衛星導航系統能夠為人類提供精準的時間坐標和空間坐標，它與能源、交通和通信一樣，是國家戰略基礎設施。改革開放40年來，我國高度重視發展衛星導航系統，通過自主創新大力發展北斗衛星導航系統，使我國擺脫了對國外衛星導航系統的依賴，掌握了時空基準控制權、國際規則制定話語權，為國家安全和現代國防提供了戰略保障。

 

建成自己的衛星導航系統

 

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

 

幾乎同時，中國也開始了自己的衛星導航系統設計，但由于種種原因，項目最終擱淺。

 

衛星導航系統是國家安全和經濟社會發展不可或缺的信息基礎設施，是大國地位和綜合國力的重要標志。1994年，美國完成GPS系統24顆衛星全部星座布局。這一年，黨中央、國務院、中央軍委做出獨立自主研制北斗衛星導航系統的重大戰略決策，中國開始了自己的第一代衛星導航系統研制建設征程。

 

基于我國國情，北斗建設者創造性地提出“先區域、后全球，先有源、后無源”的建設思路，按照“三步走”發展戰略推進，先建立雙星定位試驗系統，形成區域有源定位與導航服務能力；然后完成3種軌道10余顆衛星發射，建成區域導航系統，形成區域無源服務能力，向亞太地區提供定位、導航、授時，以及短報文通信服務；最后建成由3顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成、覆蓋全球的北斗全球衛星導航系統，形成全球無源服務能力。

 

如果將衛星導航系統比喻為一棵大樹，那么導航頻率資源就是它的根。中國工程院院士、衛星導航定位總站高級工程師譚述森說，在衛星導航系統建設初始階段，頻率資源相對比較充沛，建設時間較早的GPS系統和GLONASS系統不存在頻率資源沖突問題。到了北斗系統開建時，發達國家幾乎將衛星導航頻率瓜分殆盡，后發國家頻率資源爭奪戰愈演愈烈。北斗第一代科學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發展所必需的寶貴頻率資源。

 

2007年4月14日，我國成功發射北斗試驗星。兩天后，也即4月16日，衛星開始發送信號。至此，中國正式啟用北斗申報的頻率資源，標志著我國自主研制的北斗衛星導航系統進入新的發展建設階段。

 

核心技術不再受制于人

 

時間精度和位置精度是衛星導航的核心。導航系統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航衛星的“心臟”。

 

過去，世界上只有少數國家能夠制造衛星導航系統使用的高精度原子鐘。在建設北斗之前，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。關鍵技術掌握在別人手里意味著北斗系統存在重大安全隱患。”專家告訴經濟日報-中國經濟網記者。

 

在北斗二號建設過程中，中科院武漢物理與數學研究所、航天科技集團空間技術研究院、航天科工集團二院203所等單位對星載銣原子鐘一系列關鍵技術展開攻關。當時，多次深入科研一線的北斗系統總師、“兩彈一星”元勛孫家棟就堅定地表示：“我們自己的導航衛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，標志著我國原子鐘自主化進程邁出了關鍵一步。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星系統中，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定度較北斗二號區域導航系統提高了10倍，達到世界先進水平。“星鐘精度的通俗指標是10萬年差1秒，我們現在已經達到300萬年差1秒的精度了。”北斗衛星導航系統總設計師楊長風說，這項新技術直接推動北斗三號衛星的定位精度由10米跨越到后續全球系統米級分辨率。

 

衛星的研制與發射只是北斗導航系統研究中的一部分，要讓北斗系統真正發揮作用，導航芯片的開發研究至關重要。長期以來，芯片技術缺失嚴重制約了北斗的產業化進程。直到最近幾年，我國終于建立起完整的產業鏈，工藝產能也有了大幅提升，國產北斗芯片工藝由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于國外同類產品。目前，國產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國內市場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正式投入運行。該系統通過在地面建立地基增強站，以定位算法獲得定位數據差分信息，再開展大范圍播發，可以幫助各類終端實現高精準定位。目前，北斗地基增強系統基本系統的研制建設工作已經完成，并進入試運行階段，具備為用戶提供廣域實時米級、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，北斗系統在我們的生活中幾乎“無所不能，無處不在”。數據顯示，截至2017年底，北斗已在公安、交通、漁業、電力、林業、減災等行業得到廣泛使用，并服務于智慧城市建設和社會治理；建成全球最大的GNSS車聯網平臺；幫助公安出警時間縮短近20%，突發重大災情上報時間縮短至1個小時內，應急救援響應效率提升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、互聯網三大產業，北斗系統實現了跨越式發展。目前，北斗系統已形成包括基礎產品、應用終端、運行服務等較為完整的北斗產業體系，北斗高精度定位技術在未來城市、自動駕駛、智能手機、共享單車及無人機應用等各領域均得到廣泛應用。另據統計，北斗系統應用產品已經進入70多個國家和地區，包括30多個“一帶一路”相關國家和地區。

 

“天上好用，地上用好。”中國衛星導航系統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，并在此基礎上加快構建基于北斗的國家綜合定位、導航、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、導航、授時服務了。