根据美国国家标准技术研究所（NIST）委托撰写的一份最新报告，如果全球定位系统（GPS）失灵30天，美国的经济损失将达300亿~450亿美元，可能会出现这些问题：无法卸货的货船在美国各港口外造成交通堵塞；急救人员需要更长的时间才能到达火灾、事故和犯罪现场；手机用户会频繁遇到通话中断和服务质量下降等问题，电信网络也可能随后崩溃等等。

卫星导航系统的重要性毋庸置疑，于是在过去30多年内，中国航天人筚路蓝缕、以启山林，从无到有，从有源定位到无源定位，从服务中国到服务亚太，再到全球组网，今日之北斗（北斗卫星导航系统）已成为世界的北斗，服务全球用户。

一直以来，业界普遍认为北斗能和美国的GPS一决高下，可也有一些人认为，中国发展北斗导航毕竟时日尚短，怎么能跟“资历很深”的GPS相抗衡？北斗真实实力究竟如何，是否被过度高估？今天，「哈工创投」带您了解北斗的重要意义、特点、优势，以及潜在的巨大商业机会。

全球卫星导航系统“F4”

全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）是一个能在地球表面或近地空间的任何地点为适当装备的用户提供24h、三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。一个独立自主的全球卫星导航系统在提供时间与空间基准、智能化手段以及所有与位置相关的实时动态信息等方面发挥了关键性作用，对于一个国家的国防、军事、经济发展以及公共安全与服务具有深远的意义，是现代化大国地位、国家综合国力及国际竞争优势的重要标志。

通俗地说，卫星导航系统是一群距离我们两万公里的星星，它们不会发光也不会发热，甚至肉眼没有办法观察到它们，却全天候的为我们提供精准及时、可靠稳定的定位、导航、授时服务。

全球卫星导航系统国际委员会（International Committee on Global Navigation Satellite System，ICG）公布的全球4大卫星导航系统供应商，包括美国的全球定位系统（global positioning system，GPS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system，GLONASS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（Galileo navigation satellite system，Galileo）和中国的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）。

图 | 四大卫星导航系统对比（来源：SELF）

GPS是美国20世纪70年代末开始建设的第二代卫星导航系统，1994年开始运营并提供服务。目前GPS已是星座构成最完善、定位精度最稳定、应用最广泛并呈现市场垄断的卫星导航系统。

GLONASS是苏联在1976年开始建设，1996年1月18日正式建成，但GLONASS在20世纪90年代后期经历俄罗斯的经济动荡后，从2003年开始进入全面升级和发展阶段，并于2011年年底实现全球覆盖。

Galileo是欧盟正在建立的世界上第一个具有一定商业性质的完全民用的卫星导航系统，2003年开始实施，经历短暂的缓慢发展后，正以高速的发展趋势进入国际GNSS领域。

BDS北斗系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。2020 年 7 月 31 日，中国建成北斗三号全球卫星导航系统，向全球提供高精度、高可靠定位、导航和授时服务。

为什么建设北斗系统

想必会有很多人问起这个问题：GPS系统发展了很多年，商业化应用已经非常廉价、高效，为什么还要花巨额资金建设自己的北斗系统？

事实上，GPS本质是一个军用卫星导航系统，隶属于美国空军，常年保持32颗在轨工作。这个系统主要包含军用和民用两种信号，军用信号和民用单频信号的最高定位精度级别不在一个量级，前者是毫米级别（利用载波相位），后者是分米级别。

在军用领域，GPS的出现，为人类战争史贡献了一个新词“外科手术式打击”，该词起源于1990年的海湾战争，GPS精密制导武器崭露头角。目前，美国几乎所有的飞机、坦克、舰船、单兵、精确制导弹药都在使用GPS。

在民用领域，我们日常生活中用到的定位服务，包括但不限于地图导航、共享单车/打车等，都依赖GPS。大型电网、金融交易、电信通讯等都需要精密授时；科学领域，很多研究地球重力场、磁场、板块运动、大气、海洋、冰川、自然灾害的卫星，都需要GPS系统帮助卫星精密定轨；大型基建工程，例如高铁、大桥、机场建设，也需要GPS标定；新兴技术中自动驾驶、精准农业亦是如此。

但GPS是是以美国利益为第一位，作为运营者，停止GPS服务、增加干扰、乃至提供虚假位置服务信息，都具有可执行性，这不仅对于民用，对于军用更是致命的。

1993 年，美国以中国银河号货船运载违禁物品为借口，关闭了货船所在海域的 GPS 信号，银河号无计可施，在海上漂了 33 天。到了2002 年，欧盟为避免被美国 GPS 遏制，要建立自己的全球卫星导航系统，第二年中国携资 2.3 亿欧元参与伽利略系统开发，但很快被排斥在核心技术之外，最终这场合作在 2008 年不欢而散。

自此，北斗系统走上完全自主研发之路，经过几代科学家 26 年的努力，北斗三号系统终于建成，并在全球范围内投入应用。值得一提的是，北斗系统所需的核心部分星载原子 “钟” 和芯片，以及所有配件，中国有 100% 自主产权。

北斗两大“绝活”

在我国长期航天技术积累和导航系统技术发展的后发优势下，我国采取了一套与其他任一导航系统都截然不同的思路。

一. 3种轨道

北斗系统是混合星座 ，因为北斗系统除了有 GPS 和伽利略系统所具备的中圆轨道的卫星之外，还具有地球静止轨道和倾斜地球同步轨道，这样能够用最少的卫星实现最好的覆盖效果，提高定位的精准性。

北斗的地球静止轨道和倾斜同步轨道是为中国乃至亚太地区特殊定制而来，在亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。在配合地面建设的增强基站情况下，实现分米乃至厘米级定位亦很现实。

二. 3种频率

电离层会影响电磁波传播，是卫星导航定位的最大误差源，必须消除。电离层的干扰与卫星信号频率相关，因而采用至少双频信号可以构建电离层延迟修正模型最大限度去除这部分干扰因素，对定位精度的提升非常显著，三频则可以构建更复杂模型消除高阶影响。

此外，在三个频段上发射也增加了不同信号（军用、民用）的调制选项，抗干扰能力得到提升，也提高定位可靠性，对于厘米级乃至毫米级定位中最核心的载波相位模糊度解算也大有益处。

三. 短报文系统

除北斗之外的其他卫星导航系统只接收太空信号，不与通信卫星进行任何交流。而北斗的接收机可以和卫星进行交流，最典型的应用是可以发布140个字的短报文，就像现在人们平时用的“短信”，既能够定位，又能显示发布者的位置。

更重要的是，北斗的短报文功能可以实现双向通信，提供的指挥端机可进行一点对多点的广播传输，为各种平台应用提供了极大便利，在国防、民生和应急救援等领域具有很强的应用价值。

特别是在灾区，在通讯、电力中断或移动通信无法覆盖北斗终端的情况下，可以使用短报文进行通信。2008年汶川地震时，进入重灾区的救援部队利用120字的短报文突破通信盲点、与外界取得联系，及时向指挥部汇报了灾情。

四. 星间链路

星间链路，顾名思义是指卫星与卫星之间的链路，当然也可以扩展为航天器与航天器之间的链路。星间链路具有星间通信、数据传输、星间测距和星间测控等功能。

通过星间链路，所有在轨北斗卫星间可以通信、测距，很大程度上降低导航卫星对地面运控系统的依赖，通过星间测距、星间通信和星上数据处理，实现导航星历的自主更新，使其成为真正的自主运行能力。一方面弥补监测站分布局限性和稀疏性对星座精密星历确定的不利影响；另一方面，星间链路技术也能大大提高导航系统可靠性。

万亿产业按下启动键

从“建设北斗”到“应用北斗”，是一个全新的征程，有人问过北斗系统可以做什么？官方回答是：北斗系统的应用只受想象力的限制。

实际上，卫星导航服务一直都是一个巨大的市场，而且仍在高速增长。欧洲全球导航卫星系统局发布的《2019年全球卫星导航市场报告》预测，到2029年，全球卫星导航市场总产值预计约为3244亿欧元（约2.6万亿人民币），将会比2019年的1507亿欧元翻一番，而亚太地区市场容量将超过全球一半。

来自中国卫星导航定位协会的《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》数据也显示，2019年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3450亿元，较2018年增长14.4%。而中商产业研究院的数据则显示，2018年，我国卫星导航与位置服务产业总体产值超过3000亿元；2019年产业规模超3600亿元；预计到2020年产值将超4360亿元。

尤其是在随5G而来的万物互联网的新时代，万亿级别的物联网，数量远超智能手机的智能硬件，都需要定位服务，这也带来了“北斗+5G”无比巨大的想象空间。诸如，智能交通、智慧物流、公共安全、互联网应用、IoT物联网、无人机无人车、智慧城市、气象预报、能源调度、农林牧渔、减灾救灾。

走在全球前列的中国5G，加上北斗加持，以及中国数字经济的快速发展，如此的大背景之下，“掘金万亿市场”的号角声似乎已经吹响。

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