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 7月31日，習(xí)近平總書記在北京人民大會(huì)堂鄭重宣布，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通。

歷時(shí)26年，歷經(jīng)北斗一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)的艱難建設(shè)過程，由我國(guó)建成的獨(dú)立自主、開放兼容的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從此走向了服務(wù)全球、造福人類的時(shí)代舞臺(tái)。

這一成就來之不易，背后有哪些故事？這一成就意義重大，鞏固這些成果，還將面臨哪些挑戰(zhàn)？

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師楊元喜，給出了解讀。

● 建成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)曾面臨哪些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)？

沒有獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供自主可控的定位導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，就不可能有獨(dú)立可控的國(guó)防安全，就不可能有獨(dú)立的國(guó)家智能化體系，也不可能有國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全。

然而，建設(shè)自主可控的全球衛(wèi)星導(dǎo)航體系，不得不面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

第一，衛(wèi)星導(dǎo)航的黃金頻率資源幾乎全部被占用，只留下邊邊角角的頻率資源，而且相對(duì)優(yōu)化的信號(hào)調(diào)制模式也不得不面臨西方發(fā)達(dá)國(guó)家的專利壁壘；

第二，衛(wèi)星導(dǎo)航的核心載荷涉及大量高新技術(shù)，而西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)這些高技術(shù)產(chǎn)品實(shí)行全面禁運(yùn)；

第三，建立獨(dú)立自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還必須有全球衛(wèi)星跟蹤測(cè)定軌能力，否則，北斗系統(tǒng)的空間星座不可能為全球用戶提供高精度定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。然而，由于西方強(qiáng)權(quán)的限制，我們不可能在全球建立北斗地面跟蹤站，所以實(shí)現(xiàn)全球高精度衛(wèi)星定軌和高精度導(dǎo)航定位困難重重；

第四，全球80%以上的衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)已被美國(guó)GPS所壟斷，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)還必須面臨市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

上述問題是后發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)不得不面對(duì)的困難與挑戰(zhàn)。

資料圖：美國(guó)第二顆GPS衛(wèi)星

● 面對(duì)挑戰(zhàn)，我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)？

面對(duì)如此嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和困難，我們唯有創(chuàng)新才有出路；唯有“標(biāo)新立異”，才會(huì)有用戶和市場(chǎng)。

對(duì)北斗系統(tǒng)建設(shè)而言，“標(biāo)新”不是追求表面的靚麗，也不是追求名詞的新穎，而是追求技術(shù)的突破，追求性能的超越；“立異”不是為了花哨，不是為了嘩眾取寵，而是充分利用衛(wèi)星資源，追求功能的豐富和應(yīng)用特色的鮮明。

沒有“標(biāo)新”的設(shè)計(jì)就沒有北斗的高性能服務(wù)；沒有“立異”的功能，就沒有北斗的服務(wù)市場(chǎng)。無論標(biāo)新或立異，都要求北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有用，好用，管用。

衛(wèi)星載荷，星間鏈路，短報(bào)文……基于創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和國(guó)家重大需求而建設(shè)的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了國(guó)家時(shí)空信息的完全自主可控，而且攻克了160多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，突破了500多種核心器部件國(guó)產(chǎn)化研制，實(shí)現(xiàn)了北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心器部件100%的國(guó)產(chǎn)化。

北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成及投入服務(wù)，再次驗(yàn)證了習(xí)近平總書記的重要講話精神，“關(guān)鍵技術(shù)是要不來，買不來，討不來的”，尤其是涉及國(guó)家核心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。

●  建成北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的意義是什么？

北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)不僅具有定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）功能，還具有區(qū)域短報(bào)文通信、區(qū)域精密單點(diǎn)定位和區(qū)域星基增強(qiáng)服務(wù)功能，以及國(guó)際搜救、全球短報(bào)文等特殊服務(wù)功能。

北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，標(biāo)志著我國(guó)具備了獨(dú)立自主的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)重要基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)空基準(zhǔn)不再依賴國(guó)外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由位于三個(gè)不同軌道的30顆衛(wèi)星組成，是國(guó)家其他重要基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)設(shè)施。

國(guó)家金融體系、國(guó)家電網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)均屬于國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施,它們需要高精度時(shí)間同步，否則金融系統(tǒng)可能癱瘓，電網(wǎng)可能發(fā)生故障，通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)可能出現(xiàn)服務(wù)中斷或服務(wù)效率低下的現(xiàn)象；國(guó)家航空系統(tǒng)、鐵路交通、公路交通等屬于國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施，它們均需要精確的定位、導(dǎo)航和時(shí)間同步。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)模塊可以植入航空、高鐵和公路系統(tǒng)，使空中運(yùn)輸更安全，高鐵運(yùn)行更高效，公路交通管理更有序。北斗系統(tǒng)還能為智慧城市、精細(xì)農(nóng)業(yè)、數(shù)字漁業(yè)等提供位置和時(shí)間信息，為國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)維持與更新提供自主的高精度監(jiān)測(cè)，為地殼形變監(jiān)測(cè)、滑坡監(jiān)測(cè)等提供精密的位置變化信息。

● 北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，艱巨挑戰(zhàn)還在后頭

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的開通運(yùn)行只是北斗系統(tǒng)建設(shè)與服務(wù)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。正如孫家棟院士所說，“北斗系統(tǒng)不但要做到天上好用，而且要做到地上用好”，為此北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的維護(hù)、運(yùn)行與監(jiān)控就顯得十分重要。

北斗系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與服務(wù)取決于監(jiān)控系統(tǒng)的精穩(wěn)監(jiān)測(cè)、精細(xì)調(diào)控和故障的快速排查與恢復(fù)。

盡管在設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中留有冗余備份，并有嚴(yán)密監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警體系，但北斗系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的巨型系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不僅受空間環(huán)境和衛(wèi)星上各種載荷可靠性的影響，而且受地面環(huán)境及各類運(yùn)行控制要素的影響。任何環(huán)節(jié)運(yùn)行失誤都可能導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量下降，甚至服務(wù)中斷。顯然，北斗的穩(wěn)定運(yùn)行仍面臨十分艱巨的任務(wù)。

首先，我們要加強(qiáng)衛(wèi)星的冗余設(shè)計(jì)和冗余備份，確保空間星座的完備性；

其次，還要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和運(yùn)控系統(tǒng)備份，確保北斗運(yùn)行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠；

此外，我們要不斷精化衛(wèi)星軌道測(cè)定算法，使其具備誤差識(shí)別和補(bǔ)償能力，加強(qiáng)衛(wèi)星鐘差的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)計(jì)算軟件優(yōu)化，使其具有可靠的衛(wèi)星鐘差建模與預(yù)報(bào)能力。

只有這樣，北斗系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與服務(wù)才有可靠保障。

全球范圍北斗系統(tǒng)服務(wù)性能示意圖

同時(shí)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)一樣具有天然的脆弱性。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)微弱，易被干擾和欺騙，且不能惠及室內(nèi)、水下和地下以及其他受遮蔽的地區(qū)。

習(xí)總書記倡導(dǎo)，要建設(shè)更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)體系。北斗系統(tǒng)建成后，我們將集中精力構(gòu)建從深空到深海無縫覆蓋的綜合PNT體系，建設(shè)在任何復(fù)雜環(huán)境下具備抗干擾、防欺騙、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠服務(wù)的時(shí)空信息服務(wù)保障系統(tǒng)。

綜合PNT體系建設(shè)沒有可以遵循的模式，沒有可以采購(gòu)的載荷，也沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，唯有不斷創(chuàng)新，不斷探索，才能建成新的國(guó)家綜合的PNT體系。

總之，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，解決了國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的急需，但是更加泛在的、獨(dú)立自主的綜合PNT體系和相應(yīng)的彈性PNT體系建設(shè)才是我們追求的最終目標(biāo)。

來源 | 綜合中國(guó)科學(xué)報(bào)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等