近日，北斗三號基本系統(tǒng)正式向全球提供基本導(dǎo)航服務(wù)，中國北斗距離全球組網(wǎng)的目標(biāo)邁出了實(shí)質(zhì)性的一步?！氨倍废到y(tǒng)已成為中國實(shí)施改革開放40年來取得的重要成就之一?！绷?xí)近平總書記在聯(lián)合國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會第十三屆大會的賀電中如此評價。
回首來路，不論是先驅(qū)者“燈塔計劃”的未果而終、雙星定位系統(tǒng)概念的提出，還是北斗一號系統(tǒng)從無到有，北斗二號系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)，再到北斗三號以昂揚(yáng)的姿態(tài)走向世界……穿越激蕩四十余年，北斗趟出了一條獨(dú)特的發(fā)展道路，在導(dǎo)航領(lǐng)域成就了一段波瀾壯闊的東方傳奇。
符合國情之路“先區(qū)域、后全球”的“三步走”戰(zhàn)略
在北斗工程誕生之前，我國曾在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域苦苦摸索，在理論探索和研制實(shí)踐方面都開展了卓有成效的工作。
立項于上世紀(jì)60年代末的“燈塔計劃”作為先驅(qū)者，雖然最終因技術(shù)方向轉(zhuǎn)型、財力有限等原因終止，卻如同黑夜中的一盞明燈，為我國積累了寶貴的工程經(jīng)驗。
1983年，以陳芳允院士為代表的專家學(xué)者提出了利用2顆地球同步軌道衛(wèi)星來測定地面和空中目標(biāo)的設(shè)想，通過大量理論和技術(shù)上的研究工作，雙星定位系統(tǒng)的概念逐步明晰。
接下來，北斗是一步跨到全球組網(wǎng)還是分階段走？當(dāng)時引發(fā)了爭議。最終，“先區(qū)域、后全球”的思路被確定下來，“三步走”的北斗之路由此鋪開。參與了技術(shù)路線討論的北斗一號衛(wèi)星總設(shè)計師范本堯院士后來評價說：“全球組網(wǎng)需要大量的時間和資金。當(dāng)時用戶還集中在國內(nèi)、周邊，因此‘先區(qū)域、后全球’的技術(shù)途徑更符合中國國情?！?/p>
作為解決“有無”問題的第一步，北斗一號需要花小錢辦大事，驗證系統(tǒng)設(shè)計思想的正確性。1993年初，我國提出衛(wèi)星總體方案，初步確定衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)和總體指標(biāo)，次年研制工作全面展開。北斗一號系統(tǒng)于2003年建成，使我國成為繼美、俄之后第3個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。
面對快速增長的應(yīng)用需求，北斗二號邁開了提升性能的第二步。早在1999年，我國在研制北斗一號的同時，就展開了對第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的論證。2004年北斗二號衛(wèi)星工程正式立項研制，隨后導(dǎo)航系統(tǒng)工程被列入我國16項國家重大專項工程。2012年12月27日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)，成為國際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大服務(wù)商之一。
站在前兩代星座的肩膀上，北斗第三步邁得無比自信。星間鏈路、全球搜救載荷、新一代原子鐘等新“神器”閃耀亮相，整體性能大幅提升……今日之北斗已經(jīng)夢想在握。
自主創(chuàng)新之路與國際先進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同臺競技
“‘巨人’對我們技術(shù)封鎖，不讓我們站在肩膀上，唯一的辦法，就是自己成為巨人。”北斗一號衛(wèi)星總指揮李祖洪說，“北斗的研制，是中國人自己干出來的?！?/p>
秉承“探索一代，研發(fā)一代，建設(shè)一代”的創(chuàng)新思路，中國北斗始終把發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在自己手中，以志不改、道不移的堅守拼下累累碩果。
北斗一號系統(tǒng)原創(chuàng)性地提出雙星定位方法，打破國外技術(shù)壟斷，建立了國際上首個基于雙星定位原理的區(qū)域有源衛(wèi)星定位系統(tǒng)。該星座的短報文服務(wù)在國際導(dǎo)航領(lǐng)域獨(dú)一無二，在汶川地震等國家重大事件中發(fā)揮了至關(guān)重要作用。短報文服務(wù)作為北斗的特色，在后續(xù)北斗衛(wèi)星中保留了下來，為許多國家開展導(dǎo)航衛(wèi)星研制提供了啟發(fā)。
北斗二號系統(tǒng)突破了區(qū)域混合導(dǎo)航星座構(gòu)建、高精度時空基準(zhǔn)建立的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了星載原子鐘國產(chǎn)化，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)混合星座區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后，其各項技術(shù)指標(biāo)均與國際先進(jìn)水平相當(dāng)。中共中央、國務(wù)院、中央軍委對北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成給予了高度評價，稱“該系統(tǒng)建成并投入使用，是國家和軍隊信息化建設(shè)的重要里程碑，是對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要貢獻(xiàn)”。
在北斗三號全球組網(wǎng)建設(shè)中，中國航天科技集團(tuán)五院(簡稱五院)率先提出國際上首個高中軌道星間鏈路混合型新體制，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的星間鏈路網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、自主定軌、時間同步等系統(tǒng)方案，填補(bǔ)國內(nèi)空白；研發(fā)國內(nèi)首個適于直接入軌一箭多星發(fā)射的“全桁架式衛(wèi)星平臺”，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星自主監(jiān)測和自主健康管理；實(shí)現(xiàn)了星載大功率微波開關(guān)、行波管放大器等關(guān)鍵國產(chǎn)化元器件和部組件成功應(yīng)用，打破核心器部件長期依賴進(jìn)口、受制于人的局面，為全球組批研制快速組網(wǎng)建設(shè)鋪平了道路。
作為國家影響力、威懾力的象征，北斗與國際先進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同臺競技，做到了“核心在手”，打破了美國GPS系統(tǒng)壟斷局面，增強(qiáng)了我國在國際導(dǎo)航領(lǐng)域的話語權(quán)和主動權(quán)。
共同“致富”之路項目群管理支撐衛(wèi)星組批生產(chǎn)和密集發(fā)射
“一枝獨(dú)秀不是春”，中國北斗始終具有國際視野和家國情懷。
在國家支持下，該工程牽引帶動了數(shù)百家單位、數(shù)萬人團(tuán)結(jié)協(xié)作，早已形成“全國一盤棋”的大格局。
在航天領(lǐng)域，五院緊密結(jié)合中國國情和航天系統(tǒng)研制實(shí)踐，創(chuàng)造性地提出了一套突破關(guān)鍵技術(shù)、形成系統(tǒng)集成、確保衛(wèi)星產(chǎn)品高質(zhì)量的項目群管理方法，全面支撐了衛(wèi)星組批生產(chǎn)和密集發(fā)射，已成為宇航產(chǎn)品工程的新路徑、新思路。
在學(xué)科發(fā)展領(lǐng)域，北斗系統(tǒng)的研發(fā)直接帶動了航天器總體設(shè)計、航天器動力學(xué)、航天器環(huán)境試驗技術(shù)、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航天器數(shù)字化設(shè)計等專業(yè)快速發(fā)展，促進(jìn)了導(dǎo)航星座時空基準(zhǔn)建立與維持、導(dǎo)航信號生成與傳輸、空間微放電機(jī)理與抑制、原子物理應(yīng)用等新興學(xué)科的建立。在北斗系統(tǒng)上使用星座可靠性分析、衛(wèi)星共位、大規(guī)模集成電路空間應(yīng)用、國產(chǎn)碳纖維等大量新技術(shù)，顯著促進(jìn)了我國結(jié)構(gòu)材料、微處理計算機(jī)、微波器件、電子技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科和工業(yè)的快速發(fā)展，提高了相關(guān)領(lǐng)域裝備的國產(chǎn)化水平，提升了科技產(chǎn)業(yè)對前沿技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)能力。
作為上游產(chǎn)業(yè)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)既牽引了原材料、元器件、制造工藝的發(fā)展，又促進(jìn)了下游基礎(chǔ)產(chǎn)品、導(dǎo)航終端用戶產(chǎn)品和運(yùn)營服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的形成，為建設(shè)下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系、推動國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位的位置服務(wù)已成為新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
區(qū)別：
信號不同：GPS使用的是雙頻信號，北斗使用的是三頻信號。
衛(wèi)星數(shù)量不同：GPS已經(jīng)使用了32顆衛(wèi)星，北斗現(xiàn)在只有16顆，。
通信方向不同：GPS是單向的，接收機(jī)只能接收位置信號，北斗是雙向的。
北斗對標(biāo)GPS，主要功能是定位，模塊是用來定位的硬件設(shè)備，作用可以簡單理解為電腦之于互聯(lián)網(wǎng)，是其構(gòu)成的基礎(chǔ)組件，作用主要有定位、導(dǎo)航、授時等。
GPS北斗定位模塊應(yīng)用
定位模塊一般都是支持北斗+GPS兩套定位系統(tǒng)的，定位模塊的作用更像是手機(jī)，接收來自基站的信息、可能打電話打短信，定位模塊的作用沒有手機(jī)那么全面，能捕獲跟蹤到衛(wèi)星的信號，通過計算得到經(jīng)緯度、時間等定位信息。
定位模塊安裝使用是終端用戶接觸不到的，市面上的定位模塊使用要配合軟件等，電腦自帶的串口一般是RS232，需要配232-485轉(zhuǎn)換器(工業(yè)環(huán)境建議使用有源帶隔離的轉(zhuǎn)換器)，轉(zhuǎn)換后RS485為A、B兩線，A接板上A端子，B接板上B端子，485屏蔽可以接GND。若設(shè)備比較多建議采用雙絞屏蔽線，采用鏈型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候的即時定位服務(wù)。該試驗系統(tǒng)于1994年正式立項，2000年發(fā)射2顆衛(wèi)星后即能夠工作，2003年又發(fā)射了一顆備份衛(wèi)星，試驗系統(tǒng)完成組建，該系統(tǒng)服務(wù)范圍為東經(jīng)70°－140°，北緯5°－55°。在衛(wèi)星的壽命到期后，系統(tǒng)已停止工作。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)也被稱作北斗一號，是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)較早投入使用的第一代試驗用系統(tǒng)，使用的是有源定位，由三顆定位衛(wèi)星（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備份衛(wèi)星）地面控制中心為主的地面部分以及用戶終端三部分組成。北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候的即時定位服務(wù)。校準(zhǔn)精度為20米，未校準(zhǔn)精度100米。
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理屬于有源定位，需要用戶終端主動發(fā)送信號，可靠性較差，最新的第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已采用了類似GPS的無源定位技術(shù)。即用戶至少接收4顆衛(wèi)星信號來定位。
當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用有源時間測距來定位時，用戶終端通過導(dǎo)航衛(wèi)星向地面控制中心發(fā)出一個申請定位的信號，之后地面控制中心發(fā)出測距信號，根據(jù)信號傳輸?shù)臅r間得到用戶與兩顆衛(wèi)星的距離。除了這些信息外，地面控制中心還有一個數(shù)據(jù)庫，為地球表面各點(diǎn)至地球球心的距離，當(dāng)認(rèn)定用戶也在此不均勻球面的表面時，三球交匯定位的條件已經(jīng)全部滿足，控制中心可以計算出用戶的位置，并將信息發(fā)送到用戶的終端。北斗的試驗系統(tǒng)完全基于此技術(shù)，而之后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了使用新的技術(shù)外，也保留了這項技術(shù)。
當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用無源時間測距技術(shù)時，用戶接收至少4顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的信號，根據(jù)時間信息可獲得距離信息，根據(jù)三球交匯的原理，用戶終端自行可以自行計算其空間位置。此即為GPS、GALILEO、GLONASS所使用的技術(shù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也使用了此技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全球的衛(wèi)星定位。
主要區(qū)別歸納起來：
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1、無源定位：用戶終端不向衛(wèi)星發(fā)射無線電信號，定位解算在用戶終端完成。無源定位速度相當(dāng)于有源定位要慢很多，冷啟動可長達(dá)數(shù)分鐘，定位精度高，通常水平定位精度可達(dá)到10米以內(nèi)，有速度數(shù)據(jù)。
GPS和北斗的區(qū)別有：
1、生產(chǎn)的國家不同：GPS是由美國海陸空三軍聯(lián)合研制的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；而北斗是由我國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。
2、衛(wèi)星的種類和數(shù)量不同：GPS和北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星的種類和數(shù)量會因為時間的不同而發(fā)生改變。
3、所使用的信號不同：GPS使用的雙頻信號；而北斗使用的是三頻信號。
4、精準(zhǔn)度不同：GPS和北斗會因為地區(qū)的不同，所定位的精準(zhǔn)度也會有所差別
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