國務(wù)院新聞辦公室2016年6月16日發(fā)表的《中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)》白皮書指出，20世紀(jì)后期，中國開始探索適合國情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路，逐步形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。

  在第八屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會上，中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已與多個共享單車玩家合作，利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，實現(xiàn)米級，甚至亞米級高精準(zhǔn)時空定位。視覺中國供圖

北斗導(dǎo)航定位共享單車

  在如今這個抬起手表就能看到“時間”，打開手機(jī)就能知道“位置”的時代，人們獲取時間、空間的方式變得極為簡單，簡單到人們可能都意識不到，在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供時空基準(zhǔn)服務(wù)之前，定位“我在哪”是根本無法想象的事情，更不必說步入所謂的萬物互聯(lián)時代。

  繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后，北斗系統(tǒng)讓中國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，正是這些衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以廣泛、便捷、廉價的方式連接了時間和空間，為萬物互聯(lián)提供最基本的可能。在前不久舉行的第八屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會（以下稱“北斗年會”）上，有關(guān)北斗的最新情況披露：今年下半年將正式開始全球組網(wǎng)，拉開面向全球服務(wù)的帷幕。

  屆時，所謂北斗，將不再只是太空中遙遠(yuǎn)而又高冷的衛(wèi)星，通過北斗芯片的研發(fā)升級，手機(jī)、共享單車等設(shè)備的應(yīng)用，地上的人類和天上的北斗之間將建立一種“穿越大氣層和時間”的聯(lián)系，甚至為全球用戶提供高精度、全天時、全天候定位導(dǎo)航授時服務(wù)。

  正如北斗系統(tǒng)總設(shè)計師楊長風(fēng)在北斗年會上所說：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航所提供的位置和時間信息，將成為萬物互聯(lián)不可或缺的要素，既是至關(guān)重要的物品標(biāo)簽，也是一切經(jīng)濟(jì)活動的記錄，更是世界生生不息的見證。

經(jīng)緯度定位為何取代不了門牌號

  在北斗年會上，北京大學(xué)工學(xué)院航空航天工程系教授、北京大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院副院長程承旗連續(xù)問了幾個和“經(jīng)緯度”有關(guān)的“位置”問題——“影視作品里通過某個經(jīng)緯度，可立即查出某個地方的位置，但現(xiàn)實生活中，為何我們家里的門牌號碼沒有用經(jīng)緯度來標(biāo)識？”“怎么才能快速計算物體之間的相對位置關(guān)系，比如對飛行器進(jìn)行航路規(guī)劃，用經(jīng)緯度串成組的矢量矩陣就可以嗎？”

  在程承旗看來，經(jīng)緯度之所以難以解決這些問題，根本原因在于經(jīng)緯度的“點”特性，對描述空間“區(qū)域”存在一定局限。說白了，有了經(jīng)緯度，可以知道你家在哪個小區(qū)甚至哪個樓，但具體到哪一層即三維空間里的“高”，以及你家有多大空間時，就不得而知了。

  程承旗說，幾百年來，人們建立經(jīng)緯度位置體系，可以方便地確定地球上每一個“點”的位置。但長期以來，人們想描述一個“面”，或一個“體”的區(qū)域位置卻十分復(fù)雜，通常要用一串經(jīng)緯度坐標(biāo)來描述。如此，既不方便報送，也很難標(biāo)識索引，所以大家干脆用各種代碼來代替，比如ID碼、門牌號、電線桿號、井蓋號，等等。

  在邁向北斗全球?qū)Ш降慕裉?，科研人員提出了一種新的區(qū)域位置編碼體系，支持陸、海、空、天和地下空間的“區(qū)域”標(biāo)識。程承旗所研究的“北斗網(wǎng)格碼”就是在這一背景下提出的。

  事實上，衛(wèi)星導(dǎo)航的本質(zhì)就是定位，能否提供高精度的時空基準(zhǔn)服務(wù)，是驗證其成敗的標(biāo)準(zhǔn)。而所謂“北斗網(wǎng)格碼”，有人比喻稱其是空間大數(shù)據(jù)的集裝箱，就是北斗系統(tǒng)專門研發(fā)的全球區(qū)域位置標(biāo)識編碼。

  程承旗說，未來這一技術(shù)一旦走進(jìn)人們生活，每個人都可能會記住幾個常用的北斗碼，比如家庭門牌北斗碼，單位停車位北斗碼等；而每個城市基礎(chǔ)設(shè)施部件上都能見到北斗碼，電線桿、消防栓，甚至是建筑物上的一個螺栓，都有可能擁有專屬的北斗碼。

  “不妨設(shè)想一下，當(dāng)我們的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端都能自動輸出北斗網(wǎng)格碼的時候，那將會是一個什么樣的場景？” 程承旗說，這意味著，北斗網(wǎng)格碼有可能作為一個入口，開啟“萬物互聯(lián)”。今后任何人走到任何地方，也許就不再需要掃碼，通過北斗網(wǎng)格碼即實現(xiàn)智能推送。

衛(wèi)星信號走過兩三萬公里削弱了咋辦

  所謂萬物互聯(lián)，有一種形象的說法，即將一切還未聯(lián)接起來的人、數(shù)據(jù)、流程和萬事萬物都聯(lián)接起來，而目前全球僅有1%的事物與網(wǎng)絡(luò)相連。有人就認(rèn)為，要想實現(xiàn)這一點，“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)+”是前提。

  不過，在北斗年會上，中科院院士、北斗系統(tǒng)副總設(shè)計師楊元喜卻表示，如果沒有PNT體系即定位(Positioning)、導(dǎo)航(Navigation)、授時體系(Timing)——這三個維度和工具，一切很可能淪為“空中樓閣”。以大數(shù)據(jù)為例，如果沒有PNT，就是一堆“亂數(shù)據(jù)”“雜數(shù)據(jù)”。他說，大數(shù)據(jù)的挖掘要根據(jù)定位、導(dǎo)航、授時來尋找線索、發(fā)現(xiàn)規(guī)律從而提供決策。

  目前最常見的PNT信息，都是由全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的。不過不管是美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯，還是中國的北斗，都具有一個天然的“脆弱性”，即“信號弱、穿透能力差、易被欺騙、易被干擾”的問題。

  正如中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其所說，一顆距離地球兩三萬公里的衛(wèi)星，發(fā)出的信號抵達(dá)地面后不可避免地會有所削弱，而且，空間段衛(wèi)星的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行也極具挑戰(zhàn)，衛(wèi)星本身和衛(wèi)星的重要載荷可能出現(xiàn)故障，等等，這樣，單靠導(dǎo)航衛(wèi)星提供PNT服務(wù)，很難做到百分之百的保障。

  如此一來，通過多手段建立一個時空領(lǐng)域的綜合PNT體系就顯得十分必要。這次北斗年會上，冉承其也透露，未來中國擬加快推進(jìn)以北斗系統(tǒng)為核心的國家綜合PNT體系建設(shè)，爭取到2030年前后，構(gòu)建基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋無縫、安全可信、高效便捷的國家綜合PNT體系。

  在楊元喜的設(shè)想里，綜合PNT可能的信息源，除了包括北斗系統(tǒng)在內(nèi)的高低軌天基無線電，還可以包括地基無線電、重力匹配導(dǎo)航、磁力匹配導(dǎo)航以及天文導(dǎo)航，甚至是量子導(dǎo)航等。

  以量子導(dǎo)航為例，楊元喜說，既然量子可以通信，為何不能導(dǎo)航？至少從理論上來看，通過“測站點”發(fā)送具有糾纏特性的脈沖信號到“已知點”，測定脈沖到達(dá)的時間，即可計算距離。而且，量子導(dǎo)航可能還具有保密性、安全性等方面的優(yōu)勢。

  在北斗年會上，一位北斗產(chǎn)品廠商代表問楊元喜，“如果說北斗系統(tǒng)的一些芯片是從國外采購的，那么未來即將建設(shè)的PNT系統(tǒng)還能稱得上是國產(chǎn)嗎，生產(chǎn)廠商又該如何追求‘國產(chǎn)化’呢？”

  楊元喜說，他只能提出希望，希望我國的科研團(tuán)隊和相關(guān)廠商，花大力氣研究自己的北斗芯片等產(chǎn)品，畢竟這些是北斗系統(tǒng)真正實現(xiàn)自主應(yīng)用的一個前提。

芯片國產(chǎn)化加速北斗應(yīng)用邁向物聯(lián)網(wǎng)時代

  在北斗年會期間，一款僅有鉛筆尖大小的28納米北斗芯片對外發(fā)布，業(yè)內(nèi)專家稱，這款芯片有望讓北斗應(yīng)用加速步入“物聯(lián)網(wǎng)時代”。楊元喜說，這意味著至少在中國生產(chǎn)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端以及接收機(jī)，已經(jīng)是“中國芯”。

  來自中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室的消息顯示，目前我國已經(jīng)啟動了北斗三號全球系統(tǒng)建設(shè)，而在北斗三號前期論證中，就明確提出元器件和器部件國產(chǎn)化自主可控的目標(biāo)。

  北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)副總設(shè)計師謝軍說，截至目前，隨著我國元器件生產(chǎn)廠家技術(shù)能力和工藝水平的提升，北斗三號關(guān)鍵部件目前全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。他說，2015年我國發(fā)射了幾顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，目前在軌運(yùn)行良好，這也證明我國國產(chǎn)化能力已滿足可靠性要求。

  謝軍說，元器件國產(chǎn)化作為整個北斗工程的一個重要縮影，對我國基礎(chǔ)工業(yè)有極大的推動和牽引作用，同時，國家工業(yè)基礎(chǔ)的進(jìn)步也保證了北斗系統(tǒng)的發(fā)展，兩者互相促進(jìn)。

  北斗人流傳著一句話：“國產(chǎn)化我驕傲，國產(chǎn)化我心跳。”前者是說我國自主技術(shù)已經(jīng)涉及北斗系統(tǒng)建設(shè)的各個方面，后者則折射出其國產(chǎn)化道路上遭遇的種種不易。

  北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師楊慧透露，午夜12點是衛(wèi)星最易出問題的時間段，不同于部分國外成熟的技術(shù)，我國國產(chǎn)化是在不斷摸索、不斷歸零中提升的。“曾幾何時，最怕夜間接到來自衛(wèi)星廠房的電話，因為不知道要面對哪些新的難題?！彼f。

  如今，在這次年會上，一家共享單車公司和一家生產(chǎn)北斗芯片的公司正式簽約，對外宣稱要推出北斗智能鎖，實現(xiàn)車輛精細(xì)化管理，有望解決當(dāng)前困擾大家的單車定位不準(zhǔn)、人找車、單車亂停亂放難管理等難題。一位專家告訴記者，這種簽約的底氣，正是來自北斗國產(chǎn)定位芯片的研制成功。

  業(yè)內(nèi)有這樣一句名言：“衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用只受想象力的限制?！比匠衅湔f，作為典型的國家重器，北斗將像水、電，還有公路一樣，保障社會的運(yùn)行發(fā)展。

  他告訴記者，目前，公交車、出租車的北斗應(yīng)用已相當(dāng)成熟，網(wǎng)約車加入北斗系統(tǒng)、物流電商平臺與北斗對接、北斗自動駕駛汽車誕生、北斗高精度車輛后視鏡應(yīng)用也已經(jīng)開展。未來，以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈?zhǔn)挚善凇?/span>