，在2005年發射了第一顆實驗衛星， 2008年4月27日，發射第二顆實驗衛星，進度比最初的計劃推遲了整整五年，  2012年10月發射第3第4顆衛星。這四顆衛星組成網路，初步發揮地面精確定位的功能。 北斗的第一顆衛星在 2007年4月14日發射升空， 2012年10月25日第16顆北斗衛星發射，這是北斗區域網最後一顆衛星，北斗導航工程區域組網順利完成， 2013年12月27日正式釋出了《北斗系統公開服務效能規範（1.0版）》和《北斗系統空間訊號介面控制檔案（2.0版）》兩個系統檔案，這是北斗正式商用的標誌，所有的廠商都可以根據這兩個檔案來開發自己的產品。北斗與GALILEO在使用頻率上是有競爭關係的（有重疊）， “根據 “誰先使用誰先得”的國際法原則，中國在2009年發射三顆“北斗”二代衛星，正式啟用該頻率，而歐盟連預定的三顆實驗衛星都沒有射齊。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-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星導航系統認可的航行安全通函，標誌著北斗衛星導航系統正式成為全球無線電導航系統的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。北斗衛星導航系統成為繼全球定位系統（GPS）、格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）後的第三個全球衛星導航系統，服務世界航海使用者。　   北斗的問題： 國外監控站很少，優勢與劣勢並存的GEO衛星，星鐘的差距，等等。   上面沒提到的有： （1）衛星質量不高，壽命比較短。GPS衛星的壽命一般在8年，北斗衛星的壽命在5年左右，已發射的16顆衛星中，已有2顆老舊衛星失效。替換衛星的工作都是國家完成的，完全不影響使用者使用。   （2）芯片價格較高。這是由於晶片的生產特點決定的，晶片在研發階段投入非常大，一旦研製成功，後續的生產成本就比較低了。北斗剛投入使用，使用者還比較少，所以價格高，等到大規模生產的時候，成本就被攤薄。   （3）強制安裝北斗。這一條訊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是處於絕對壟斷地位的產品，卻鼓吹“北斗”去搞什麼所謂“市場競爭”，完全就是一種鬧劇。這種言論明顯背叛了市場經濟最基本的原則。”