北斗技术创新

元元

破解星载原子钟、导航芯片、星间链路等“不可能”是不可能的。在攻克160多项核心关键技术和世界级难题，500多项核心部件国产化研制取得突破后，中国北斗闪耀着三种轨道混合星座、短报文通信等独特的中国智慧火花。

北斗卫星导航系统是我国规模最大、覆盖面最广、性能要求最高、与人民生活关系最密切的庞大复杂空间系统。

2035年左右，建成以北斗系统为核心的更加无处不在、集成化、智能化的国家综合定位导航授时系统。

中国完全靠自己的力量建成北斗系统，建成后主动向世界开放。

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成开通仪式在人民大会堂举行。这意味着中国自建、独立运营的全球卫星导航系统全面建成并开放，中国北斗进入高质量全球服务、造福人类的新时代。

从创造性地提出“双星定位”概念，绘制“三步走”发展蓝图，到在卫星导航频段即将到期的最后时刻完成首次卫星发射，拿到进入全球卫星导航系统俱乐部的“入场券”，再到两年多高密度发射18箭30星，完成全球组网，创造世界卫星导航系统组网发射新纪录...26年来，几代北斗人持续奋斗，数十万建设者汇聚一堂。

北斗全球服务信号在看不见的时间传播空。整个世界繁星点点，全世界人民的手指和人生旅程，真正有了“中国北斗”的指引和陪伴。

为建立全球卫星导航系统提供了新的范例。

由于起步晚，基础薄弱，中国独立建设世界一流的卫星导航系统一度被西方国家认为是不可能完成的任务。

20世纪90年代，美国的GPS和俄国的GLONASS已经完成全球联网，牢牢占据先发优势，实现了“一步建成世界”。此时国际形势复杂多变，使我国越来越意识到拥有自己的卫星导航系统对维护国家安全、促进经济社会发展是多么重要。

在建设之初，有人曾问:美国的GPS和俄国的GLONASS树立了一个好榜样。北斗系统模仿复制不是很简单吗？然而，这显然不是一个开卷命题。当时的国情要求中国走一条不寻常的道路。

中国北斗人探索出了符合中国国情的“三步走”战略，走出了一条从无到有、从优到优、从主动到被动、从区域到全球的中国特色发展道路。也为世界卫星导航贡献了新的发展路径。

1983年，“两弹一星”的创始人、“863计划”的发起人之一陈芳允院士创造性地提出了“双星定位”的概念。这个方案可以用最小的星座、最少的投入、最短的周期实现“从无到有”。

之后，“两弹一星”元老、北斗系统工程首任总设计师孙家栋院士进一步组织研究，提出了“三步走”发展战略，决定先建设试验系统，再建设区域系统，最后建设全球系统。

北斗一号测试系统于2000年完成，使中国成为世界上第三个拥有自己卫星导航系统的国家。2012年，北斗二号区域系统建成，服务亚太地区。2020年，建成北斗三号全球系统，开通全球服务。

北斗系统用了20多年的时间完成了其他全球卫星导航系统40多年的发展，成为继美国GPS和俄国GLONASS之后的第三个全球卫星导航系统，处于世界先进水平。

与其他采用单轨道星座的全球卫星导航系统相比，北斗系统独树一帜，选择了混合星座的特色发展道路。北斗二号系统充分继承了北斗一号系统利用静止轨道卫星实现区域导航定位的成功经验，在国际上首创了以静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星为骨干、中圆轨道卫星为辅的混合星座。北斗系统高级顾问、该项目原副总设计师李祖宏表示，对于区域卫星导航系统来说，这种“混搭”组合可以用最少的卫星数量达到最佳的覆盖效果，已经得到国际认可。

北斗三号系统继承和发展了“混合星座”，创造性地实现和应用了全星座“星间链路”新概念，构建了由中圆轨道24颗卫星、地球静止轨道3颗卫星和倾斜地球同步轨道3颗卫星组成的全球卫星导航系统，为全球卫星导航系统建设提供了新范式。

强大的核心竞争力在于自主创新。

关键核心技术是花钱买不来的，自主创新的过程注定是艰苦的。在20多年的建设过程中，面对没有自己的原子钟和导航芯片、全球建站困难等条件下实现全球服务等难题，北斗人走出了一条自主创新、追求极致的发展道路。关键技术是用钱买不来的，自主创新的过程注定是艰辛的。在20多年的建设历程中，面对没有自己的原子钟和导航芯片实现全球服务的困难，建设全球站的困难，北斗人走出了一条自主创新、追求完美的发展道路。

北斗一号系统解决了导航卫星最基本的问题，如太阳能电池板供电和配电，实现了核心产品的国产化。

北斗二号系统在国际上率先提出首个高中轨道混合星座系统，攻克了以高精度星载原子钟为代表的多项关键技术。

北斗三号系统攻克了星间链路、自主定轨等具有自主知识产权的关键技术。，建立了从研究、验证到应用的国产元器件工作体系，实现了单颗北斗导航卫星和关键元器件100%国产化率。

可以说，北斗系统的核心竞争力在于强大的自主创新系统能力和国家系统优势，在创新中发展和提高。

——克服没有“时钟”的陷阱。

星载原子钟是导航卫星的“心脏”，其性能对系统定位和授时精度起着决定性的作用。

北斗二号系统建设之初，国内星载原子钟技术薄弱，世界上只有少数国家有能力研制高性能星载原子钟，而进口存在诸多困难和不确定性。为了尽快“让中国的北斗用上最好的时钟”，项目整体组织相关科研单位和企业，成立了三个RD团队同步攻关。最终三个团队全部成功，自主研发的星载原子钟达到国际先进水平。

北斗二号系统首颗卫星搭载全国产星上原子钟，“双钟”互为备份，卫星可靠性和在轨寿命大幅提升。

——消除缺“芯”之忧。

缺乏“中国芯”一直是困扰中国高科技领域的“心病”。对于北斗系统的应用和产业化来说，拥有国产芯片，保证应用安全，获得产业发展的主动权，非常重要。

中国卫星导航系统管理办公室组织国内40余家单位创新管理模式，打破中标项目终身制，通过实物对比和产业评估，形成“RD一代、示范一代、应用一代”的良性发展局面，成功研制出体积更小、功耗更低、精度更高的组合导航定位芯片。北斗有自己的“中国芯”。

如今，国产北斗芯片技术已达到世界先进水平，性价比与国际主流产品相当。国产北斗导航芯片出货量已过亿，年出货量近5000万片，在物联网、消费电子等领域得到广泛应用。

——破解布“站”的难度。

按照传统的全球卫星导航系统的建设和运行模式，需要在世界各地建立均匀分布的地面站。为了解决北斗系统的海外建站问题，北斗系统首创了星间链路，创造性地提出了高效的解决方案。

通过星间链路，将所有在轨北斗卫星连成一个大网，可以相互通信和测距，可以自动“保持队形”，不仅缩小了地面站规模，减轻了地面管理和维护的压力，还大大提高了卫星的定位精度。凭借这一“绝活”，中国北斗实现了全球服务能力，性能达到世界一流水平。

据了解，2035年前，我国将建成更加泛在、融合、智能的国家综合定位导航授时系统，建成覆盖天空空的时间空信息服务基础设施，具有统一基准、高精度、高安全性、高智能、高灵活性、高效率，为未来智能化、无人化发展提供核心支撑。

北斗+让生活更便捷。

全球定位精度优于10米，授时精度优于20纳秒；与其他卫星导航系统相比，北斗系统可以提供全球定位导航授时服务、全球短报文通信、区域短报文通信、星基增强、国际搜救、精确单点定位、地面增强等功能，能够更好地满足用户的多样化需求。

如今，北斗三号系统已成为世界上第一个多功能全球卫星导航系统。这种多功能的一体化设计有利于获得差异化的竞争优势。

从功能上看，北斗系统有有源和无源两种系统。用户不仅可以知道我在哪里，还可以告诉别人我在哪里，在做什么。

北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风说:“比如遇到突发地震、海上遇险等情况，在其他通信手段失效的情况下，北斗短报文通信可以成为传递遇险信息、挽救生命的最后一道保险。”

目前北斗三号系统的短报文，单个长度为1000个汉字。与北斗二号系统相比，通信能力大幅提升。

“天上好用，地上好用”，作为国家重大基础设施，北斗系统已经应用到各行各业。它像水和电一样，进入了千家万户，无处不在，触手可及。

北斗系统已全面服务于交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等行业，融入电力、金融、通信等基础设施，广泛进入大众消费、共享经济、民生等领域，深刻改变着人们的生产生活方式，产生了显著的经济效益和社会效益。据统计，近10年来，我国卫星导航与位置服务业总产值年均增长20%以上，2019年达到3450亿元，2020年有望突破4000亿元。

交通是北斗应用的主要领域之一。目前，我国已有约700万辆运营车辆安装了北斗终端，建成了世界上最大的运营车辆动态监控系统。北斗正在铁路运输、内河航运、海洋导航、海运空交通运输、交通基础设施建设管理等方面深入推进，提升我国综合运输管理效率和运输安全水平。北斗系统的大规模应用，使近年来我国道路运输重特大事故发生率和死亡率下降了50%左右。

目前，我国已建成集芯片、板卡、终端、运营服务于一体的完整北斗产业链，推进国家重点行业和关键领域标准使用，扩大大众消费领域规模化应用。据统计，我国80%以上联网的智能手机支持北斗功能。

今年，在新冠肺炎疫情中，北斗高精度定位设备抢建武汉火神山、雷神山医院，确保施工现场大部分放线测量一次性完成，为医院快速建设赢得了宝贵时间；北京、湖北的北斗植保无人机广泛应用于区域消毒防疫。1架无人机单次喷洒面积可达5000平方米，可深入防疫车辆无法到达的死角；在全国范围内，数十万台北码头进入物流业；“北斗+”信息产品可以准确定位感染者的活动轨迹，为疫情防控提供关键数据支撑。

与世界共享“中国北斗”

北斗始终坚持“中国北斗、世界北斗、一流北斗”的发展理念。中国愿与世界其他国家共享北斗系统建设发展成果，共同推动全球卫星导航蓬勃发展。

2020年6月，北斗三号系统星座部署完成后，联合国外交部空专门发来视频，祝贺北斗系统完成全球组网部署，肯定北斗系统正在推动全球经济社会发展，赞赏北斗系统在和平利用外台空及参与联合国空活动国际合作中的巨大贡献。

随着北斗三号系统的正式开通，从国内到国外，从区域到全球，北斗服务已经被更多的国家和人民共享。

2013年，缅甸农业使用了500多台高精度北斗终端。这是北斗高精度产品首次批量应用于东南亚国家的农业数据采集和精细土地管理。

2015年，基于北斗系统的高精度接收机应用于科威特国家银行总部300米高的摩天大楼施工中，实现了施工过程中垂直方向的毫米级测量误差。这是北斗在海外首次应用于高层建筑监控。

2018年，北斗系统走进新加坡，基于北斗高精度的静音打桩系统可进行桩点精准管理，根据导航提示快速找到钻点位置，每个打桩点精度可达厘米级，同时大幅提高钻机钻孔速度。2018年，北斗系统进入新加坡。基于北斗的高精度静音打桩系统，可以对桩点进行精准管理，根据导航提示快速找到钻孔点的位置。每个打桩点的精度可以达到厘米级，钻机的钻进速度可以大大提高。

2019年，北斗系统进入柬埔寨，为柬埔寨政府部门的综合规划、土地整理监测、基础设施建设、生态环境监测等提供更加完整的基础信息。高精服务已经成为政府基础设施建设不可或缺的技术手段。

北斗系统进入老挝，为国家土地确权工程放样、地形测绘等各种控制测量提供了新的方法和手段，逐步取代传统的全站仪作业模式，为老挝地籍测量、土地管理和相关法律法规的制定提供了原始依据和科学依据。

北斗系统入俄，西伯利亚电力巡线实现了现场人员与管理中心的双向互动，及时发现危及线路安全的设备缺陷和隐患，确保了输配电线路安全和电力系统稳定。

北斗系统“启航”欧洲。中欧班列上，安装了北斗终端的集装箱。高精度定位导航功能使物流更加便捷，实现了传统运输方式的升级和变革。北斗实时记录列车和货物的运行轨迹，定位精度小于10米，实现全程无缝中转。

2020年起，北斗在更多海外国家落地。北斗安全监控系统落地缅甸莱比塘铜矿，高精度定位，保障矿区安全；基于北斗的智能港口管控系统已在意大利、卡塔尔、印度等20个国家的50多个港口成功应用。

目前，国产北斗基础产品已出口120多个国家和地区，并在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地成功应用。

“北斗应用只是受到想象力的限制。”面向未来，北斗的应用和发展将具有无限的可能性和广阔的前景。

科普解读:

北斗导航系统

北斗卫星导航系统是为了满足国家安全和经济社会发展的需要，由我国自主建设和运营的全球卫星导航系统。是为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的国家重要时间空基础设施。充分展示了我国的长远战略布局和科研人员的创新精神。北斗系统已广泛应用于多个领域，服务于国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。北斗系统将继续推动产业发展，服务国家现代化建设和人民日常生活，为全球科技、经济和社会发展做出贡献。