中 国北斗卫 星导航系 统为何令美国恨 之入骨？-金融好望角
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国际上有一个高大上的俱乐部，它只有四个会员，却吸引了各国首脑的关注和众多顶级科学家工程师的研究，这个俱乐部就是GNSS（全球导航卫星系统），四个会员分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、中国北斗COMPASS。
中国北斗是个新会员，同时也是发展势头最猛的会员洛克车，北斗是咋回事？对我们的生活有什么影响？这是一个很有意思的话题。关于北斗，学术期刊上的文章有很多了，但专业文章的术语太多，普通人读不懂，而且也不会有兴趣去读。

媒体和网络上也有一些介绍性的文章，多数是彰显政府成就的宣传稿，内容比较零散，不便于读者全面了解，而且很多文章的说法并不准确，显然是非专业人士写的恶魔契约书。科技报道不是由科技人士撰写，而是文科出身的记者捉笔，这种现象是国内科技报道的痼疾。
因为专业的原因，我一直关注着北斗，而且多年通信专业基础课的教学实践，培养了我将复杂的专业问题用通俗的语言描述出来的特长。我利用了两个月的业余时间，查阅了大量公开发行的资料，梳理出了这篇全面介绍北斗卫星的科普长文。1
从GPS说起
1957 年10月4日，苏联发射了全世界第一颗人造地球卫星，开创了人类的空间世纪。美国对此密切关注，有一位名叫比尔.盖伊和数学家和一位叫乔治.威芬巴赫的物理学家，黄秋葵的做法他们在霍普斯金的应用物理实验室里发现了一个现象，那就是这颗卫星的频率出现了偏移，经研究发现是相对运动引起的多普勒频移效应。
这两位科学家对此进行了实验研究，发现如果在地面上架设多部接收机，就可以根据接收到的信号的不同频差推算出这个卫星的具体位置，他们很高兴地把这个研究成果告诉了实验室主任弗兰克.麦克卢尔皿天全方罍，说他们已经实现了对苏联卫星的多普勒定位跟踪。

多普勒定位原理
弗兰克主任当时在做海军的一项研究，研究内容是五角大楼如何知道茫茫大海中军舰的具体位置，听到两位科学家的汇报后他眼前一亮，既然你们能够发现卫星在哪里，如果把问题反过来，卫星就能发现你们在哪里，海军军舰定位的问题有思路了！
GPS系统就按这种思路启动了，方案中需要解决的第一个问题就是：卫星该采用低、中、高哪种轨道？如果采用低轨道的话，发射成本比较低孟丹青，精度比较高，但若覆盖全球的话则需要200颗卫星，这样浩大工程实在是负担不起。

如果采用高轨道，理论上三颗卫星就能覆盖全球，但除了高轨道卫星的发射难度大之外，更主要的是定位精度会很低，原因有两个：一是轨道太高会导致测量误差大，二是静止轨道与地面物体的相对速度很小，不利于使用多普勒频移的解算方法。
中轨道是比较折衷的方案，覆盖全球只需要24-36颗卫星，由于轨道是运动的，即使地面的物体不动，但相对卫星的速度也很大，这就可以充分利用多普勒频移方法了。
基于以上综合考虑，美国选择了24颗卫星的中轨道星座，1978年发射了第一颗，全系统在1995年投入运行，现有卫星30颗，分为军用和民用两种定位模式，其中民用方式向全球开放。
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美国是不是活雷锋？
GPS是个好东西，对人们生活品质的提升相当大，例如汽车和手机导航就非常重要，人们告别了在纸制地图上找路的历史香港先生。
GPS对于探险航海就更重要了，关键时刻可以救命。这么好的东西，美国又投入了巨资，居然向全世界免费，难道美国政府是活雷锋？

其实即使GPS不免费那也收不上来钱，为啥这样说呢？因为GPS是单向通信体制，这跟广播电视塔类似。
广播电视塔大家都知道，它只管发射信号，到底有1个收音机听还是1万个收音机听，广播电视塔是不知道的，GPS系统也是如此，30颗卫星只管不停地向地面发信号，具体是谁在接收并使用这些信号，它是根本不知 情的，既然不知情，那还怎样收钱？
如果GPS免费，则一定会在全球形成巨大的市风雨西关场，依托这套系统会产生新的国际性产业，同时会形成一股强大的国家软实力，所以说GPS免费是符合美国国家利益的。

GPS 免费对全世界的民生来说是个福利，但在军事方面却是个挑战，美国敌对国家的军机战舰上当然也可以安装，美国人也禁止不了，这对美国是不是一个威胁呢？
其实 GPS开放的只是民码，精度比美国军方使用的军码差了十倍，先天就挫了一大截。更重要的是，万一跟美国打起了仗，人家把GPS民码给你一停，你已经很依赖 GPS了，甚至连指南针都丢了，这可就抓瞎了。
如果美国不给你停GPS，而是发个欺骗码，瞄准美国的导弹就可能飞到自己的阵地上走出蓝水河，这更加可怕。

所以说，他国的军备绝不能使用美国的GPS，一旦形成依赖就会像吸毒者一样无法自拔，必须要发展本国的定位导航系统。
当然，发展本国的定位导航系统也只是少 数大国的权利，至于泰国墨西哥等小国家其实是不必操这个心的，因为全球定位导航系统实在是太浩大，综合国力微弱的小国家们根本就造不起，还是老老实实地继 续用GPS吧，这倒也省心。
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北斗一代的由来
中国是个有抱负的大国，在定位导航卫星这事上可不能图省心，实际上从上个 世纪70年代就已经开始闹心了，七五规划中提出了“新四星”计划，随后提出过单星、双星、三星、三到五颗星的区域性系统方案，以及多星的全球系统设想。研究、论证、再研究、再论证……从来就没有停止过。

80年代初期，以“两弹一星”元勋成芳允院士为首的专家团体提出了双星定位方案，这是当 时公认的最优方案，但因经济条件等种种原因又搁置了十年。
1991年是个重大转折点，海湾战争把中国人打醒了，美国的GPS在作战中的应用非常成功，决策层深刻意识到以后打仗没这东西是真的不行，被搁置十年的双星定位方案于是马上启动。
为啥不像美国那样搞30颗卫星的系统呢？
当时的国情是 又没经验又没钱，刚起步可得悠着点，从小打小闹开始吧，上来就玩大的容易搞砸锅。

海湾战争中的美军精确制导
一定会有网友问，在空间中三个坐标才能定位，两颗卫星不够用啊？
这是个好问题，双星定位方案中有个高度仪，用户需要自测高程，并将结果作为第三个坐标，这就好比是在地球中心装了一个虚拟的卫星，这就实现了三星定位。
那为什么不 干脆发射三颗卫星呢？
原因很简单，高度仪很便宜魂断疯人院，这个方案更省钱。只有两颗星，当然不能像美国GPS那样搞中轨道的，轨道低了覆盖面就小，两颗中轨道卫星多数时间会在中国上空以外的地方飞行，那中国大陆还咋用呢？

因此只能搞高轨道的，而且还得是静止的，这样才能妥妥地停在中国大陆的上空。
静止高轨道是双星定位的必须选择，从技术上讲这毫无疑问是正确的，但却埋下了性能不强的隐患，这就是要谈的下一个问题，北斗一代被诟病。
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北斗一代被诟病
MH370 失联后出现了很多科普，令公众熟悉了多普勒效应这个名词，那多普勒效应对卫星来说到底是好事还是坏事呢？
这要看是哪一种卫星，多普勒效应对导航定位卫星来 说是好事，因为卫星相对地面物体被测物体的相对速度越大，多普勒效应越明显，定位就会更加准确，这甚至是定位导航卫星的核心原理基础。

多普勒效应
但是，多普勒效应对通信卫星来说就是坏事了，因为频率偏移会导致通信失败，必须得做修正。
例如位于印度洋上空的亚太国际通信卫星就是相对地面固定的，失联的 MH370在最后阶段发出的7次探寻信号被这颗卫星测出了频率偏移，这本来是要被修正掉的数据，没想到这却成了推测飞机航迹的唯一证据。用一句话总结就 是：用通信卫星干了定位卫星的活张倍宁，把本来是坏事的多普勒效应变成了好事。
既然中国的这两颗卫星是静止轨道的，自然可以与国际通信卫星一样完成通信任务，于是既能定位又能通信就被设计成为了北斗一代的技术特点，而GPS等其它定位导航系统都是不支持通信功能的。

美国GPS不具备北斗这样的通信功能，这真不能说人家技术落后，因为人家的卫星系统是各司其职的，定位卫星和通信卫星两套系统的性能都很优异。而中国北斗一代是身兼两职，听起来功能更加全面，其实是中国把定位卫星打到了通信卫星的轨道上，自然能收获了通信这个副业。
5
与伽利略计划的姻缘
其实在北斗一代时，中国看上了欧洲的伽利略计划，这是欧洲国家联合搞的全球定位导航卫星系统计划万壑树参天，因为这个项目实在是太烧钱，欧洲单个国家谁都搞不起，但又不能不搞，虽然欧洲国家跟美国关系很好，但也不能把国家安全都系在美国政府身上。
欧洲有技术但缺钱，于是他们瞄上了土豪中国，中国正因为北斗一代不给力而发愁呢，自然是一拍即合，据报道称中国加入了伽利略技术，并且很大方的拍了两个亿的入伙费。

但中国越来越觉得不对劲，欧洲居然把日本和印度也拉入伙了，他们出的钱少但权利不少，这不是把中国当作冤大头了吗？
多出点钱倒不是问题，关键在于这两个国家本来是我们在军事上要防备的，难道要跟他们在国防方面使用相同的系统？
中国发现苗头不对，下定决心后就咔嚓地退出了，退出后自己单干，开始发展北斗二代。
欧洲伽利略那边慢悠悠地捣鼓，而中国这边的北斗一个接一个地不停打卫星，后来还搞起了一箭双星，而伽利略计划和北斗二代有些频率是重合的，双方都在国际电信 联盟组织备案了，谁先占上就算谁的，中国的快节奏把欧洲搞急眼了，通过美国给中国施压，要求中国放慢脚步等等欧洲人民。

以前欧美国家凭借技术和经济优势抢占资源，中国技术和经济不给力只能吃哑巴亏，你们从来就没谦让过，现在凭什么要我谦让？中国不理会欧美的抗议，按既定的节奏继续打卫星。
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亚太地区组网
虽然现在还没有把35颗卫星打全，但亚太地区的北斗二代定位导航网络已经建起来了，并已投入了使用。
GPS和北斗的中轨道运动卫星都是30颗，它们各在太空 上织就了一张网，GPS网眼最密处是在美国上空，北斗二代网眼最密处在中国上空，为本土提供服务是第一要务，这个道理当然很好理解。
加拿大和墨西哥当然会 选择GPS，而对于亚太国家来说，北斗却比GPS更有优势。

亚太国家认识到了北斗的覆盖优势，中国政府也积极推动北斗二代在亚太地区的应用，于是泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝等国家派出了19名专家，于2014年7月来到中国考察北斗二代，研究讨论合作的事项。何超雄
泰国专家表示，有些GPS卫星的信号泰国收不到，而北斗所有的卫星信号都能接收到，当然要参加北斗的“天眼”计划，而且泰国现在已建成了首批CORS（连续运行卫星定位服务综合系统）。马来西亚紧随其后，将成为北斗“天眼”的下一个落户的国家。
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在渔业的应用
北斗的首次成功应用是2008年5月12日的汶川地震，甭看我们平时的通信非常方便，电话、短信、互联网等手段很多，但其实都是高度依赖光纤和基站的，当这 些基础设施遭到大面积损坏时，你会发现QQ、微信、微博、短信…..所有平时很方便的通信手段全都完蛋了，除了靠吼之外简直就没有一点办法。
那时候北斗还是一代系统，虽然因为性能指标比不过GPS和海事卫星而被骂出了翔，但北斗一代在地震时却发挥出了不受地面影响的优势，它的定位和短信能力充分 发挥了作用，成为了救援指挥部队和前线救援人员最得力的通信助手，最大限度地保证了“72小时黄金抢救时间”的有效利用，彰显了北斗服务民生的技术优势。

海事卫星电话很贵位元堂猴枣散，那北斗卫星短信贵不贵呢？
答案是一条三毛！这是有史以来最便宜的卫星短信了，为啥这么便宜，有政府补贴呗，其实根本就没考虑成本，收费是象征性的。本来有专家建议免费，但怕渔民们没事就发段子，过于浪费卫星信道资源，干脆就定一条三毛吧。
北斗卫星的短信功能非常受欢迎，根据浙江省2011年的统计，浙江渔民利用北斗卫星发短信1300万条，其中船与船互通604万条，船与手机互通696万条。

渔业省份在岸上大建基于北斗二代的渔业信息服务基础设施，通过卫星给渔船发送实时的天气、海浪、赤潮、鱼汛消息，甚至还有当日渔市价格，帮助渔民决定捕捞哪种鱼，渔民在海上就可以把渔获信息传到岸上，提前联系好了卖家。
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“两客一危”与地基增强系统
“两客一危”指的是从事道路班线客运、旅行包车、危险货物运输车，这些都必须安装电子定位装置，并将运行信息及时接入到全国的联网联控系统中。
在交通管理部门的监控大屏幕上，车辆的运动状态一目了然，超速闯禁行等违规驾驶行为会自动报警，这是一项保护人民生命安全的法规。
这种对特种车辆的卫星监控，以前要求使用GPS，现在被政府明令要求必须使用北斗二代。

这真不是功民伤财，而是有着长远规划的必要措施。中国正在筹划搞北斗二代的地基增强系统，在路灯杆、信号塔等地方架设北斗设备，形成北斗的地基增强系统，与天基的卫星相互配合，可达到米级以下的实时定位精度。
北斗二代的天基系统和地基系统一旦成功结合，那大货车就再也不敢长期占用超车道了，而以前的GPS定位精度是10米，是无法区分车道的。给孩子戴的定位手表会更加精准和灵敏，定位信息不再是“在某地附近”荷塘莲语，而是精确到孩子站在哪块地板砖上。
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北斗二代的政府推广
北斗二代是国字号工程，政府当然会推广，但推广的路子跟以前很不一样了。大约七八年前吧，手机上有了Wi-Fi功能，而中国政府觉得这个技术标准不好，于是 推出了国家自主知识产权的WAPI标准，试图以此取代Wi-Fi。其实并不是只有中国这么干，韩国也推出了自己的技术标准并抵制Wi-Fi。
Wi- Fi技术简洁便于推广，这也是它风靡全球的重要原因，但它也有死穴，那就是单向的安全机制并不可靠。
前阵子3.15晚会上有带眼罩的网络安全人员现场表演 了劫持观众手机信息，媒体也经常刊登手机用户接入免费Wi-Fi导致损失的报道，这都是Wi-Fi先天技术缺陷所致。

中国政府在推广北斗二代方面显然有了新的思路，不再用行政力量去限制其竞争技术了，而 是采用免费或补助的方式来利诱，事实证明这招更加有效。
例如渔船安装北斗设备，政府并不禁止渔民继续使用GPS和海事卫星电话，而在给北斗设备提供大量补 助，卫星短信也只是象征性地收费，明显北斗方案更划算，渔民当然会装北斗而弃用GPS和海事卫星电话。

北斗二代的技术体制与GPS差不多，由GPS转向北斗并不难，政府划下道了，企业老总都是人精，纷纷表态要改道搞北斗项目，政府的钱不拿白不拿。
政府推广新产业的路子变了，不再像推WAPI那样强行阉割Wi-Fi了，而是使用了利益杠杆，各方都得了利，政府出面组建了产业联盟也是政绩，三方都很高兴。
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