資料圖：北鬥衛星導航系統（beidou.gov.cn）
19日凌晨，我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭，以「一箭雙星」方式成功發射兩顆北鬥三號全球組網衛星。
北鬥衛星導航系統總設計師楊長風當天在接受記者採訪時表示，自此，北鬥三號基本系統星座部署圓滿完成，中國北鬥邁出從國內走向國際、從區域走向全球的「關鍵一步」。
吃過GPS的虧
說到全球衛星導航系統，大家腦海中第一個浮現的可能就是GPS（全球定位系統）。
GPS有多強大？
地圖導航、打車軟體、共享單車，包括汽車無人駕駛、飛機自動駕駛，現代人出行幾乎離不開GPS；
大型電網、金融交易、電信通訊離不開GPS星上原子鐘的精密授時；
高鐵、機場等基建工程離不開GPS精準標定；
甚至科學領域，研究地球重力場、磁場、板塊運動、大氣、海洋、冰川、自然災害的衛星，都需要GPS系統幫助衛星精密定軌。
戰場上，GPS的出現，更是為人類戰爭史貢獻了一個新詞——"外科手術式打擊"。早在1991年海灣戰爭時期，GPS便初露鋒芒。原本需要數十架轟炸機、投彈數百噸才能完成的水壩轟炸任務，變成僅需2枚飛彈在數百公裡外突襲發射即可，第二枚甚至可以通過第一枚炸開的大壩缺口鑽進去。正是有了GPS的精確制導，戰機、坦克、艦船、飛彈才能實現精準打擊，讓大空間跨度作戰指揮變成可能。
說到這裡，大家可能有疑問了，既然有了GPS，為什麼中國還要花大力氣建設自己的北鬥系統？
事實上，GPS本質是一個軍用衛星導航系統，隸屬於美國空軍。美國國防部1973 年批准GPS 計劃，並於1994 年建成。從第一顆試驗衛星起算到全球系統建成共發射了41顆衛星。
GPS是從以軍用為目標的單一授權服務逐步轉向民用開放服務。早期GPS一家獨大時，美國軍方在所有民用信號上放了幹擾。直到俄羅斯格洛納斯（GLONASS）系統出現，美國為了應對競爭才取消了這個幹擾（2000年5月2日）。
從圖中可以看出，取消幹擾後，民用信號的定位精度直接從百米級提高到了米級。
目前，GPS仍包含軍用碼和民用碼兩種信號，而這兩種信號明顯不在一個量級，前者已達到毫米級別。
既然是美國人的GPS，當然優先服務於美國利益。作為運營者，停止GPS服務、增加幹擾、乃至提供虛假位置服務信息，都具有可執行性，這不僅對於民用，對於軍用更是致命的。
1999年印巴卡吉爾（Kargil）戰爭期間，美國直接關停了印巴戰區的所有GPS服務，導致雙方的武器和士兵瞬間「失明」，均遭受了巨大的損失。事後，印度徹底放棄了原先開發的GPS增強系統及與GPS相關的衛星，決心自己做一套獨立的系統。
而中國也因「銀河號事件」吃一塹長一智。1993年7月23日，美國無中生有地指控中國「銀河」號貨輪將製造化學武器的原料運往伊朗。當時，「銀河」號正在印度洋上正常航行，船突然停了下來。後來大家才知道，這是因為當時美國局部關閉了該船所在海區的GPS導航服務，使得船不知道該向哪個方向行駛，只能「乖乖」接受美國人的無理檢查。
百分百國產
實際上，在提出利用衛星進行導航定位的設想方面，中國是與世界同步的。早在上世紀70年代，幾乎在美國GPS起步的同一時段，中國就開始了自己的衛星導航系統設計，取名為「燈塔」，可惜因國家財力等原因，工程擱淺。
「銀河號」事件發生次年，也就是1994年，北鬥導航系統工程正式啟動，並逐步形成今天三步走戰略：2000年年底，建成北鬥一號系統，向中國提供服務；2012年年底，建成北鬥二號系統，向亞太地區提供服務； 2020年前後，建成北鬥全球系統，向全球提供服務。
「司南之杓，投之於地，其柢指南。」司南是最早的導航儀器，坐北指南就是導航，而司南的樣子恰好是北鬥七星的模樣。從指南針到北鬥，算是千年傳統。
2000年，北鬥一號，從無到有，兩顆衛星小幅起步揭開了中國衛星導航序幕。
經過近3年的調試、測試和試運行，2003年12月15日，中國第一代衛星導航系統正式開通運行，成為繼美國GPS和俄羅斯GLONASS之後，全球第三個建成並投入使用的衛星導航定位系統。
利用兩顆地球靜止軌道衛星實現區域導航定位，屬於世界首創。但是，雙星定位存在覆蓋範圍有限、無法提供高度（只能提供經緯度）、用戶數量受限等缺陷。建設北鬥二號提上議程。
這時，歐洲人向中國拋出橄欖枝，主動「邀請」中方加入伽利略全球衛星導航系統（GALILEO）。不同於美國GPS和俄羅斯GLONASS的軍用背景，歐洲「伽利略」是世界上第一個基於民用的全球衛星導航定位系統，該計劃於1999年2月由歐洲委員會公布。
其時，美國主導歐洲正對華實行武器禁運，中歐在高端技術上的合作，無疑撕開了一個口子。中國欣然接受，並承諾投入2.3億歐元的巨額資金，使「伽利略」計劃捉襟見肘的財政狀況得到極大緩解。
然而，造價僅僅相當於一個歐洲中型機場的伽利略系統（35億歐元）進展很不順利，歐盟麾下各國明爭暗鬥，項目不斷推遲。而中國雖然是投資方，卻慘遭排擠，歐盟很多核心技術的研究都把中國排除在外。
「2004年北鬥二號工程批准了以後，我們想跟歐盟引進星鍾。當時在談判的過程中，進展還不錯，但是到了最後籤協議的時候，突然歐洲說，不能給我們提供了。」北鬥衛星導航系統總設計師楊長風在央視《開講啦》節目中講述，「北鬥系統不能沒有這個星上的原子鐘。它是整個北鬥系統的核心。」
「怎麼辦？只能自己幹！」楊長風說，「六七十年代，我們自己造出了原子彈，現在我們的北鬥人，一定要造出我們的原子鐘。」
北鬥人頂著封鎖的壓力，組建三支攻關隊伍，你追我趕，經過兩年時間，自主開發研製出天穩定度達到10~14量級的原子鐘，授時精度50納秒。
這是什麼概念？
「星鐘的精度，十萬年只能差一秒，我們現在已經到了，三百萬年差一秒的精度。」楊長風無不動容地說，「從那以後，我們的北鬥關鍵的器部件，一定要百分之百的國產化，這些關鍵的核心的東西，一定要掌握在自己的手上。」
300萬年只有1秒誤差，徹底打破了他國壟斷。「擁有完全自主智慧財產權」這10個字，得來不易、字字千鈞。
換道超車
後發不意味著跟跑，八萬北鬥人換道超車，採取了一套與其他任一導航系統都截然不同的思路。
從星座部署上來看，北鬥系統採用的是混合星座構型，與其他導航系統的星座結構有明顯區別。美國GPS、俄羅斯格洛納斯和歐盟伽利略系統均採用中圓軌道（MEO）對稱星座，北鬥系統除MEO衛星以外，還採用了傾斜地球同步軌道衛星（IGSO）和地球靜止軌道衛星（GEO）。
啥意思？文科小編來一波強行科普。
資料圖：北鬥衛星導航系統（beidou.gov.cn）
北鬥衛星導航系統由空間星座、地面控制和用戶終端三大部分組成。空間星座部分由5顆地球靜止軌道（GEO）衛星和30顆非地球靜止軌道（Non-GEO）衛星組成。其中，Non-GEO衛星由27顆中圓地球軌道（MEO）衛星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星組成。
簡單一點說，每一顆導航衛星的本質就是告訴你這麼一個事情：現在幾點了（時間t0），我在哪裡（x0，y0，z0）。同時接收到4顆衛星的信號能準確定位地球上一個點。
27顆MEO衛星圍繞地球轉圈，可以保證對全球範圍內任一點的穩定覆蓋，符合常規衛星定位系統需求。
IGSO衛星和GEO衛星則是為中國乃至亞太地區特殊定製。5顆GEO衛星靜止在赤道上空，3顆IGSO由於傾斜設置相對地面做固定周期運動，投影軌跡始終保留在亞太區域。這樣一來，亞太地區幾乎可以保持至少12顆衛星可見，大幅提高該區域定位精度。在配合地面建設的增強基站情況下，實現分米乃至釐米級定位。
資料圖：北鬥系統星曆星座（beidou.gov.cn）發布時間：2018-11-21
自去年11月我國發射北鬥三號首發雙星開始，北鬥系統組網發射進入高密度期，僅1年時間，先後圓滿完成11次北鬥導航衛星發射任務，成功將19顆北鬥三號導航衛星和1顆北鬥二號導航衛星送入預定軌道，組網發射最短間隔僅17天，創造了北鬥組網發射歷史上高密度、高成功率的新紀錄。
從北鬥二號到北鬥三號，不僅僅是衛星數量的增加，北鬥三號在載荷、星間鏈路、雷射通信等方面都有創新，還增加了衛星搜救功能及全球位置報告功能，採用的星載氫原子精度比北鬥二號的星載銣原子提高了一個數量級。銣原子鐘每一萬秒的偏差在十乘以負十四次方，氫原子鐘精度更高，萬秒偏差在十乘十的負十五次方秒。
提到星間鏈路，算得上是北鬥人的又一創新。
我們知道，衛星發送上天后，並不是一個失去聯繫的風箏。地面隨時需要向衛星上注入一些數據，糾正它的一些偏差等等，來確保整個系統長期穩定的運行。為此，GPS在全球範圍內部署了很多的地面站，來構建全球系統。
但北鬥在區域拓展過程中，碰到的第一個攔路虎是如何去海外建站。海外建站，周期長、國際上的協調難度大，似乎是一個短期不能攻克的難關。於是，北鬥人將目光投向了空中。
通過在衛星間開闢通道，讓衛星和衛星之間能夠星探星、手拉手，這就是星間鏈路。在浩瀚的宇宙，兩顆衛星在各自的軌道上相距5萬到7萬公裡，仿佛就是兩顆塵埃。北鬥星間鏈路技術讓這樣兩顆塵埃，在一百毫秒裡，相互捕獲、鎖定，交互信息。
嶄露頭角
北鬥還有一個獨門絕活：短報文功能，通過衛星實現天地雙向通信。
無論是GPS、格洛納斯還是伽利略，都只能單向接收衛星信號。「北鬥系統具有短報文和位置報告服務能力，這是打破技術封鎖走向全球的優勢所在。」中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其如此描述北鬥的奧秘。
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「知道我在哪，也知道你在哪」，這項功能甫一問世，便得到漁政、水文監測和森林防火部門的青睞，並在2008汶川地震救災中嶄露頭角。
地震發生後，災區通訊系統、電力系統全部中斷，救援部隊緊急配備了1000多臺「北鬥」終端機，救援隊員手持終端機，通過短報文方式，實時將災區情況報告救援指揮中心，為災區人民打開了一條生命通道。
漁民更是將北鬥視作「救護神」，稱其為「海上媽祖」。 2012年1月，中國商船「盛泰11號」在湄公河金三角水域遭到了襲擊。當時，遇險船隻第一時間通過北鬥系統發出了求救信號，中國海事、公安部門根據系統提供的位置和遇險情況，及時解救了遇險船隻。
飛入尋常百姓家
打開你的手機，北鬥正在為你服務。
目前世界主流手機晶片大都已支持北鬥，國內銷售的智慧型手機，北鬥正成為標配。北鬥信號的獲取主要取決於手機處理器（SOC）中集成的定位晶片，目前大多SOC都能同時支持GPS、北鬥和GlONASS。
交通出行，北鬥正在為你導航。
根據交通運輸部最新數據統計，全國已有超過617萬輛道路營運車輛、3.5萬輛郵政和快遞運輸車輛、36個中心城市約8萬輛公交車、370艘交通運輸公務船舶安裝使用或兼容北鬥系統。
民航也將依託北鬥建設航空器全球追蹤系統，國產民航運輸飛機首次搭載了北鬥系統。
交通運輸部還針對長江航運等重點領域，研究出臺了具體措施，分階段穩步推動北鬥系統在交通運輸行業實現全覆蓋。
僅僅依靠「天上」的衛星，定位精度往往只能控制在10米量級，而要提升這個精度，短時間來看似乎只能從「地上」下功夫。
眼下，就有一張由1400多個北鬥基站和上萬臺套設備組成的「北鬥網」在中國境內鋪開。完全建成後，普通用戶有望感受到從10米到分米級、釐米級的體驗飛躍。「北鬥的高精度服務，在中國將成為一種像水電一樣的公共服務！」
從0到2萬億。
《2018中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》披露，2017年我國衛星導航與位置服務產業總體產值已達到2550億元，同比增長20.4%。其中與衛星導航技術直接相關的晶片、器件等產業核心產值佔比為35.4%，達到902億元，北鬥對產業核心產值的貢獻率已達到80%。
預計到2020年，北鬥應用在交通運輸、精準農業、城市綜合安防和智慧城市建設等主要細分市場的規模有望超過2萬億元。
5年來，我國推出的全球首個支持「北鬥」的加速輔助定位系統，服務覆蓋200餘個國家和地區，用戶突破1億，日服務達2億次。北鬥真正「飛入尋常百姓家」，逐漸成為一項平民化、普通百姓常用的高精尖技術。伴隨著「北鬥+」融合應用新模式，明日的「北鬥」，或許只受想像力限制。
走向世界
「我們建設北鬥關鍵還是在用。只有用得更加普及，更加深入，這才是贏家。」「兩彈一星」元勳、「衛星之父」孫家棟院士說過的一段話直到現在還讓北鬥人記憶猶新。
11月19日北鬥三號系統第十八、十九顆組網衛星發射成功，標誌著我國北鬥三號基本系統星座部署圓滿完成，「將衛星服務區域正式擴大至『一帶一路』國家和地區」。隨著2019年繼續布網剩餘衛星，屆時，北鬥將徹底點亮全球。
資料圖：北鬥系統可見衛星數（beidou.gov.cn）發布時間：2018-11-21
目前，北鬥系統和美國GPS系統、俄羅斯格洛納斯系統以及歐盟伽利略系統一起，共同被聯合國確認為全球衛星導航系統（GNSS）四大核心供應商。
大家知道，導航衛星受到軌道資源限制，頻率資源也是有限的，北鬥與其他系統既存在競爭關係，同時也存在合作需求。北鬥三號組網衛星更是自帶全球「基因」，在設計建造之初就已考慮對其他衛星導航系統的兼容性，藉由兼容互操作技術，使用戶可以在終端上接收多個信號。
2017年12月，中美雙方籤署《北鬥與GPS信號兼容與互操作聯合聲明》，北鬥與GPS「閃婚」，實現民用信號互操作。中俄雙方計劃在2018年至2020年間規劃連接西安至莫斯科的路線，為北鬥提供全球服務「保駕護航」。
可以預見在未來某一天，北鬥和其他系統都可以兼容，北鬥的用戶可以使用其他衛星導航系統，「在天上100多顆衛星的照耀下，大家享受的衛星導航服務也會更舒暢」。
「北鬥既是中國的，也是世界的。」北鬥衛星導航系統總設計師楊長風說。