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文|秋楓
編輯|秋楓
前言
中美俄三國在衛星導航系統上的競争一直備受矚目，作為大國科技實力的象征，精度的對比尤為重要。
如今北鬥系統已初具雛形但距離世界一流導航系統的精确度，似乎仍有一定差距。
北鬥精度的提升速度如何？它何時能與GPS、GLONASS“平起平坐”？
中國自主研發的北鬥導航系統，與世界頂尖的美國GPS和俄羅斯GLONASS相比，精度達到了什麼程度？
美國衛星定位系統的精度探秘
20世紀70年代美國進入太空競賽後期，開始研發自己的全球衛星導航系統，以擺脫對其他國家系統的依賴，經過長達20年的研制和建設，美國GPS系統終于在1990年正式建成并投入使用。
這标志着人類邁入了衛星導航的新時代，GPS系統由24顆中低軌衛星組成，建構起一個覆寫全球的無線電導航網絡，這些衛星按照精心設計的軌道運作，確定全天候覆寫地球表面上空。
它們不間斷向地球表面發送特定頻率的導航信号，信号中包含衛星軌道參數、時間資訊等導航資料，地面使用者隻要裝備相應的天線和信号接收器，就可以接收到這些信号。
GPS系統最早應用在美軍作戰中，1990年的海灣戰争打響了GPS的第一槍，美軍使用GPS精确制導的戰斧飛彈，其命中精度大大提高，對伊拉克目标産生毀滅性打擊。
根據美軍公布資料，戰斧飛彈的命中率高達98%，展現了GPS帶來的強大軍事效應，在後來的伊拉克戰争中6500多枚采用GPS制導的飛彈和炸彈再次發揮了巨大作用。
GPS的研發為讓美軍可以在戰場上有着完全碾壓的優勢，GPS又是怎樣做到這麼精确的呢？這源于它獨特的技術方案，系統使用相位測距技術測量信号到達時間，并結合三角定位算法，可以準确計算使用者與衛星之間的距離。
為了GPS能夠更準确還采用了先進的載波相位定位技術，可以精确測量無線電信号的相位變化，進而将定位精度提高到厘米級。
建設和運作這樣複雜的衛星導航系統，還需要大量的技術和金錢投入，僅GPS系統的研發和初期建設就花費了美國政府200多個億，在當時确是一個天文數字。
從戰略考慮擁有自己的衛星導航系統，不再依賴他國對美國的國家安全意義重大，即使今天為保證24顆衛星正常運轉，每年用于GPS系統的維護和更新也需要大量經費。
但相對于其在軍事上的效用，美國認為這一投入非常值得，雖然GPS系統确實好用，但一直用别人的總歸是不安全，想要變強還得自己制造。
為降低對美國系統的依賴，歐洲、俄羅斯、中國等國家也加快了自主衛星導航系統的部署，但要達到GPS的精度非常不易需要持續的技術積累。
目前看來GPS的技術實力還遠勝于其他系統，其在衛星導航定位領域仍占據絕對優勢，未來哪國能在關鍵技術上獲得突破，将主導這一高精尖戰略制高點。
俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統
20世紀60年代當美國着手研發GPS系統時，蘇聯也意識到自主掌握衛星導航系統的重要性，于是啟動了格洛納斯項目，可是在蘇聯解體後這一項目被迫中斷。
解體後的蘇聯出現了嚴重的經濟危機，西方國家更是落井下石封鎖技術，這讓俄羅斯在衛星導航技術上隻能依靠西方國家，這不亞于将大門給西方國家。
為確定國家安全1993年俄羅斯重新啟動格洛納斯計劃，但由于資金短缺項目進展緩慢，當時俄羅斯航天局的負責人甚至一度考慮終止這個項目。
因為預算嚴重不足無法支援後續的研發，期間俄羅斯科研人員做出了巨大犧牲，有的從業人員數月沒有收到薪水，但仍然忠于職守堅持科研工作。
這種頑強的精神實在令人敬佩，直到2000年普京執政後格洛納斯系統的研發才迎來轉機，在普京的高度重視下格洛納斯系統終于得到充足的資金支援。
科學家們終于可以全身心投入研發工作，2011年經過三代科研人員近50年的不懈努力，格洛納斯系統終于正式投入使用但與GPS相比卻晚了17年之久。
格洛納斯的定位精度隻有1.5米左右，還是和GPS有着比較大差距根據專家分析，這主要是因為沒有投資太多錢導緻其衛星組網不完善。
為了彌補這一缺點俄羅斯又研發新一代的格洛納斯K2系統，通過先進的雷射和原子鐘技術，預計能達到0.3米的高精度，有望與GPS對标。
俄羅斯正與中國一起研究用北鬥系統來綜合格洛納斯在民用領域的不足，雖然缺錢還是主要問題但俄羅斯仍在堅持自主研發格洛納斯系統這種自力更生的精神讓人尊敬。
慢慢科技越來越發達，格洛納斯系統的定位精度會越來越高，這不僅能俄羅斯部隊的戰鬥力，也會影響世界軍事力量的平衡。
中國衛星導航系統——從雛形到現實應用
上世紀80年代，随着中國國防現代化和經濟建設對精準導航的需求日益增長，中國決心自主研制屬于自己的衛星導航系統。
1993年在黨和國家的精心部署下，中國正式啟動了代号為“北鬥”的衛星導航系統工程的前期研究工作，這标志着中國加入世界衛星導航系統研制的行列，開始了持續攀登。
2000年中國成功發射首顆北鬥導航試驗衛星，北鬥工程正式立項并全速展開，如今北鬥系統已經初步建成，其公共服務精度達到了10米，部分專業應用精度甚至達到了厘米級，完全可以滿足國内外使用者的各類需求。
典型的衛星導航系統由空間段、地面段和使用者段三部分組成，空間段是北鬥系統的核心，負責接收地球導航信号并進行解析、傳輸，目前北鬥已布署了55顆衛星，持續穩定運作于不同軌道上。
這些衛星需要在惡劣環境下保持長時間工作，對衛星本體的抗輻射、抗熱變形、精确指向等技術提出了極高要求，地面段負責監控衛星運作狀态和進行精密的軌道測定，以及與使用者裝置之間的通信連接配接，這需要建立廣泛的地面站網絡。
使用者段則直接面向社會使用者，為交通運輸、國防等各行各業提供實時精準的定位服務，三者相輔相成，共同構築起業已覆寫全球的北鬥系統。
北鬥系統的研制過程曆經艱辛，由于各子系統參與機關分散，目标定位存在偏差，空間段、地面段和使用者段的協調聯調過程極為複雜。
北鬥工程師克服重重困難，通過仿真試驗和線下演練，逐漸調試系統各部分間的相容性，空間段的衛星平台也經曆了數次重大更新，才最終确定能夠長期穩定運作的設計方案。
在使用者終端方面，由于90年代中國普通群眾對衛星導航的認知還較低，面臨的推廣難題也非常艱巨，但是在國家政策和資金的大力支援下，北鬥終端逐漸打開民用市場，各類手機、手表、車載裝置開始内置北鬥晶片，極大地豐富了人們的選擇。
目前北鬥晶片的滲透率和知名度已經大幅提升，與同期問世的GPS和GLONASS系統不同，北鬥系統充分考慮了中國國情，采用了地球靜止軌道衛星、傾斜帶靜止軌道衛星和中地球軌道衛星的多軌道組合，實作了對中國及東亞地區的高密度覆寫。
這對服務中國複雜多樣的地形地貌具有獨特優勢，另外北鬥系統還擁有衛星與地面使用者的雙向通信能力，可以用于緊急救援等關鍵場景，這也是其他系統所不具備的。
目前在亞太區域内，北鬥系統已經可以為各類使用者提供持續穩定的導航定位和通信服務，未來随着更多北鬥衛星的發射，服務能力将不斷提升
總結
中國的北鬥雖然發展的比較晚，但是進步速度卻非常快現在的北鬥衛星已經多達40多顆了，專家預計到2022年将實作全球覆寫。
目前大陸北鬥運用的是第三代導航定位技術，其精确度可以達到0.5米，不過等到2022年實作全球化覆寫之後它的精确度可能提高到0.2米和美國軍用GPS達到同等水準。
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