衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠為人類提供精準(zhǔn)的時間坐標(biāo)和空間坐標(biāo)，它與能源、交通和通信一樣，是國家戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施。改革開放40年來，我國高度重視發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過自主創(chuàng)新大力發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使我國擺脫了對國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，掌握了時空基準(zhǔn)控制權(quán)、國際規(guī)則制定話語權(quán)，為國家安全和現(xiàn)代國防提供了戰(zhàn)略保障。

 

建成自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

 

早在上世紀(jì)60年代，美國專為軍隊研制的子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)就投入使用了，這個系統(tǒng)就是GPS全球定位系統(tǒng)的前身。雖然在定位精度上有明顯誤差，但它驗證了衛(wèi)星定位的可行性。

 

幾乎同時，中國也開始了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計，但由于種種原因，項目最終擱淺。

 

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是大國地位和綜合國力的重要標(biāo)志。1994年，美國完成GPS系統(tǒng)24顆衛(wèi)星全部星座布局。這一年，黨中央、國務(wù)院、中央軍委做出獨立自主研制北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重大戰(zhàn)略決策，中國開始了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制建設(shè)征程。

 

基于我國國情，北斗建設(shè)者創(chuàng)造性地提出“先區(qū)域、后全球，先有源、后無源”的建設(shè)思路，按照“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略推進，先建立雙星定位試驗系統(tǒng)，形成區(qū)域有源定位與導(dǎo)航服務(wù)能力；然后完成3種軌道10余顆衛(wèi)星發(fā)射，建成區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，形成區(qū)域無源服務(wù)能力，向亞太地區(qū)提供定位、導(dǎo)航、授時，以及短報文通信服務(wù)；最后建成由3顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成、覆蓋全球的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，形成全球無源服務(wù)能力。

 

如果將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比喻為一棵大樹，那么導(dǎo)航頻率資源就是它的根。中國工程院院士、衛(wèi)星導(dǎo)航定位總站高級工程師譚述森說，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)初始階段，頻率資源相對比較充沛，建設(shè)時間較早的GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)不存在頻率資源沖突問題。到了北斗系統(tǒng)開建時，發(fā)達國家?guī)缀鯇⑿l(wèi)星導(dǎo)航頻率瓜分殆盡，后發(fā)國家頻率資源爭奪戰(zhàn)愈演愈烈。北斗第一代科學(xué)家先后與幾十個國家開展了300多次艱苦談判，這才爭取到北斗系統(tǒng)發(fā)展所必需的寶貴頻率資源。

 

2007年4月14日，我國成功發(fā)射北斗試驗星。兩天后，也即4月16日，衛(wèi)星開始發(fā)送信號。至此，中國正式啟用北斗申報的頻率資源，標(biāo)志著我國自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進入新的發(fā)展建設(shè)階段。

 

核心技術(shù)不再受制于人

 

時間精度和位置精度是衛(wèi)星導(dǎo)航的核心。導(dǎo)航系統(tǒng)普遍運用原子鐘維持時間精度，原子鐘也因此被人們稱為導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”。

 

過去，世界上只有少數(shù)國家能夠制造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘。在建設(shè)北斗之前，我國也沒有這項能力。“進口鐘價格非常昂貴。不過，這還不是最大的問題。關(guān)鍵技術(shù)掌握在別人手里意味著北斗系統(tǒng)存在重大安全隱患。”專家告訴經(jīng)濟日報-中國經(jīng)濟網(wǎng)記者。

 

在北斗二號建設(shè)過程中，中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、航天科技集團空間技術(shù)研究院、航天科工集團二院203所等單位對星載銣原子鐘一系列關(guān)鍵技術(shù)展開攻關(guān)。當(dāng)時，多次深入科研一線的北斗系統(tǒng)總師、“兩彈一星”元勛孫家棟就堅定地表示：“我們自己的導(dǎo)航衛(wèi)星一定要用我們自己研制的原子鐘！”

 

2005年，航天科工集團二院203所交付了我國首批兩臺星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機，標(biāo)志著我國原子鐘自主化進程邁出了關(guān)鍵一步。2007年我國自主研制的星載銣原子鐘正式上天服役，北斗人用不到兩年的時間就打破了國外壟斷。

 

在剛剛建成的北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)中，我國采用了更高性能銣原子鐘。新一代銣原子鐘每天的頻率穩(wěn)定度較北斗二號區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)提高了10倍，達到世界先進水平。“星鐘精度的通俗指標(biāo)是10萬年差1秒，我們現(xiàn)在已經(jīng)達到300萬年差1秒的精度了。”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計師楊長風(fēng)說，這項新技術(shù)直接推動北斗三號衛(wèi)星的定位精度由10米跨越到后續(xù)全球系統(tǒng)米級分辨率。

 

衛(wèi)星的研制與發(fā)射只是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)研究中的一部分，要讓北斗系統(tǒng)真正發(fā)揮作用，導(dǎo)航芯片的開發(fā)研究至關(guān)重要。長期以來，芯片技術(shù)缺失嚴(yán)重制約了北斗的產(chǎn)業(yè)化進程。直到最近幾年，我國終于建立起完整的產(chǎn)業(yè)鏈，工藝產(chǎn)能也有了大幅提升，國產(chǎn)北斗芯片工藝由0.35微米提升到28納米，最低單片價格僅為6元，總體性能達到甚至優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。目前，國產(chǎn)北斗芯片累計銷量突破6500萬片，高精度OEM板和接收機天線已分別占據(jù)國內(nèi)市場30%和90%的份額。

 

從“天上好用”到“地上用好”

 

2016年5月18日，國家北斗地基增強系統(tǒng)正式投入運行。該系統(tǒng)通過在地面建立地基增強站，以定位算法獲得定位數(shù)據(jù)差分信息，再開展大范圍播發(fā)，可以幫助各類終端實現(xiàn)高精準(zhǔn)定位。目前，北斗地基增強系統(tǒng)基本系統(tǒng)的研制建設(shè)工作已經(jīng)完成，并進入試運行階段，具備為用戶提供廣域?qū)崟r米級、分米級、厘米級和后處理毫米級定位精度的能力。

 

基于北斗的高精度服務(wù)，北斗系統(tǒng)在我們的生活中幾乎“無所不能，無處不在”。數(shù)據(jù)顯示，截至2017年底，北斗已在公安、交通、漁業(yè)、電力、林業(yè)、減災(zāi)等行業(yè)得到廣泛使用，并服務(wù)于智慧城市建設(shè)和社會治理；建成全球最大的GNSS車聯(lián)網(wǎng)平臺；幫助公安出警時間縮短近20%，突發(fā)重大災(zāi)情上報時間縮短至1個小時內(nèi)，應(yīng)急救援響應(yīng)效率提升2倍；全國4萬余艘漁船安裝北斗，累計救助漁民超過1萬人。

 

依托移動通信、汽車制造、互聯(lián)網(wǎng)三大產(chǎn)業(yè)，北斗系統(tǒng)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，北斗系統(tǒng)已形成包括基礎(chǔ)產(chǎn)品、應(yīng)用終端、運行服務(wù)等較為完整的北斗產(chǎn)業(yè)體系，北斗高精度定位技術(shù)在未來城市、自動駕駛、智能手機、共享單車及無人機應(yīng)用等各領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。另據(jù)統(tǒng)計，北斗系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)進入70多個國家和地區(qū)，包括30多個“一帶一路”相關(guān)國家和地區(qū)。

 

“天上好用，地上用好。”中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其表示，我國計劃于2020年底建成世界一流的全球系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上加快構(gòu)建基于北斗的國家綜合定位、導(dǎo)航、授時體系。屆時，世界任何一個地方都能用上北斗提供的高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)了。