十問(wèn)北斗 指引蒼穹

桑尼

一問(wèn)：為什么中國(guó)要建“北斗”？

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“斯普特尼克一號(hào)”。1958年2月1日，美國(guó)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號(hào)”。1989年2月4日，第一顆GPS衛(wèi)星發(fā)射成功，GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。

GPS系統(tǒng)分為軍用和民用兩種定位模式，其中民用方式向全球開(kāi)放，對(duì)人們生活品質(zhì)的提升相當(dāng)大，例如汽車和手機(jī)導(dǎo)航就非常重要，人們告別了在紙制地圖上找路的歷史。 GPS對(duì)于探險(xiǎn)航海就更重要了，關(guān)鍵時(shí)刻可以救命。這么好的東西，美國(guó)又投入了巨資，居然向全世界免費(fèi)，難道美國(guó)政府是活雷鋒？

中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其表示，長(zhǎng)久以來(lái)，美國(guó)GPS系統(tǒng)都占據(jù)著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“霸主”地位。只要美國(guó)一不開(kāi)心，就可以隨時(shí)關(guān)閉GPS，對(duì)全球任何一個(gè)依賴于現(xiàn)代科技的國(guó)家來(lái)說(shuō)都是“致命性”的打擊。所以，必須要發(fā)展本國(guó)的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

二問(wèn)：目前世界上有哪些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)？

目前，只有美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)、歐盟先后建立了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS）是現(xiàn)在世界上四個(gè)成熟的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一。其他三個(gè)分別是：美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）和歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GALILEO）。日本、印度也建有區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

三問(wèn)：北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有幾顆衛(wèi)星組網(wǎng)？

北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星、3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星，共30顆衛(wèi)星組成。這種混合星座設(shè)計(jì)是北斗系統(tǒng)獨(dú)有的，服務(wù)精度進(jìn)一步提高，與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力更強(qiáng)，尤其低緯度地區(qū)性能特點(diǎn)更為明顯。

四問(wèn)：北斗衛(wèi)星走過(guò)了怎樣的星路歷程？

從北斗一號(hào)系統(tǒng)開(kāi)始建設(shè)，我們已經(jīng)走過(guò)了26年，三代北斗已經(jīng)在軌20年。

1994年，開(kāi)始啟動(dòng)北斗一號(hào)系統(tǒng)建設(shè)。

2000年10月31日，第一顆北斗一號(hào)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航衛(wèi)星升空。與此同時(shí)，北斗一號(hào)衛(wèi)星開(kāi)始提供公共服務(wù)，北斗一號(hào)巧妙設(shè)計(jì)了雙向短報(bào)文通信功能，這種通導(dǎo)一體化的設(shè)計(jì)，是北斗的獨(dú)創(chuàng)。

2004年，開(kāi)始建設(shè)北斗二號(hào)系統(tǒng)。北斗二號(hào)系統(tǒng)一共擁有14顆衛(wèi)星，2007年4月14日北斗實(shí)用衛(wèi)星首次發(fā)射，2012年完成北斗二號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)，北斗二號(hào)創(chuàng)新性構(gòu)建了5GEO+5IGSO+4MEO的中高軌混合星座架構(gòu)。

2009年，正式啟動(dòng)北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)。

2017年11月5日19時(shí)45分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭，以“一箭雙星”方式成功發(fā)射兩顆北斗三號(hào)衛(wèi)星，這也是北斗三號(hào)衛(wèi)星的首次發(fā)射。“未來(lái)，通過(guò)一箭雙星或者多星模式發(fā)射衛(wèi)星將是常態(tài)。”航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征三號(hào)甲系列火箭副總設(shè)計(jì)師葉成敏表示。

2018年前后發(fā)射18顆北斗三號(hào)衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國(guó)家。

2019年共發(fā)射北斗三號(hào)10箭19星。

2020年6月23日，北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空。“截至當(dāng)前，所有的北斗衛(wèi)星均從這里飛向太空，成功率達(dá)到100%。”西昌衛(wèi)星發(fā)射中心人力資源部主任林玉南表示。

五問(wèn)：北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在？

與北斗二號(hào)相比，北斗三號(hào)衛(wèi)星增加了性能更優(yōu)、與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容性更好的B1C信號(hào)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提供了星基增強(qiáng)服務(wù)（SBAS）及搜索救援服務(wù)（SAR）。同時(shí)，還采用了更高性能的銣原子鐘和氫原子鐘，銣原子鐘天穩(wěn)定度為E-14量級(jí)，氫原子鐘天穩(wěn)定度為E-15量級(jí)。

不僅僅是信號(hào)能夠覆蓋全球，而且任何國(guó)家都可享受北斗帶來(lái)的便利，更重要的是，其擁有許多GPS無(wú)法完成的功能，例如接收系統(tǒng)主動(dòng)發(fā)射信號(hào)給衛(wèi)星等。此外，北斗還采用了比GPS的二頻信號(hào)更為先進(jìn)、高級(jí)的三頻信號(hào)，這也讓目前除了美國(guó)GPS之外，各國(guó)又多了一個(gè)新的選擇。

六問(wèn)：北斗衛(wèi)星是怎么找到你的？

作為中國(guó)版的GPS，這套系統(tǒng)的定位精度可以從“某地附近”變?yōu)椤澳骋粔K磚”，北斗它是怎么做到的？需要多少顆這樣的衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)？

首先你需要一個(gè)接收衛(wèi)星信號(hào)的設(shè)備，例如安裝了接收器的手表，收到信號(hào)后以你跟衛(wèi)星的距離為半徑畫一個(gè)球，你的位置一定就在這個(gè)球體表面上的某一個(gè)點(diǎn)上，接著用同樣的方法，利用第二顆衛(wèi)星的信號(hào)得到第二個(gè)球體，你位置的范圍會(huì)縮小到兩球相交的平面上。這時(shí)只要再有一個(gè)這樣的球體，你的位置范圍就會(huì)進(jìn)一步縮小在兩個(gè)點(diǎn)上，排除太空中的那個(gè)點(diǎn)，你的位置就能被確定。

如何知道你跟衛(wèi)星的距離，計(jì)算的關(guān)鍵在于信號(hào)傳播速度和傳播時(shí)間，理論上衛(wèi)星信號(hào)的傳播速度與光速相同，傳播時(shí)間是你的手表接收信號(hào)的時(shí)間減去衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)的時(shí)間，現(xiàn)在用光速乘以時(shí)間差（L=V * （T1 - T2））就能得到你與該衛(wèi)星的距離，可這只是理論上而言，現(xiàn)實(shí)情況中由于傳播距離上信號(hào)傳播速度會(huì)受到大氣密度等因素的影響，導(dǎo)致不穩(wěn)定，衛(wèi)星用的原子鐘和你的手表也不一樣，時(shí)間會(huì)有誤差。

因此除了之前提到的三顆衛(wèi)星外，還至少需要第四顆衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)來(lái)修正距離計(jì)算中的誤差，且接收到的衛(wèi)星信號(hào)越多，計(jì)算出的位置信息就越精確。

七問(wèn)：北斗發(fā)射與國(guó)際電信聯(lián)盟的關(guān)系？

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在發(fā)射的時(shí)候，有一個(gè)先決條件，必須要有國(guó)際電聯(lián)（ITU）規(guī)定的這樣一個(gè)頻段，相當(dāng)于頻率的使用權(quán)利，這是國(guó)際電聯(lián)規(guī)定的。ITU負(fù)責(zé)接收各國(guó)的衛(wèi)星軌道和頻率的申請(qǐng)，并進(jìn)行備案和審批。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程總設(shè)計(jì)師楊長(zhǎng)風(fēng)回顧：“2000年，我們向國(guó)際電聯(lián)無(wú)線電管理委員會(huì)申請(qǐng)了這樣一個(gè)頻率以后，規(guī)定在申請(qǐng)之日起，7年內(nèi)申請(qǐng)方的系統(tǒng)必須開(kāi)始使用，這意味著，我們必須在2007年發(fā)射我們的北斗衛(wèi)星，否則，頻率的資源就沒(méi)有了。”2007年4月，一切準(zhǔn)備就緒，火箭在塔架上蓄勢(shì)待發(fā)，然而，最后一輪檢查時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)“應(yīng)答機(jī)”出現(xiàn)了問(wèn)題，連夜驅(qū)車送到成都完成修復(fù)工作。4月14日，衛(wèi)星發(fā)射升空，信號(hào)接收正常。

20多年前中國(guó)政府選拔了一名優(yōu)秀的通信專業(yè)人士到國(guó)際電信聯(lián)盟工作，他數(shù)十年如一日地勤懇工作，業(yè)績(jī)斐然受人尊重，并在新一屆選舉中成功地當(dāng)選了國(guó)際電信聯(lián)盟秘書長(zhǎng)，他就是趙厚麟。“北斗系統(tǒng)在其發(fā)展過(guò)程中也采用了最新的技術(shù)，國(guó)際電聯(lián)今年最終將確認(rèn)5G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，那么在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)北斗系統(tǒng)一直跟蹤世界最新的通訊技術(shù)，在這個(gè)方面，我非常贊同北斗系統(tǒng)專家們的國(guó)際眼光，瞄準(zhǔn)前沿，大家一起和相關(guān)領(lǐng)域的專家密切合作，使得咱們北斗系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性，能夠在市場(chǎng)保持一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)力。”

八問(wèn)：北斗和5G融合，將帶來(lái)哪些新業(yè)態(tài)？

“北斗提供全球服務(wù)以后，各行各業(yè)應(yīng)用北斗的信心倍增，全面布局北斗產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，隨著5G商用時(shí)代的到來(lái)，北斗正在與新一代通信、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)加速融合。”中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其在發(fā)布會(huì)上作出如上表述。

今冬疫情來(lái)襲，北斗率先投入戰(zhàn)疫，在武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)中，北斗高精度定位設(shè)備火速馳援，確保工地大部分放線測(cè)量一次完成，實(shí)現(xiàn)高精度定位、精確標(biāo)繪，向世界展示實(shí)現(xiàn)了“十天建成一所醫(yī)院”的偉大壯舉。

5月27日，5G和北斗齊上陣為珠峰“新高度”測(cè)量“神助攻”。GNSS衛(wèi)星測(cè)量不再依賴GPS系統(tǒng)，首次用上了我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。全球海拔最高的5G基站實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)對(duì)珠峰北坡登山線路及峰頂?shù)娜娓采w，億萬(wàn)觀眾通過(guò)5G高清直播共同見(jiàn)證這一極限挑戰(zhàn)時(shí)刻。

在冬奧會(huì)首鋼園區(qū)內(nèi)，基于北斗的高精度定位技術(shù)已展開(kāi)應(yīng)用。無(wú)人駕駛中型巴士、無(wú)人駕駛大型清掃車、無(wú)人駕駛共享轎車等多種自動(dòng)駕駛車輛都是基于北斗提供的厘米級(jí)高精定位服務(wù)以及5G園區(qū)的建設(shè)。即將來(lái)臨的2022年冬奧會(huì)，“北斗+5G”的技術(shù)也將被運(yùn)用到奧運(yùn)賽事中。

“北斗+高鐵”京張智能高鐵；“北斗+港口”深圳媽灣港區(qū)，一個(gè)個(gè)“北斗+”正加速走來(lái)，“北斗+5G”有望在機(jī)場(chǎng)調(diào)度、機(jī)器人巡檢、無(wú)人機(jī)、建筑監(jiān)測(cè)、車輛監(jiān)控、物流管理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。中國(guó)工程院院士、武漢大學(xué)教授劉經(jīng)南認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)“北斗+5G”融合和相互賦能，能產(chǎn)生顛覆性的技術(shù)，未來(lái)應(yīng)用有極大的想象空間，將催生更多的新技術(shù)、新需求與新業(yè)態(tài)。

九問(wèn)：當(dāng)廣電遇上北斗，會(huì)碰撞出什么樣的火花？

在廣播電視系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間占有重要的位置，是安全播出的前提條件。之前，廣播電視中心常利用GPS授時(shí)來(lái)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，GPS授時(shí)存在手段單一，我國(guó)沒(méi)有自主控制權(quán)。目前，基于北斗衛(wèi)星的廣播電視授時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)展開(kāi)應(yīng)用，通過(guò)北斗衛(wèi)星獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)全臺(tái)時(shí)間同步，此項(xiàng)應(yīng)用對(duì)改變國(guó)外衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)壟斷我國(guó)市場(chǎng)的狀況，保證我國(guó)信息安全，具有重要意義。北斗授時(shí)系統(tǒng)接收北斗衛(wèi)星授時(shí)時(shí)間信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)UTC時(shí)間信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，為制作播出網(wǎng)絡(luò)提供精確、標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠和多功能的ntp校時(shí)服務(wù)。

直播衛(wèi)星作為廣電的重大惠民工程，得到政府的大力推廣。具備北斗定位功能的新一代“戶戶通”（也稱“第四代‘戶戶通”）已成為當(dāng)下行業(yè)最新熱門話題，4月27日，第四代北斗“戶戶通”成功上線62套標(biāo)清節(jié)目和47套廣播節(jié)目。直播衛(wèi)星高清時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，5月9日，國(guó)家廣播電視總局副局長(zhǎng)朱詠雷出席全國(guó)廣播電視直播衛(wèi)星平臺(tái)高清節(jié)目同播工作部署電視電話會(huì)議。他指示，今年6月底前，中央廣播電視總臺(tái)、中國(guó)教育電視臺(tái)和具備條件的省級(jí)衛(wèi)視高清頻道，作為第一批頻道通過(guò)直播衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高清同播，推動(dòng)直播衛(wèi)星平臺(tái)高清節(jié)目同播相關(guān)工作內(nèi)容已納入“十四五”發(fā)展規(guī)劃。

十問(wèn)：6月23日北斗三號(hào)最后一顆衛(wèi)星發(fā)射實(shí)況直播團(tuán)隊(duì)？

與發(fā)射場(chǎng)的震撼場(chǎng)景、指揮大廳的擁抱掌聲相比，負(fù)責(zé)此次衛(wèi)星和火箭發(fā)射電視直播任務(wù)的轉(zhuǎn)播車內(nèi)略顯平靜，伴隨著各種設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)聲，各工種技術(shù)人員目不轉(zhuǎn)睛的盯著屏幕，他們是北斗三號(hào)的幕后英雄。

按照中宣部對(duì)此次衛(wèi)星發(fā)射宣傳報(bào)道工作的統(tǒng)一部署，由央視和川臺(tái)共同承擔(dān)本次衛(wèi)星發(fā)射的電視直播技術(shù)保障任務(wù)。在接到任務(wù)后，川臺(tái)抽調(diào)10名技術(shù)骨干和一輛高清轉(zhuǎn)播車、一輛高清衛(wèi)星車組成了一支精干的轉(zhuǎn)播技術(shù)團(tuán)隊(duì)。5月29日，直播團(tuán)隊(duì)奔赴西昌衛(wèi)星發(fā)射中心進(jìn)行先期踩點(diǎn)。6月5日，技術(shù)團(tuán)隊(duì)到達(dá)西昌后，全體人員通過(guò)了嚴(yán)格的政治審查和核酸檢測(cè)。6月7日，進(jìn)駐基地進(jìn)行了為期10天的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)搭建和全系統(tǒng)技術(shù)測(cè)試工作。

轉(zhuǎn)播車切換系統(tǒng)一共要接入23路各類攝像機(jī)、2路多視窗畫面和1路EVS精彩回放，共計(jì)26路信號(hào)。配合央視制作團(tuán)隊(duì)解決了外場(chǎng)多機(jī)位視音頻信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸、發(fā)射塔架12個(gè)工業(yè)鏡頭切換、2視窗/4視窗同步呈現(xiàn)及訊源調(diào)度、火箭發(fā)射時(shí)聲畫同步、各點(diǎn)位與轉(zhuǎn)播車之間通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全基地覆蓋、外場(chǎng)接入信號(hào)低電位差消除等一系列技術(shù)難題。

高清衛(wèi)星車將加密后的公共信號(hào)通過(guò)亞洲5號(hào)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，傳送到央視播出部，保障了央視新聞?lì)l道、國(guó)際頻道、軍事頻道和新媒體平臺(tái)的直播需求，向全球電視觀眾完美呈現(xiàn)了此次衛(wèi)星發(fā)射的盛況。

二十年，北斗從無(wú)到有；二十年，北斗人霜染兩鬢。中國(guó)航天人，辛苦了！抬頭望見(jiàn)北斗星，蒼穹鑄就中國(guó)夢(mèng)。北斗指引，世界盡收眼底。B&P