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第5顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星升空（圖片來源：微博@軍報(bào)記者）

出品：科普中國(guó)制作：蔬菜衛(wèi)士科普小組監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

浩瀚宇宙之中，你可曾想過，我們?cè)谀膬海?/p>

我們?cè)诘厍蛏希堑厍蛴衷谀膬海?/p>

我們腳下的方寸之地，又在地球上的哪兒？

從古至今，學(xué)者都在思考這樣一個(gè)問題：我們?cè)谀膬海?/p>

一、衛(wèi)星定位發(fā)展史

1957年10月，前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星，從此人類跨入了空間科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的嶄新年代，以衛(wèi)星進(jìn)行定位和導(dǎo)航的研究引起了各國(guó)軍事部門重視。

最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的子午儀系統(tǒng)（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較小（5-6顆），運(yùn)行高度較低（平均1000千米），從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔較長(zhǎng)（平均1.5小時(shí)），因而它無法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。為滿足軍事部門和民用部門對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求。1973年美國(guó)國(guó)防部制定了GPS計(jì)劃。

前蘇聯(lián)在1976年啟動(dòng)GLONASS項(xiàng)目。歐盟為擺脫歐洲對(duì)GPS的依賴，于1999年公布伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃。現(xiàn)有的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)有美國(guó)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

美國(guó)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)早已升空，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，距離地面約20000千米。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位的話，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。

俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

GLONASS的工作衛(wèi)星有21顆，分布在3個(gè)軌道面上，同時(shí)另外有三顆備份星。這三個(gè)軌道平面兩兩相隔120度，同平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔45度，軌道周期為11小時(shí)15分鐘。每顆衛(wèi)星都在19100千米高、64.8度傾角的軌道上運(yùn)行。單點(diǎn)定位精度水平方向?yàn)?6米，垂直方向?yàn)?5米。

歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

系統(tǒng)由軌道高度為23616km的30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星，位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。定位精度可達(dá)米級(jí)。

此外，如中國(guó)、印度、日本等國(guó)，還有區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。有的是獨(dú)立的導(dǎo)航系統(tǒng)，有的是為提供GPS的增強(qiáng)服務(wù)，在這里就不展開講了。

二、為何要開發(fā)自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

在上述導(dǎo)航系統(tǒng)中，以美國(guó)的GPS發(fā)展最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。其應(yīng)用不僅局限在軍事領(lǐng)域，還發(fā)展到了精密授時(shí)、汽車導(dǎo)航、大氣觀測(cè)、地理勘測(cè)、海洋救援、載人航天器防護(hù)探測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活，成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要支撐技術(shù)。真的不敢想象，一旦離開了GPS我們的生活將會(huì)陷入怎樣的混亂之中。

我們?cè)倩氐紾PS本身。

GPS最初為美國(guó)軍方專用。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)之后，開放民用。有粗碼（C/A碼）和精碼（P碼）兩種信號(hào)，粗碼作為民用，不限制用戶數(shù)量；精碼的定位精度高于粗碼，主要用于本國(guó)或盟國(guó)的軍方使用。由于GPS的定位精度優(yōu)于預(yù)期效果，美國(guó)政府出于自身安全的考慮，于1991年實(shí)施了SA政策來降低民用GPS的定位精度，即大約100米。但在2000年，SA政策被取消，民用定位精度恢復(fù)為10米。

說到這兒大家是不是明白了，GPS信號(hào)無處不在，遍布地球上的任何角落。但是GPS信號(hào)的有無、好壞是控制在別人的手中的，我們做不了主。我們使用不了定位精度更高的P碼接收機(jī)，更有甚者，連開放、無用戶數(shù)限制的民用碼說不定也會(huì)在某個(gè)區(qū)域上空消失掉。那大伙有沒有想過，哪天這個(gè)信號(hào)消失了，我們?cè)撛趺崔k呢？我們需要自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠替代GPS的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。因?yàn)檫@不僅擔(dān)負(fù)著國(guó)家對(duì)領(lǐng)土安全、經(jīng)濟(jì)安全和公共安全的保障，是國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，而且在和平年代發(fā)揮著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和服務(wù)大眾日常生活的重要作用。

三、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。先有一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)，然后是區(qū)域系統(tǒng)，最后是一個(gè)全球系統(tǒng)。

2000年以來，中國(guó)已成功發(fā)射了4顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星”，建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)(第一代系統(tǒng))。這個(gè)系統(tǒng)具備在中國(guó)及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時(shí)、報(bào)文和GPS廣域差分功能，并已在科學(xué)、漁業(yè)、救災(zāi)以及國(guó)防領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃空間段有35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點(diǎn)位置為東經(jīng)58.75度、80度、110.5度、140度、160度，中地球軌道衛(wèi)星運(yùn)行在3個(gè)軌道面上，軌道面之間為相隔120度均勻分布。

至2012年底北斗亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時(shí)，已為正式系統(tǒng)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務(wù)，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（均在傾角55度的軌道面上），4顆中地球軌道衛(wèi)星（均在傾角55度的軌道面上）。

它們可以提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)(屬于第二代系統(tǒng))。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度0.2米／秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

2015年3月，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將中國(guó)首顆新一代北斗衛(wèi)星送入了預(yù)定軌道，成為我國(guó)發(fā)射的第17顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。2016年2月1日15時(shí)29分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭(及遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí))，成功將1顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。這是我國(guó)迄今發(fā)射的第5顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，也是第21顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建立和使用，使我國(guó)擺脫了對(duì)GPS的依賴，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的局面，增強(qiáng)了我國(guó)的武器效能，維護(hù)著國(guó)家安全，重要的是可以直接體現(xiàn)我國(guó)的技術(shù)實(shí)力和綜合國(guó)力。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，是我國(guó)信息化建設(shè)的重要里程碑，標(biāo)志著我國(guó)在自主可控的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中邁出了一大步，不僅對(duì)中國(guó)，對(duì)世界也是意義重大，影響深遠(yuǎn)。

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