了不起的北斗衛星導航系統

2020年6月23日，北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。7月31日，北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式在北京舉行。這一由我國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統，將為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。那么，北斗衛星導航系統的工作原理是什么呢？隨著北斗衛星的全球組網，北斗會為人們的生活帶來哪些便利？又將如何推動生產方式變革和商業模式創新？

用數學課本知識了解北斗導航的工作原理

當你打開手機上的導航軟件，你實際上是在使用導航衛星的定位功能。高中數學課本告訴我們，在一個立體直角坐標系中，任何一個點的位置都可以通過三個坐標數據X、Y、Z來確定。也就是說，只要能得到X、Y、Z三個坐標數據，就可以確定任何一點在空間中的位置。北斗衛星導航系統在太空中建立了一個衛星網絡，通過對衛星軌道分布的合理化設計，用戶在地球上任何一個位置都可以觀測到至少三顆導航衛星，我們稱為衛星A、衛星B和衛星C，而且在任何一具體時刻，衛星在空間中X、Y、Z坐標是確定的。衛星和你的手機分別有一個時間表。通過衛星A、衛星B和衛星C發出，以及手機接收到的導航信號時間差，乘以電磁波的傳播速度，可以測量出用戶與衛星A、B、C的距離。現在我們已經知道三顆衛星的空間位置，以及用戶到三顆衛星的距離，假設用戶的位置為Xu、Yu、Zu，這樣我們就得到了一個三元二次方程組，三個方程，三個未知數，即可解出用戶的坐標位置了。

70%以上中國智能手機已有北斗服務

“高大上”的北斗導航，已經不知不覺“飛入尋常百姓家”。在中國入網的智能手機里面，已經有70%以上的手機提供了北斗服務。

如果仔細留意，其實不難發現，天上的北斗不僅與手機相連，我們日常生活中的很多地方都有它相伴。當你還在為找不到共享單車或不確定哪里能停車而煩心時，北斗衛星提供的定位服務已經在幫你，為你發送位置信息。

未來，隨著北斗全球系統建成，“中國北斗”將進一步造福全球，也將更加廣泛而深刻地影響人們的生活。基于北斗的導航服務已被電子商務、移動智能終端制造、位置服務等廠商采用，廣泛進入中國大眾消費、共享經濟和民生領域，深刻改變著人們的生產生活方式。

在電子商務領域，國內多家電子商務企業的物流貨車及配送員，應用北斗車載終端和手環，實現了車、人、貨信息的實時調度。在智能穿戴領域，多款支持北斗系統的手表、手環等智能穿戴設備，以及學生卡、老人卡等特殊人群關愛產品不斷涌現，得到廣泛應用。

北斗系統經濟效益和社會效益顯著

北斗系統提供服務以來，已在交通運輸、農林漁業、水文監測、氣象測報、通信時統、電力調度、救災減災、公共安全等領域得到廣泛應用，產生了顯著的經濟效益和社會效益。

我國電網設備分布廣泛，許多電力設施都在無通信公網地區，電網公司一線員工在這些地區進行電網建設或者巡檢作業時，往往缺乏有效的通信手段與后方人員取得聯系。有了北斗衛星系統，電網公司的員工在無通信公網地區作業時，只需要攜帶一個小小的“短報文通信終端”，通過藍牙與手機相連后，就可以讓普通的手機具備發送北斗短報文的能力，將現場情況和位置信息發到后方人員的手機里。

在交通運輸方面，北斗系統廣泛應用于重點運輸過程監控、公路基礎設施安全監控、港口高精度實時定位調度監控等領域。截至2019年底，國內超過650萬輛營運車輛、3萬輛郵政和快遞車輛，36個中心城市約8萬輛公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施已應用北斗系統。

在農林漁業方面，基于北斗的農機作業監管平臺實現農機遠程管理與精準作業，服務農機設備超過5萬臺，精細農業產量提高5%，農機油耗節約10%。

● 知識鏈接

除了北斗，這些衛星導航系統你知道嗎？

● GPS全球定位系統

GPS全球定位系統由美國國防部研制，是利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，能做到全方位、全天候為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息。

GPS主要由空間部分、地面控制系統和用戶設備部分構成，能實現全球全天候定位，定位精度高，觀測時間短，測站間無需通視，儀器操作簡便，可提供全球統一的三維地心坐標。在實際生活中，GPS在道路工程、電子巡更、車輛導航和交通管理等方面運用廣泛。

● 伽利略衛星導航系統

伽利略衛星導航系統，是由歐盟研制和建立的全球衛星導航定位系統。該系統以17世紀意大利天文學家伽利略命名，擁有導航、定位、授時、搜索與救援等服務。另外，在飛機導航和著陸系統中的應用，鐵路安全運行調度、海上運輸系統、陸地車隊運輸調度、精準農業等方面也有突出功能。

● 格洛納斯衛星導航系統

俄羅斯全球導航衛星系統簡稱GLONASS，故稱格洛納斯衛星導航系統。相對于GPS系統，格洛納斯系統在定位用戶接收機方面改善了精度因子，提升了定位精度，同時避免了地形遮蔽的影響。除此之外，在整體性和妥善性方面也有所增強。格洛納斯系統也在越來越多的領域應用，如精確農業、無人機導航、GIS測繪、個人定位、車載定位與導航、船舶海航等。

● 印度區域導航衛星系統

印度區域導航衛星系統（IRNSS）是一個由印度太空研究組織（ISRO）發展的自由區域型衛星導航系統。2013年7月1日，印度成功發射了首顆導航衛星。和美國的GPS系統類似，將來印度的IRNSS系統也將兼顧民用和軍事用途，它會提供兩種類型的服務，即標準服務和限制服務。標準服務將向所有用戶公開提供定位和導航服務，而限制服務則是針對特定用戶的加密服務。