中国为啥要该自己的导航系统?

第5颗新一代北斗导航卫星升空（图片来源：微博@军报记者）

出品：科普中国 制作：蔬菜卫士科普小组 监制：中国科学院计算机网络信息中心

浩瀚宇宙之中，你可曾想过，我们在哪儿？

我们在地球上，那地球又在哪儿？

我们脚下的方寸之地，又在地球上的哪儿？

从古至今，学者都在思考这样一个问题：我们在哪儿？

一、卫星定位发展史

1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造卫星，从此人类跨入了空间科学技术迅速发展的崭新年代，以卫星进行定位和导航的研究引起了各国军事部门重视。

最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000千米），从地面站观测到卫星的时间间隔较长（平均1.5小时），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。

前苏联在1976年启动GLONASS项目。欧盟为摆脱欧洲对GPS的依赖，于1999年公布伽利略卫星导航系统计划。现有的全球卫星导航定位系统有美国的GPS卫星导航定位系统、俄罗斯的GLONASS卫星导航定位系统、欧洲的伽利略卫星导航定位系统。

美国的GPS卫星导航定位系统

28颗卫星(其中4颗备用)早已升空，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。

俄罗斯的GLONASS卫星导航定位系统

GLONASS的工作卫星有21颗，分布在3个轨道面上，同时另外有三颗备份星。这三个轨道平面两两相隔120度，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道周期为11小时15分钟。每颗卫星都在19100千米高、64.8度倾角的轨道上运行。单点定位精度水平方向为26米，垂直方向为45米。

欧洲的伽利略卫星导航定位系统

系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星，位于3个倾角为56度的轨道平面内。定位精度可达米级。

此外，如中国、印度、日本等国，还有区域导航系统。有的是独立的导航系统，有的是为提供GPS的增强服务，在这里就不展开讲了。

二、为何要开发自己的卫星定位系统

在上述导航系统中，以美国的GPS发展最为成熟，应用最为广泛。其应用不仅局限在军事领域，还发展到了精密授时、汽车导航、大气观测、地理勘测、海洋救援、载人航天器防护探测等各个领域。已经进入了人们的日常生活，成为了国民经济建设的重要支撑技术。真的不敢想象，一旦离开了GPS我们的生活将会陷入怎样的混乱之中。

我们再回到GPS本身。

GPS最初为美国军方专用。海湾战争之后，开放民用。有粗码（C/A码）和精码（P码）两种信号，粗码作为民用，不限制用户数量；精码的定位精度高于粗码，主要用于本国或盟国的军方使用。由于GPS的定位精度优于预期效果，美国政府出于自身安全的考虑，于1991年实施了SA政策来降低民用GPS的定位精度，即大约100米。但在2000年，SA政策被取消，民用定位精度恢复为10米。

说到这儿大家是不是明白了，GPS信号无处不在，遍布地球上的任何角落。但是GPS信号的有无、好坏是控制在别人的手中的，我们做不了主。我们使用不了定位精度更高的P码接收机，更有甚者，连开放、无用户数限制的民用码说不定也会在某个区域上空消失掉。那大伙有没有想过，哪天这个信号消失了，我们该怎么办呢？我们需要自己的卫星导航系统，能够替代GPS的卫星导航系统。因为这不仅担负着国家对领土安全、经济安全和公共安全的保障，是国家综合实力的体现，而且在和平年代发挥着经济建设和服务大众日常生活的重要作用。

三、北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是我国自主研发卫星导航系统。先有一个试验系统，然后是区域系统，最后是一个全球系统。

2000年以来，中国已成功发射了4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统(第一代系统)。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在科学、渔业、救灾以及国防领域做出了贡献。

北斗卫星导航系统计划空间段有35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75度、80度、110.5度、140度、160度，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120度均匀分布。

至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55度的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55度的轨道面上）。

它们可以提供两种服务方式，即开放服务和授权服务(属于第二代系统)。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米／秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

2015年3月，我国在西昌卫星发射中心成功将中国首颗新一代北斗卫星送入了预定轨道，成为我国发射的第17颗北斗导航卫星。2016年2月1日15时29分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭(及远征一号上面级)，成功将1颗北斗导航卫星送入预定轨道。这是我国迄今发射的第5颗新一代北斗导航卫星，也是第21颗北斗导航卫星。

北斗卫星导航系统的建立和使用，使我国摆脱了对GPS的依赖，打破了发达国家垄断卫星导航定位技术的局面，增强了我国的武器效能，维护着国家安全，重要的是可以直接体现我国的技术实力和综合国力。而北斗卫星导航系统的广泛应用，是我国信息化建设的重要里程碑，标志着我国在自主可控的卫星导航系统中迈出了一大步，不仅对中国，对世界也是意义重大，影响深远。

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