10、北斗二代的政府推廣

　　北斗二代是國字號工程，政府當然會推廣，但推廣的路子跟以前很不一樣了。大約七八年前吧，手機上有了Wi-Fi功能，而中國政府覺得這個技術標準不好，于是出了國家自主知識產(chǎn)權的WAPI標準，試圖以此取代Wi-Fi。其實并不是只有中國這么干，韓國也推出了自己的技術標準并抵制Wi-Fi。

　　Wi- Fi技術簡潔便于推廣，這也是它風靡全球的重要原因，但它也有死穴，那就是單向的安全機制并不可靠。前陣子3.15晚會上有帶眼罩的網(wǎng)絡安全人員現(xiàn)場表演了劫持觀眾手機信息，媒體也經(jīng)?？鞘謾C用戶接入免費Wi-Fi導致?lián)p失的報道，這都是Wi-Fi先天技術缺陷所致。

　　中國的WAPI標準是雙向安全認證的，的確比Wi-Fi更安全，政府為了推廣它而把行貨手機的Wi-Fi功能閹割了，想要Wi-Fi功能的話只能買水貨手機。此舉引來很多人的不滿，但最終也沒擋著Wi-Fi的流行，后來就低調(diào)放開了，行貨手機上也有了Wi-Fi，而WAPI并沒有推廣開，現(xiàn)在只是在軍隊等有保密要求的場所使用。韓國政府抵制Wi-Fi的行動也同樣地失敗了。

　　中國政府在推廣北斗二代方面顯然有了新的思路，不再用行政力量去限制其競爭技術了，而是采用免費或補助的方式來利誘，事實證明這招更加有效。例如漁船安裝北斗設備，政府并不禁止?jié)O民繼續(xù)使用GPS和海事衛(wèi)星電話，而在給北斗設備提供大量補助，衛(wèi)星短信也只是象征性地收費，明顯北斗方案更劃算，漁民當然會裝北斗而棄用GPS和海事衛(wèi)星電話。

　　北斗二代有200多項應用，需要全社會的高科技企業(yè)去研究開發(fā)，不斷提供更好的北斗產(chǎn)品，這樣才能把北斗產(chǎn)業(yè)做大做強。中國已經(jīng)有了不少搞定位導航的高科技企業(yè)，它們大多是搞GPS起家的，政府的科技部門請這些老總來開會，領導講話言簡意賅：歡迎各位繼續(xù)搞GPS的研究開發(fā)，政府絕不會限制和干擾，但如果搞北斗二代項目的話，會享受高科技企業(yè)的免稅政策，還會從某處得到支持資金。

　　北斗二代的技術體制與GPS差不多，由GPS轉向北斗并不難，政府劃下道了，企業(yè)老總都是人精，紛紛表態(tài)要改道搞北斗項目。被請來開會的還有高校教授，領導又說了，政府有一筆北斗科研的經(jīng)費，歡迎教授們來立項，教授們也紛紛表示要申請北斗科研項目，誰忒么還傻乎乎地繼續(xù)研究GPS啊，美國政府又不給錢。

　　領導又說了，企業(yè)有資金設備的優(yōu)勢，高校有人材技術的優(yōu)勢，不如強強聯(lián)手，把教授帶的研究生放在企業(yè)去做北斗科研，由企業(yè)出場地出設備出資金，研究生搞出的成果除了供他們畢業(yè)拿學位，還可作為該企業(yè)的技術創(chuàng)新。企業(yè)老總和高校教授都覺得這個主意不錯，于是在政府牽線下紛紛結起了對子，領導管這個叫作北斗產(chǎn)業(yè)推廣聯(lián)盟。

　　政府推廣新產(chǎn)業(yè)的路子變了，不再像推WAPI那樣強行閹割Wi-Fi了，而是使用了利益杠桿，企業(yè)老總和高校教授都得了利，政府出面組建了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也是政績，三方都很高興。

　　中國政府對北斗二代的決心很大，搞這種國字號工程的財力很足，對內(nèi)的推廣政策很有成效，對外積極談合作已有成果，還有國際電信聯(lián)盟的支持，占盡了天時地利人和，預計5000億的新產(chǎn)業(yè)正在浮出水面，北斗二代的前景非常樂觀。

　　北斗的優(yōu)勢：

　　安全。這絕對是建北斗最最重要的原因，沒有這個原因北斗真的是可以不建的，或者說可以緩一緩再建。GPS使用了這么多年，軍隊官方都沒有統(tǒng)一裝備GPS的任何產(chǎn)品(當然，會有私自購買的，只是一小部分)，因為戰(zhàn)時美國絕對不會讓你他的GPS，GPS信號是可以加密或關閉的。在地理信息如此重要的戰(zhàn)場，你只能靠自己。

　　三頻信號。北斗使用的是三頻信號，GPS使用的是雙頻信號，這是北斗的后發(fā)優(yōu)勢。雖然GPS從2010年5月28發(fā)射了第一顆三頻衛(wèi)星，但等到GPS衛(wèi)星全部老化報廢更換為三頻衛(wèi)星還好幾年。這幾年就是北斗的優(yōu)勢期。三頻信號可以更好的消除高階電離層延遲影響，提高定位可靠性，增強數(shù)據(jù)預處理能力，大大提高模糊度的固定效率。而且如果一個頻率信號出現(xiàn)問題，可使用傳統(tǒng)方法利用另外兩個頻率進行定位，提高了定位的可靠性和抗干擾能力。北斗是全球第一個提供三頻信號服務的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

　　有源定位及無源定位。有源定位就是接收機自己需要發(fā)射信息與衛(wèi)星通信，無源定位不需要。北斗一代的有源定位，有源定位技術只要2顆衛(wèi)星就可以完成定位，但需要信息中心DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)庫支持并參與解算。它在北斗二代上被保留下來，但不作為主要的定位方式(這個有待考證。 必須強調(diào)一下，北斗二代使用的是無源定位，和GPS是一樣一樣的，不需要信息中心參與解算，有源定位頂多算個補充功能 )。這個功能的好處是當你觀測的衛(wèi)星質(zhì)量很差，數(shù)量較少時(理論上，無源定位至少要4顆衛(wèi)星才能解算XYZ和時間四個未知參數(shù)，實際需要的更多)，仍然可以定位。這個功能對于緊急情況會比較有用，比如在山谷中，觀測條件非常差，能知道大概位置也是非常重要的。壞處是在戰(zhàn)爭中會暴露你的位置信息。需要信息中心參與解算就是排名第一答案說的“資源有限”，使用的北斗一代手持機，每60秒可以定位一次，不能頻繁定位，以保證信息中心不能過載。但是北斗一代不能民用的主要原因不是這個啊!北斗一代稱為北斗衛(wèi)星實驗系統(tǒng)，北斗二代稱為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，叫他一代二代僅僅是方便而已。從名字上就可以知道，北斗一代只是做個內(nèi)部實驗而已，檢驗一下理論、技術是否可行，定位精度如何，再進行后續(xù)改進，設計的初衷根本沒打算民用。就像是蘋果公司做個內(nèi)部樣機，自己試用一下看看要怎么改進。

　　短報文通信服務。這個絕對是中國原創(chuàng)功能，并且非常實用。08年汶川地震的時候，震區(qū)唯一的通訊方式就是北斗一代，當時簡直是好用到哭啊，也沒人嫌棄北斗一代手持機又大又丑了，有和沒有簡直是質(zhì)的飛越，所以該功能果斷在二代中保留下來!(說明：北斗不是唯一的通信手段。)但是這個功能也是有容量限制的，所以并不適合作為日常通信功能，而是作為緊急情況通信比較合適?；谶@個功能，北斗還有一個好處是，不但能知道我在哪，還能讓別人知道你在哪。這個功能有利于求救啊。國家大力宣傳此功能，可能基于以下兩個原因：第一，這個功能中國獨有。第二，宣傳其他功能大眾聽不懂。

　　境內(nèi)監(jiān)控。衛(wèi)星定位系統(tǒng)一般由三部分組成：空間星座部分，地面監(jiān)控部分和用戶接收機部分。其中，地面地面監(jiān)控部分又由三大部分組成：監(jiān)控站，主控站，注入站。GPS系統(tǒng)在全球建了5個監(jiān)控站，1個主控站( 炸毀北斗地面指揮中心北斗就失效了，所以得出結論戰(zhàn)爭時北斗無用;那我們炸毀GPS的主控站(及其備用站)不也一樣的嗎，所以可以得出結論：GPS是無效的嗎?)和3個注入站以保證衛(wèi)星運行，這些站都設在美國國土上，并且在全球分布很均勻。包括美洲大陸的美國本土，太平洋的關島和夏威夷、印度洋的迭哥枷西亞以及大西洋的阿森松群島。中國沒法把監(jiān)控站建到全球，所以中國在設計北斗系統(tǒng)時必須考慮到，地面監(jiān)控部分只建在中國境內(nèi)，就能夠保證整個系統(tǒng)的正常運行。在境外建站也不是不可以，只是就算建了，也只起到提高精度的作用，絕對不能作為控制功能。這本來是北斗的劣勢，境內(nèi)監(jiān)控是被逼出來的，沒有其他選項，但現(xiàn)在成了北斗的安全優(yōu)勢，不用受制于其他國家。中國境外的首個陸地遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站“北極站”，將于2015年在瑞典開工建設，預計兩年建成。2、中國將在南美洲的阿根廷建造首個境外衛(wèi)星跟蹤站。

　　分步開通。GPS必須整個系統(tǒng)建成后才能使用。目前北斗的14顆在軌衛(wèi)星使用了5顆地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星，5顆傾斜地球同步軌道(IGSO)衛(wèi)星，4顆中高度圓軌道(MEO)衛(wèi)星。北斗的星座方案來之不易，許院士說當時有幾個方案參與競爭，光是方案的修改論證就持續(xù)了整整三年，最后確定的這個方案不敢說沒有缺點，但絕對是所有方案里最好的一個。

　　北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在這個創(chuàng)新的空間星座支持下，僅僅發(fā)射了16顆衛(wèi)星，就于2012年12月27日在亞太地區(qū)正式開通運行。這有利于加快北斗的商用進程，有利于對后續(xù)的系統(tǒng)做進一步改進，有利于加快北斗產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。2015年3月30日，首顆新一代北斗導航衛(wèi)星由長征三號丙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。該星的發(fā)射成功標志著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的啟動實施。北斗全球系統(tǒng)試驗衛(wèi)星工程I1-S星是第17顆北斗導航衛(wèi)星，其將開展新導航信號體制、星間鏈路等試驗驗證工作。中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)總設計師楊長風31日對記者表示，2015年我國還將發(fā)射3到4顆北斗導航衛(wèi)星，構成一個完整的試驗體系，北斗導航衛(wèi)星再次進入密集發(fā)射期。 首顆新一代北斗導航衛(wèi)星將實現(xiàn)技術突破，除了壽命由8年延長到10到12年外，在功能、性能上將有較大提升，可為全球用戶提供更高精度的衛(wèi)星導航服務。下一代全球覆蓋導航衛(wèi)星從性能指標上要比現(xiàn)在在軌運行的這個系統(tǒng)性能提高1到2倍，最高精度會達到2到3米。

　　局部加強，逐步成熟。理論上GPS在全球的定位精度是相當?shù)摹１倍废到y(tǒng)針對中國及其周邊地區(qū)是特別加強過的，在國內(nèi)衛(wèi)星的幾何條件比較好。單點定位的精度取決于兩個方面：一是觀測量精度，二是所觀測衛(wèi)星的空間幾何分布。導航中用精度衰減因子DOP來表示衛(wèi)星空間圖形的貢獻，包括：空間精度衰減因子GDOP 、位置精度衰減因子PDOP、時間精度衰減因子TDOP、平面精度衰減因子HDOP、垂直精度衰減因子VDOP、相對定位幾何精度衰減因子RDOP。

　　(1)衛(wèi)星數(shù)量增加。GPS設計使用21+3顆衛(wèi)星，即21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。目前GPS實際已經(jīng)使用了32顆衛(wèi)星，衛(wèi)星數(shù)量越多，就會得到越多的冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就越可靠，DOP值越小。北斗現(xiàn)在只有16顆，等北斗衛(wèi)星的數(shù)量越來越多，也會得到更多觀測數(shù)據(jù)，精度提升是必然的了。

　　(2)改正模型優(yōu)化。與信號傳播路徑有關的誤差有：對流層折射誤差，電離層折射誤差延遲誤差，多路徑效應，地球自轉效應誤差。這些誤差是沒辦法完全消除的，只能不斷減小。用于改進電離層折射誤差延遲誤差的Klobuchar模型就是根據(jù)長時間氣象觀測數(shù)據(jù)，構造出電離層折射隨時間變化的經(jīng)驗公式。說白了就是猜出來的，不過是有水平，有數(shù)據(jù)支持，聰明的猜，才出來后進行試驗驗證，好用就留著，不好用就繼續(xù)改。全球不同地區(qū)的電離層對流層都是不同的，這些公式是根據(jù)國外的觀測數(shù)據(jù)構造的，用在中國自然會差一些，我們需要給北斗更多的時間累計觀測數(shù)據(jù)，等待開發(fā)或優(yōu)化更多的適合中國地區(qū)的改正模型。

　　(3)衛(wèi)星軌道精度提高。衛(wèi)星的實際運行軌道肯定與設計軌道有一定的差距。偽距定位的原理是：采用距離后方交會的方法確定接收機天線的三維坐標。只有衛(wèi)星軌道精度提高了定位精度才會高。衛(wèi)星的軌道是通過監(jiān)控站的觀測數(shù)據(jù)擬合出來的，觀測時間越久，累積的數(shù)據(jù)越多，擬合的軌道越精確。北斗缺少國外的觀測數(shù)據(jù)，所以軌道精度在亞太地區(qū)較高，在國外的軌道精度會比較差。彌補這個缺陷也需要給北斗時間。再提一下地球靜止軌道 (GEO)衛(wèi)星。GEO衛(wèi)星相對地球做不到完完全全的靜止，會有一定的漂移。而地球同步軌道只有一個，資源非常稀缺，國際上把這個軌道劃分成了一小段一小段的圓弧，衛(wèi)星只能在分配的范圍內(nèi)移動，否則可能與其他衛(wèi)星相撞，所以每隔一段時間就需要調(diào)整GEO衛(wèi)星位置。目前調(diào)整北斗采用的是脈沖式，只能按整次數(shù)來調(diào)整衛(wèi)星的位置，不能是零點幾次，所以可能出現(xiàn)多一次嫌多，少一次不足的情況。在后續(xù)發(fā)射的GEO衛(wèi)星，調(diào)整衛(wèi)星會改用連續(xù)式，想噴多少就噴多少，增強衛(wèi)星控制能力與精度。一旦進行調(diào)整，之前的觀測數(shù)據(jù)就會作廢，需要重新累積數(shù)據(jù)。在調(diào)整衛(wèi)星期間，那顆衛(wèi)星處于失效狀態(tài)，因為我們不知道它的具體位置，需要幾天時間來重新定軌。但好在GEO衛(wèi)星數(shù)量比較少(5顆)，定軌比其他兩種衛(wèi)星容易一些，速度也比較快一些。其他兩種衛(wèi)星不存在這種情況，觀測時間久了，擬合的軌道精度自然就提高了，直到他死掉那天。

　　定位精度。“北斗系統(tǒng)定位精度由水平25m、高程30m，提高至目前水平10m、高程10m，測速精度由每秒0.4米，提高至0.2m，受時精度優(yōu)于20ns，目前在中國及周邊地區(qū)，北斗系統(tǒng)服務性能與GPS相當?！痹S院士講座時說，他們的實測精度(按中誤差算)可以達到水平4~5m，高程5~6m的精度水平。許院士表示，北斗在剛投入使用就能達到如此精度，這連他們設計北斗系統(tǒng)的時候都沒想到，已經(jīng)非常滿意了，而且北斗還有很大進步空間，精度還能進一步提高。上述10m的精度，我個人認為應該是對亞太地區(qū)的平均精度。需要注意的是，北斗的平面精度與高程精度是基本相當?shù)?，而GPS系統(tǒng)的水平精度確實不錯，但是他的高程精度是軟肋，比水平精度差得比較多，一般是1.5倍到2倍。 @silencew 說GPS定位精度可以達到mm級，這是能實現(xiàn)的，但是不能脫離限制條件而談。衛(wèi)星定位方法有很多種形式，如果按用戶衛(wèi)星測量設備在作業(yè)中的狀態(tài)，可分為靜態(tài)定位與動態(tài)定位，若按參考點的位置不同，可分為絕對定位和相對定位。差分技術是基于同步同軌性原理，使用已知點的基準站，計算出改正信息，再發(fā)送給流動站，進而改正流動站的瞬時位置。這是針對動態(tài)測量的技術，把定位精度由10~40m提高到小于3m。精度達到mm級應該是靜態(tài)的長時間的優(yōu)質(zhì)觀測條件下的絕對定位。(以及有條件的相對定位。@snailchaser：絕對定位的話，長時間的靜態(tài)PPP(精密單點定位技術)確實可以達到mm級，不過用相對定位的方法(載波相位測量+雙差解模糊度)，在短基線+較開闊環(huán)境下，也是可以穩(wěn)定達到mm級的，甚至連動態(tài)也能達到這個精度。)具體解釋一下，靜態(tài)，就是要專門建一個房子，專門建一個固定觀測墩，這時三腳架精度已經(jīng)不夠，而且還容易被移動。長時間，就是24小時，365天不間斷觀測，這就肯定要保證有電源，而且要求還很高，不能斷電，備用電源神馬的一定要有。優(yōu)質(zhì)觀測條件，就是要沒有電磁干擾，沒有高大建筑遮擋，人不能隨意靠近GPS天線，附近不能有平靜水面(會有多路徑效應)，沒有大的山坡。不可或缺的是一臺高精度，高穩(wěn)定性，高品質(zhì)的GPS接收機及其他附屬設施(保存、處理數(shù)據(jù)等功能)。要滿足這些條件只能遠離城市，在有一定條件的農(nóng)村，建一個永久的高精度觀測站。不是隨隨便便就能滿足這樣苛刻條件的，建設和運行成本都非常高，我們學校就有建這樣的觀測站，我們是不能進去看的，因為會干擾信號，只能瞻仰下外觀了。北斗要這么觀測，精度肯定也不是10m了，不要隨便道聽途說了一個數(shù)據(jù)就說比北斗強，請說明觀測條件!特別說明一下，GPS系統(tǒng)使用的是WGS-84坐標系，北斗使用的是CGCS2000坐標系，所以二者的數(shù)值不能直接進行比較，需要進行坐標轉換，而坐標轉換一般會帶來精度上的損失。精度是可以在各自坐標系下直接比較的，不用進行坐標轉換。

　　促進整個制造業(yè)的升級。

　　專家預測，到2015年，中國北斗相關產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破500億。 預計到2020年，僅北斗衛(wèi)星導航市場將達到年產(chǎn)值4000億元人民幣，年復合增長率達到40%以上。”北斗很賺錢，國家給你創(chuàng)造機會了，這個錢要怎么拿，就看各自的本事了?？纯慈珖榈亻_花的北斗產(chǎn)業(yè)園就知道機會多難得。整個系統(tǒng)國家只負責空間星座和地面監(jiān)控部分，這兩部分耗資巨大，技術要求高，且具有唯一性，系統(tǒng)性能指標主要取決于這兩部分。

　　北斗系統(tǒng)的精度不夠高很大一部分的原因是中國的原子鐘不行。衛(wèi)星導定位中，時間系統(tǒng)有著極其重要的意義，在由跟蹤站對衛(wèi)星進行定軌時，要求衛(wèi)星位置的誤差小于1cm時，相應的時刻誤差應小于2.6μs(1微秒=10 -6秒);如果要求測量的距離誤差小于1cm時，則信號傳播時間的測定誤差應小于0.03ns( 1納秒=10 -9秒 )。中國的原子鐘相對國外產(chǎn)品，體積大、質(zhì)量重、精度還差了一個量級，這種高精尖的技術國外是對中國禁運的，我們只能靠自己。為什么不行?因為有一段時間原子鐘是可以從國外買的，相比起自己研制成本還不高，質(zhì)量很好，國內(nèi)直接放棄研制原子鐘了。等中國說要建導航系統(tǒng)，國外立刻對中國實施禁運，中國這個時候才趕緊又開始原子鐘的研制工作，暫停研制這幾年對中國的原子鐘發(fā)展多可惜，本來技術雖然不算先進，但也勉強跟上世界潮流，現(xiàn)在卻拉下一大截，如果中國一直堅持自己研制原子鐘，現(xiàn)在的北斗系統(tǒng)精度更高。要不是北斗系統(tǒng)，中國的原子鐘技術更是悲劇了。

　　建設速度快。歐洲早在1999年2月10日就提出建設GALILEO系統(tǒng)，在2005年發(fā)射了第一顆實驗衛(wèi)星， 2008年4月27日，發(fā)射第二顆實驗衛(wèi)星，進度比最初的計劃推遲了整整五年， 2012年10月發(fā)射第3第4顆衛(wèi)星。這四顆衛(wèi)星組成網(wǎng)絡，初步發(fā)揮地面精確定位的功能。 北斗的第一顆衛(wèi)星在 2007年4月14日發(fā)射升空， 2012年10月25日第16顆北斗衛(wèi)星發(fā)射，這是北斗區(qū)域網(wǎng)最后一顆衛(wèi)星，北斗導航工程區(qū)域組網(wǎng)順利完成， 2013年12月27日正式發(fā)布了《北斗系統(tǒng)公開服務性能規(guī)范(1.0版)》和《北斗系統(tǒng)空間信號接口控制文件(2.0版)》兩個系統(tǒng)文件，這是北斗正式商用的標志，所有的廠商都可以根據(jù)這兩個文件來開發(fā)自己的產(chǎn)品。北斗與GALILEO在使用頻率上是有競爭關系的(有重疊)， “根據(jù) “誰先使用誰先得”的國際法原則，中國在2009年發(fā)射三顆“北斗”二代衛(wèi)星，正式啟用該頻率，而歐盟連預定的三顆實驗衛(wèi)星都沒有射齊。敗下陣來，失去對頻率的所有權。

　　國際認可。新聞：北斗正式納入IMO全球無線電導航系統(tǒng)-2014年11月新聞

　　2014年11月17日至21日，國際海事組織(IMO)海上安全委員會第94次會議在英國倫敦召開，審議通過了對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)認可的航行安全通函，標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式成為全球無線電導航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應用的國際合法地位。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)成為繼全球定位系統(tǒng)(GPS)、格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GLONASS)后的第三個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，服務世界航海用戶。

　　北斗的問題：

　　國外監(jiān)控站很少，優(yōu)勢與劣勢并存的GEO衛(wèi)星，星鐘的差距，等等。

　　上面沒提到的有：

　　(1)衛(wèi)星質(zhì)量不高，壽命比較短。GPS衛(wèi)星的壽命一般在8年，北斗衛(wèi)星的壽命在5年左右，已發(fā)射的16顆衛(wèi)星中，已有2顆老舊衛(wèi)星失效。替換衛(wèi)星的工作都是國家完成的，完全不影響用戶使用。

　　(2)芯片價格較高。這是由于芯片的生產(chǎn)特點決定的，芯片在研發(fā)階段投入非常大，一旦研制成功，后續(xù)的生產(chǎn)成本就比較低了。北斗剛投入使用，用戶還比較少，所以價格高，等到大規(guī)模生產(chǎn)的時候，成本就被攤薄。

　　(3)強制安裝北斗。這一條消息剛出來的時候我也特別不舒服，但是請參考鳳凰軍事的短評?！?明明知道GPS是處于絕對壟斷地位的產(chǎn)品，卻鼓吹“北斗”去搞什么所謂“市場競爭”，完全就是一種鬧劇。這種言論明顯背叛了市場經(jīng)濟最基本的原則?！?/p>