羅運(yùn)剛 何蔚 羅玉婷 胡松林 成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣工程系

一、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”（英語：Beidou Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱“北斗系統(tǒng)”，BDS）是中華人民共和國(guó)獨(dú)立建造的一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為全球用戶提供全天候、無差別的高精度定位、導(dǎo)航及授時(shí)服務(wù)。中國(guó)的北斗（BDS）、美國(guó)全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟伽利略（Galileo）是聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)確認(rèn)的四個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心供應(yīng)商。

目前，北斗系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)來到了第三代，第一代也被稱為“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)試系統(tǒng)”，其在國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的戰(zhàn)略意義上主要表現(xiàn)為測(cè)試性質(zhì)。自第二代以來，北斗系統(tǒng)才被正式稱為“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。

“北斗一號(hào)”（“北斗系統(tǒng)”第一代）由三顆衛(wèi)星組成。從2000年起，該系統(tǒng)主要在中國(guó)提供導(dǎo)航服務(wù)。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)階段的結(jié)束，試驗(yàn)系統(tǒng)逐漸開始停止運(yùn)行，北斗一號(hào)上最后一顆衛(wèi)星于2012年12月到期。第二代北斗系統(tǒng)是一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由16顆衛(wèi)星，6顆對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星，6顆傾斜軌道衛(wèi)星和4顆中程地球軌道衛(wèi)星組成。在2012年11月，第二代北斗系統(tǒng)開始在亞太地區(qū)提供區(qū)域性定位服務(wù)?！氨倍啡?hào)”（第三代）系統(tǒng)由三種軌道不同的衛(wèi)星組成，其中包括24顆（環(huán)繞地球的）中圓地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜的地球同步軌道衛(wèi)星（覆蓋整個(gè)亞太地區(qū)的大部分）和3顆對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星（覆蓋中國(guó)）。2018年，北斗三號(hào)提前啟動(dòng)北斗全球定位功能。2020年6月23日，北斗三號(hào)全球組網(wǎng)衛(wèi)星成功進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)成功完成。

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，在2018年，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3450億元人民幣。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、AI機(jī)器人等新技術(shù)的集成與發(fā)展，以北斗時(shí)空信息為主要媒介的新興技術(shù)生態(tài)鏈正在形成，正在成為新的引擎和新的驅(qū)動(dòng)力。為北斗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供動(dòng)力，促進(jìn)生產(chǎn)和生活方式的革新以及商業(yè)模式的創(chuàng)新。

二、5G背景北斗系統(tǒng)的發(fā)展前景

自第二代北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)開始運(yùn)行，北斗便在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，但主要都是涉及傳統(tǒng)測(cè)繪和氣象領(lǐng)域。值得注意的是，在北斗一號(hào)和北斗二號(hào)衛(wèi)星定位產(chǎn)品的應(yīng)用中，似乎它們僅在國(guó)家或戰(zhàn)略層面上使用。衛(wèi)星定位產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)與普通人相距甚遠(yuǎn)。然而現(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，衛(wèi)星定位產(chǎn)品與服務(wù)早已不再是空中樓閣，遙不可及。近年來，我國(guó)的5G移動(dòng)通信技術(shù)、AI人工智慧、大數(shù)據(jù)計(jì)算等技術(shù)的取得了蓬勃和突破性發(fā)展。這為北斗導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)進(jìn)入終端消費(fèi)者市場(chǎng)注入的新的活力。

目前，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景十分廣闊，在安全、消費(fèi)和專業(yè)應(yīng)用三大市場(chǎng)中都具有良好的發(fā)展前景，特別是在我國(guó)的移動(dòng)通信和汽車制造消費(fèi)領(lǐng)域具有重大的商機(jī)，這使得它逐步發(fā)展為繼通信，互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個(gè)IT新增長(zhǎng)點(diǎn)，主要原因體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（一）5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)）是智能化時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其“超高速、超大容量、極低時(shí)延”的特征可以滿足未來虛擬現(xiàn)實(shí)、智能制造的需求，為自動(dòng)駕駛等應(yīng)用需求提供基本的技術(shù)支持。（二）北斗系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全球時(shí)間的精確同步，并且可以通過廣域甚至全球范圍內(nèi)的5G基站像網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分配自然生物情報(bào)。例如導(dǎo)航、定位和定時(shí)。北斗和5G互為力量，相互賦能，彼此增強(qiáng)，它們可以產(chǎn)五大能力：感知、學(xué)習(xí)、認(rèn)知、決策、調(diào)控。讓廣域或全球性分布的物理設(shè)備可以具有基于感知的計(jì)算、通信、遠(yuǎn)程協(xié)作。功能強(qiáng)大，例如精準(zhǔn)控制和自治。北斗+5G將充分利用北斗系統(tǒng)本身具有的技術(shù)特性，實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)在信息交互領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

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僅在汽車制造領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)此就展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展前景。在國(guó)內(nèi)，以百度，阿里為首的多家科技公司對(duì)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域一直很樂觀；同樣，在國(guó)外，以日本豐田，美國(guó)特斯拉和谷歌為首的科技公司也早已在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域深耕多年。2018年百度更是完成了自動(dòng)駕駛汽車的上路測(cè)試，并獲得了非?？捎^的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，隨著北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星的部署完成，北斗系統(tǒng)通過與5G之間的協(xié)作，讓我們預(yù)見汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)代已經(jīng)來臨。

北斗高精度定位是智能聯(lián)網(wǎng)汽車感知和高精地圖采集的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。北斗將與汽車產(chǎn)業(yè)緊密融合，以支持我國(guó)智能聯(lián)網(wǎng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。5G與北斗的結(jié)合還將為人們的生活和旅行帶來更多便利和可能性，同時(shí)撬動(dòng)萬億車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。與基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施的融合，使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)引入諸如高精定位的功能。在5G和北斗基礎(chǔ)設(shè)施整合下，可以通過通信網(wǎng)絡(luò)模擬衛(wèi)星信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)接收到衛(wèi)星信號(hào)，將5G的低時(shí)延、大帶寬、寬覆蓋范圍與北斗的高精度定位結(jié)合。5G的低時(shí)延實(shí)現(xiàn)依賴于目前在5G網(wǎng)絡(luò)中非常熱門的邊緣計(jì)算，也就是把部分計(jì)算能力放到基站，這樣基站既實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信能力，又提供了計(jì)算能力。這時(shí)北斗定位能力與5G通信計(jì)算能力的融合就順理成章了，畢竟定位與高精地圖緊密相連，而高精地圖對(duì)算力要求極高。

在以上技術(shù)特點(diǎn)的加持下，可以預(yù)見的是，在不久的將來，5G+北斗也將在地鐵檢測(cè)、高鐵軌道精密度檢測(cè)，AI智能教育和智能電網(wǎng)等方面發(fā)揮巨大作用，服務(wù)于人民日常生活的方方面面。

三、北斗產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

（一）沒有完善的衛(wèi)星導(dǎo)航政策

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一項(xiàng)龐大煩瑣的工程，其應(yīng)用市場(chǎng)的良性發(fā)展必須要有相關(guān)政策進(jìn)行規(guī)范和監(jiān)督。與1943年即開始大力開發(fā)和應(yīng)用 GPS的美國(guó)相比，中國(guó)的北斗研發(fā)起步相對(duì)較晚。陳芳允院士在1983年才提出發(fā)展中國(guó)人自己的導(dǎo)航系統(tǒng)，盡管北斗在過去20年來實(shí)現(xiàn)了技術(shù)趕超，但由于國(guó)家沒有明確的完整的針對(duì)北斗系統(tǒng)民用開發(fā)規(guī)劃和應(yīng)用市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，市場(chǎng)完全是自由化的競(jìng)爭(zhēng)，在一定范圍內(nèi)對(duì)北斗系統(tǒng)的健康發(fā)展與推廣應(yīng)用造成不利影響，進(jìn)而導(dǎo)致市場(chǎng)的發(fā)展受到限制。國(guó)家應(yīng)支持和指導(dǎo)大型領(lǐng)先的衛(wèi)星導(dǎo)航公司企業(yè)，并努力在最短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈，將優(yōu)秀企業(yè)打造成為行業(yè)標(biāo)桿，供其他后繼公司學(xué)習(xí)。

（二）在社會(huì)領(lǐng)域的滲透不足

北斗導(dǎo)航雖已具備全球定位能力，服務(wù)于80多個(gè)國(guó)家，并逐步形成了一定程度上的自主研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，但其在社會(huì)生活等領(lǐng)域的滲透程度還不高，作為一項(xiàng)新技術(shù)，一種新產(chǎn)業(yè)，相關(guān)部門缺乏宣傳和普及，各種媒體報(bào)道介入也不多，廣大的普通人民群眾對(duì)國(guó)產(chǎn)自主導(dǎo)航系統(tǒng)了解甚少，甚至單純認(rèn)為全球定位系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱“GPS”就是指的美國(guó)的GPS。

（三）衛(wèi)星導(dǎo)航芯片依賴進(jìn)口，北斗系統(tǒng)的生態(tài)尚未形成

在中國(guó)，只有特定領(lǐng)域、海事領(lǐng)域由北斗導(dǎo)航主導(dǎo)，其他大多數(shù)領(lǐng)域都還大多依賴美國(guó)GPS系統(tǒng)，例如，在通信領(lǐng)域，中國(guó)絕大多數(shù)的通信基站都依靠GPS進(jìn)行定時(shí)和定位，而這將存在較大的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。目前，除了軍工積極應(yīng)用北斗系統(tǒng)外，其他的政務(wù)、通信、鐵路、船務(wù)等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，以及一些新興的產(chǎn)業(yè)如互聯(lián)網(wǎng)+、車聯(lián)網(wǎng)、銀聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等，很大程度上還是依賴GPS進(jìn)行授時(shí)和定位，安全風(fēng)險(xiǎn)很高，我國(guó)應(yīng)加大核心芯片等基礎(chǔ)產(chǎn)品的研發(fā)力度，掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以降低成本，為“大眾北斗”的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（四）中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境亟待改變，創(chuàng)新理念深入人心需要時(shí)間

2020年10月26日中國(guó)共產(chǎn)黨十九屆五中全會(huì)于北京召開。制定出我國(guó)的社會(huì)主義初級(jí)階段的主要發(fā)展任務(wù)。同時(shí)，會(huì)議將創(chuàng)新理念放在了重要位置，明確了我國(guó)今后將建設(shè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型國(guó)家。隨著改革開放40年的發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平取得了較大發(fā)展，趕上了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代潮?；ヂ?lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等技術(shù)取得了巨大的成功。誕生了例如阿里巴巴、字節(jié)跳動(dòng)等為新老代表的巨大體量科技公司。但是，由于我國(guó)的基礎(chǔ)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)缺乏政策，以及造不如買等觀念的影響，使得我國(guó)的基礎(chǔ)科學(xué)包括重要芯片技術(shù)的發(fā)展緩步不前，芯片進(jìn)口的高額成本以及西方國(guó)家的出口限制令進(jìn)一步影響我國(guó)北斗產(chǎn)業(yè)技術(shù)的多元化和高質(zhì)量發(fā)展。在黨的十九屆五中全會(huì)之后，國(guó)家勢(shì)必將加大對(duì)科技新、科技自立和基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展領(lǐng)域的政策與財(cái)政支持，但是科技的發(fā)展是長(zhǎng)足累積的過程，基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展更是如此。且讓我們拭目以待，不畏將來，靜待花開。

四、結(jié)論與展望

“北斗”系統(tǒng)作為我國(guó)在未來建設(shè)數(shù)字工業(yè)化強(qiáng)國(guó)所必備的新型基礎(chǔ)設(shè)施之一，是幫助我國(guó)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)工業(yè)化到社會(huì)信息化的重要手段，也是我國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)步、自主科研攻關(guān)水平取得突破性進(jìn)展的重要標(biāo)志。北斗三號(hào)衛(wèi)星的建成，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域取得了巨大成功，北斗也因此成為一張中國(guó)名片，享譽(yù)海內(nèi)外。為了更好的開發(fā)和利用北斗，充分發(fā)揮北斗衛(wèi)星的力量，為我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有力的支撐和保障。中國(guó)政府應(yīng)以合理的調(diào)控措施引導(dǎo)和支持經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)上的北斗產(chǎn)業(yè)和北斗應(yīng)用的良性發(fā)展，充分挖掘“北斗”的市場(chǎng)潛力。同時(shí)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，在北斗的民用發(fā)展規(guī)劃上，充分借鑒歐美國(guó)家的導(dǎo)航系統(tǒng)的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，積極適當(dāng)?shù)拈_放衛(wèi)星導(dǎo)航政策，增加市場(chǎng)活力。以巨大的經(jīng)濟(jì)力量和政策保障和推動(dòng)北斗導(dǎo)航核心技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程，早日形成完整的、具有風(fēng)險(xiǎn)抵御能力的配套產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)我國(guó)“北斗”產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模有序化的發(fā)展，以開發(fā)更廣闊的市場(chǎng)，從而為人們的日常生活以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展注入更多活力源泉。

北斗三代衛(wèi)星的成功組網(wǎng)，不僅標(biāo)志著中國(guó)人在衛(wèi)星航天的尖端技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了對(duì)西方國(guó)家的突破和追趕，更是在中華民族實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興的過程中邁出了重要一步，感謝每一位北斗人為實(shí)現(xiàn)國(guó)家復(fù)興，核心技術(shù)自立做出的犧牲與貢獻(xiàn)，這種不甘人后，敢為人先的奮斗理念正是對(duì)中華民族五千年來自強(qiáng)不息的民族精神最好的詮釋。