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美国免费为世界提供GPS服务为啥中国还要搞北斗?

国际上有一个高峻上的俱乐部,它只要四个会员,却吸引了列国的关心和浩繁科学家工程师的研究,这个俱乐部就是GNSS(全球卫星系统),四个会员别离是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS、中国斗极COMPASS。

中国斗极是个新会员,同时也是成长势头最猛的会员,斗极是咋回事?对我们的糊口有什么影响?这是一个很成心思的话题。关于斗极,学术期刊上的文章有良多了,但专业文章的术语太多,通俗人读不懂,并且也不会有乐趣去读。

和收集上也有一些引见性的文章,大都是彰显成绩的宣传稿,内容比力零星,未便于读者全面领会,并且良多文章的说法并不精确,明显长短专业人士写的。科技报道不是由科技人士撰写,而是文科身世的记者捉笔,这种现象是国内科技报道的痼疾。

由于专业的缘由,我一曲关心着斗极,并且多年通信专业根本课的讲授实践,培育了我将复杂的专业问题用通俗的言语描述出来的特长。我了两个月的业余时间,查阅了大量公开辟行的材料,梳理出了这篇全面引见斗极卫星的科普长文。

1957年10月4日,苏联发射了全世界第一颗人制地球卫星,开创了人类的空间世纪。美国对此亲近关心,有一位名叫比尔.盖伊和数学家和一位叫乔治.威芬的物理学家,他们正在霍普斯金的使用物理尝试室里发觉了一个现象,那就是这颗卫星的频次呈现了偏移,经研究发觉是相对活动惹起的多普勒频移效应。

这两位科学家对此进行了尝试研究,发觉若是正在地面上架设多部领受机,就能够按照领受到的信号的分歧频差推算出这个卫星的具体,他们很欢快地把这个研究功效告诉了尝试室从任弗兰克.麦克卢尔,说他们曾经实现了对苏联卫星的多普勒定位。

弗兰克从任其时正在做海军的一项研究,研究内容是五角大楼若何晓得茫茫大海中军舰的具体,听到两位科学家的报告请示后他面前一亮,既然你们可以或许发觉卫星正在哪里,若是把问题反过来,卫星就能发觉你们正在哪里,海军军舰定位的问题有思绪了!

GPS系统就按这种思绪启动了,方案中需要处理的第一个问题就是:卫星该采用低、中、高哪种轨道?若是采用低轨道的话,发射成本比力低,精度比力高,但若笼盖全球的话则需要200颗卫星,如许浩荡工程实正在是承担不起。

若是采用高轨道,理论上三颗卫星就能笼盖全球,但除了高轨道卫星的发射难度大之外,更头要的是定位精度会很低,缘由有两个:一是轨道太高会导致丈量误差大,二是静止轨道取地面物体的相对速度很小,晦气于利用多普勒频移的解算方式。

GPS是个好工具,对人们糊口质量的提拔相当大,例如汽车和手机就很是主要,人们辞别了正在纸制地图上找的汗青。GPS对于探险帆海就更主要了,环节时辰能够。这么好的工具,美国又投入了巨资,竟然向全世界免费,莫非美国是活雷锋?

其实即便GPS不免费那也收不上来钱,为啥如许说呢?由于GPS是单向通信体系体例,这跟电视塔雷同。电视塔大师都晓得,它尽管发射信号,到底有1个收音机听仍是1万个收音机听,电视塔是不晓得的,GPS系统也是如斯,30颗卫星尽管不断地向地面发信号,具体是谁正在领受并利用这些信号,它是底子不知情的,既然不知情,那还如何收钱?

通过售卖高价解码芯片来收钱行不可?谜底是不可,由于GPS采用的是只发不收的单向通信机制,这对加密传输来说是先天的妨碍,即便搞了加密,没几天就会被破解了,特别是平易近码还要求简单易用,领受设备要求成本低廉,这对加密来说就愈加坚苦了。

GPS免费对全世界的平易近生来说是个福利,但正在军事方面倒是个挑和,美国敌对国度的军机和舰上当然也能够安拆,美国人也不了,这对美国是不是一个呢?其实GPS的只是平易近码,精度比美方利用的军码差了十倍,先天就挫了一大截。更主要的是,万一跟美国打起了仗,人家把GPS平易近码给你一停,你曾经很依赖GPS了,以至连指南针都丢了,这可就抓瞎了。若是美国不给你停GPS,而是发个棍骗码,对准美国的导弹就可能飞到本人的阵地上,这愈加恐怖。

所以说,他国的军备毫不能利用美国的GPS,一旦构成依赖就会像吸毒者一样无法自拔,必必要成长本国的定位系统。当然,成长本国的定位系统也只是少数大国的,至于泰国墨西哥等小国度其实是不必操这个心的,由于全球定位系统实正在是太浩荡,分析国力微弱的小国度们底子就制不起,仍是老诚恳实地继续用GPS吧,这倒也省心。

中国是个有理想的大国,正在定位卫星这事上可不克不及图省心,现实上从上个世纪70年代就曾经起头闹心了,七五规划中提出了“新四星”打算,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……从来就没有遏制过。

80年代初期,以“两弹一星”功臣成芳允院士为首的专家集体提出了双星定位方案,这是其时的最优方案,但因经济前提等各种缘由又弃捐了十年。1991年是个严沉转机点,海湾和平把中国人打醒了,美国的GPS正在做和中的使用很是成功,决策层深刻认识到当前兵戈没这工具是实的不可,被弃捐十年的双星定位方案于是顿时启动。

为啥不像美国那样搞30颗卫星的系统呢?其时的国情是又没经验又没钱,刚起步可得悠着点,从小打小闹起头吧,上来就玩大的容易搞砸锅。必然会有网友问,正在空间中三个坐标才能定位,两颗卫星不敷用啊?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,并将做为第三个坐标,这就比如是正在地球核心拆了一个虚拟的卫星,这就实现了三星定位。那为什么不干脆发射三颗卫星呢?缘由很简单,高度仪很廉价,这个方案更省钱。

只要两颗星,当然不克不及像美国GPS那样搞中轨道的,轨道低了笼盖面就小,两颗中轨道卫星大都时间会正在中国上空以外的处所飞翔,那中国还咋用呢?因而只能搞高轨道的,并且还得是静止的,如许才能妥妥地停正在中国的上空。

MH370失联后呈现了良多科普,令公家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功德仍是坏事呢?这要看是哪一种卫星,多普勒效应对定位卫星来说是功德,由于卫星相对地面物体被测物体的相对速度越大,多普勒效应越较着,定位就会愈加精确,这以至是定位卫星的焦点道理根本。

可是,多普勒效应对通信卫星来说就是坏事了,由于频次偏移会导致通信失败,必需得做批改。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正在最初阶段发出的7次探索信号被这颗卫星测出了频次偏移,这本来是要被批改掉的数据,没想到这却成了猜测飞机航迹的独一。用一句话总结就是:用通信卫星干了定位卫星的活,把本来是坏事的多普勒效应变成了功德。

美国GPS不具备斗极如许的通信功能,这实不克不及说人家手艺掉队,由于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机能都很优异。而中国斗极一代是身兼两职,听起来功能愈加全面,其实是中国把定位卫星打到了通信卫星的轨道上,天然能收成了通信这个副业。

因为这两颗星的轨道很高,导致了地面被测物体取卫星的相对速度很低,于是多普勒效应就不较着,其定位精度天然远远比不外GPS。因而虽然宣传的斗极一代既能通信又能定位是奇特劣势,其实是通信功能比国际海事卫星差得多,定位功能比GPS卫星差得多,通信和定位虽说啥都能干,但啥机能都不可。

平心而论,斗极一代曾经达到了设想目标,工程长短常成功的,终究就只要两颗星嘛,咋能跟几十颗的海事通信卫星和GPS卫星比拟呢,比如是你花了800块买了部双卡双待的盗窟机,骂它不如苹果手机好,这其实并不公允。

不妨做个假设,假如没有国际海事卫星和GPS卫星的话,那既能定位又能通信的斗极一代就是光线四射的,但问题是斗极一代问世时,这两种卫星系统曾经相当成熟了,正在它们的对比之下,当然是各类被骂,研发人员们灰头土脸不敢吭气。

斗极一代的利用体验比力差,那该咋往下走呢?这时中国看上了欧洲的伽利略打算,这是欧洲国度结合搞的全球定位卫星系统打算,由于这个项目实正在是太烧钱,欧洲单个国度谁都搞不起,但又不克不及不搞,虽然欧洲国度跟美国关系很好,但也不克不及把国度平安都系正在美国身上。

欧洲有手艺但缺钱,于是他们瞄上了土豪中国,中国正由于斗极一代不给力而忧愁呢,天然是一拍即合,据报道称中国插手了伽利略手艺,而且很风雅的拍了两个亿的入伙费。但中国越来越感觉不合错误劲,欧洲竟然把日本和印度也拉入伙了,他们出的钱少但不少,这不是把中国当做冤大头了吗?多出点钱倒不是问题,环节正在于这两个国度本来是我们正在军事上要防范的,莫非要跟他们正在国防方面利用不异的系统?中国发觉苗头不合错误,下定决心后就咔嚓地退出了,退出后本人单干,起头成长斗极二代。

斗极二代打算正在2020年前发射35颗卫星,构成全球性的定位系统,比GPS还多5颗。多出的这5颗是正在赤道上空的静止高轨道卫星,次要是完成短信赖务的,其它30颗跟美国GPS的30颗一样,都是中轨道的活动卫星。

斗极二代的规模取GPS相当,申请的轨道和频次取欧洲伽利略比力分歧,这就不成避免地碰到了卫星轨道和频次抢夺的问题。卫星轨道和空间频次是人类共有的资本,那该若何呢?国际是既不按国度来分,也不按生齿来分,而是谁先占了算谁的。

先占先得的准绳是发财国度制定的,他们认为这是各都城有同样机遇的公允准绳,来由是:你有本领你也打卫星啊,我又没拦着你,你不打是你本人的事,若是你永久不打,莫非说轨道和频次还要永久给你留着?这听起来也有事理,更环节的是,即便你感觉没事理,你也没能力阻遏发财国度占轨道和频次。

2005年伽利略打算的第一颗卫星了,但并没有开通,只是占了轨道但没占频次,为啥没开通呢?缘由是没钱,开通需要花钱的,欧洲手头有点紧。中国斗极二代的第一颗星也随后了,并且上去就开通了,这下就把轨道和频次都占上了。

欧洲伽利略何处慢吞吞地捣鼓,而中国这边的斗极一个接一个地不断打卫星,后来还搞起了一箭双星,而伽利略打算和斗极二代有些频次是沉合的,两边都正在国际电信联盟组织存案了,谁先占上就算谁的,中国的快节拍把欧洲搞急眼了,通过美国给中国施压,要求中国放慢脚步等等欧洲人平易近。

虽然现正在还没有把35颗卫星打全,但亚太地域的斗极二代定位收集曾经建起来了,并已投入了利用。GPS和斗极的中轨道活动卫星都是30颗,它们各正在太空上织就了一张网,GPS网眼最密处是正在美国上空,斗极二代网眼最密处正在中国上空,为本土供给办事是第一要务,这个事理当然很好理解。和墨西哥当然会选择GPS,而对于亚太国度来说,斗极却比GPS更有劣势。

亚太国度认识到了斗极的笼盖劣势,中国也积极鞭策斗极二代正在亚太地域的使用,于是泰国、马来西亚、文莱、印度尼西亚、柬埔寨、老挝等国度派出了19名专家,于2014年7月来到中国调查斗极二代,研究会商合做的事项。

第一坐去的是武汉光谷斗极集团,参不雅了中国最大的遥感卫星地面领受坐,第二坐去的是黄石,参不雅了扶植中的中国-东盟斗极示范城,第三坐参不雅了斗极地球空间财产国际学院,第四坐是加入“2014斗极手艺取使用国际培训班”,正在两院院士李德仁领衔的武汉大学测绘遥感国度生点尝试室里持续了半个月。

行程放置是很讲究的,先带他们参不雅,行程很是稠密不容你思惟懒惰,一处更比一处高端大气上档次的斗极财产园区,令他们的眼睛瞪得越来越大,正在心里遭到了震动后,再由国际出名科学家李德仁院士亲身讲课,解答你国利用斗极的所有疑问。

泰国专家暗示,有些GPS卫星的信号泰国收不到,而斗极所有的卫星信号都能领受到,当然要加入斗极的“天眼”打算,并且泰国现正在已建成了首批CORS(持续运转卫星定位办事分析系统)。马来西亚紧随其后,将成为斗极“天眼”的下一个落户的国度。

斗极的初次成功使用是2008年5月12日的汶川地动,甭看我们日常平凡的通信很是便利,德律风、短信、互联网等手段良多,但其实都是高度依赖光纤和基坐的,当这些根本设备遭到大面积损坏时,你会发觉QQ、微信、微博、短信…..所有日常平凡很便利的通信手段全都了,除了靠吼之外简曲就没有一点法子。

那时候斗极仍是一代系统,虽然由于机能目标比不外GPS和海事卫星而被骂,但斗极一代正在地动时却阐扬出了不受地面影响的劣势,它的定位和短信能力充实阐扬了,成为了救援批示部队和火线救援人员最得力的通信帮手,最大限度地包管了“72小时黄金急救时间”的无效,彰显了斗极办事平易近生的手艺劣势。

碰到风险需要求救,起首要用GPS定好位,然后用海事卫星德律风通知岸上的救援队,告诉他们我脱险的GPS坐标,以便他们来救我。当然也有用的,但的靠得住性不如海事卫星德律风,存亡攸关时通不上可就抓瞎了。可是,养一部海事卫星德律风是很贵的,但为了环节时辰又不敢不养,良多渔平易近对此很纠结。

斗极二代正在亚太地域布网后,渔平易近有了一个新选择,那就是拆斗极卫星船载终端,斗极的双向短信功能正在渔船救险方面获得了完满使用,碰到险情后一键求救,终端会从动把附带着定位消息的求救短信通过卫星发给岸上的救援队,实现了GPS+海事卫星德律风的功能,并且愈加便利。

那这个终端贵吗?鼎力推广,将之列为平安机械设备,享受农机补助政策,额外拿出了1个亿,免费为辽宁、山东、浙江、海南的1万艘渔船安拆的斗极终端,后续再安拆的间接补助九成,渔平易近只需要意味性的出一成的钱就能够安拆。

海事卫星德律风很贵,那斗极卫星短信贵不贵呢?谜底是一条三毛!这是有史以来最廉价的卫星短信了,为啥这么廉价,有补助呗,其实底子就没考虑成本,收费是意味性的。本来有专家免费,但怕渔平易近们没事就发段子,过于华侈卫星信道资本,干脆就定一条三毛吧。

渔业省份正在岸上大建基于斗极二代的渔业消息办事根本设备,通过卫星给渔船发送及时的气候、波浪、赤潮、鱼汛动静,以至还有当日渔市价钱,帮帮渔平易近决定捕捞哪种鱼,渔平易近正在海上就能够把渔获消息传到岸上,提前联系好了卖家。

“两客一危”指的是处置道班线客运、旅行包车、货色运输车,这些都必需安拆电子定位安拆,并将运转消息及时接入到全国的联网联控系统中。正在交通办理部分的大屏幕上,车辆的活动形态一目了然,超速闯禁行等违规驾驶行为会从动报警,这是一项人平易近生命平安的律例。

斗极二代的天基系统和地基系同一旦成功连系,那大货车就再也不敢持久占用超车道了,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愈加精准和活络,定位消息不再是“正在某地附近”,而是切确到孩子坐正在哪块地板砖上。

地基加强系统是要取天基系统亲近共同的,若是把这个广泛全国的国字号系统搭建正在美国GPS的根本之上,那万一人家收费了呢?或者把底层数据屏障了,那我们就被会卡了脖子。我们曾经有了完全自从产权的斗极二代,自家的地基加强系统当然要跟自家的斗极二代配对。

斗极二代的用处很是很是多,据统计有200多项,例若有一项就是形变监测,特地对水坝、大桥、高速公等庞大扶植物的沉降和变形做丈量。网友们必然会疑问,斗极取GPS的精度都是10米,咋能搞如斯详尽的活计呢?这源于差分算法手艺。

任何丈量都是会有误差的,而把多次丈量后的统计平均,就会无效地削减误差。卫星定位的差分算法也是这个事理,一次定位的精度是10米,但把成千上万次的定位数据进行归并处置,就有可能获得愈加精准的,以至切确到毫米以下。

很明显,丈量的次数越多和时间越长则精度就越高,而建建物的沉降和变形是迟缓的,正好能够这些特点来进行高精度丈量。把斗极设备固定正在建建特,令它从动地领受定位消息,攒脚了一个月的海量定位数据后进行差分计较,精度正在毫米以下的定位数据就算出来了,这比人工丈量便利和精确的多。

良多偏僻监测点是没有手机信号的,基于GPS的形变监测必需得人工采集,而利用斗极进行形变监测还有个益处就是数据能够间接通过斗极短信功能传回,给它安个太阳能板就齐活了,定位、差分化算、数据回传全数从动化。

现正在的倒车入库等驾考项目曾经有电子了,压线就会报警,但考还得有考官。当前的全数驾驶课目测验可能被斗极系统全面代替,正在测验车上安拆斗极领受机,无论是倒库仍是考,系统城市切确及时记实车辆轨迹,并从动评分,会比考官更和。

斗极二代是国字号工程,当然会推广,但推广的子跟以前很纷歧样了。大约七八年前吧,手机上有了Wi-Fi功能,而中国感觉这个手艺尺度欠好,于是推出了国度自从学问产权的WAPI尺度,试图以此代替Wi-Fi。其实并不是只要中国这么干,韩国也推出了本人的手艺尺度并抵制Wi-Fi。

Wi-Fi手艺简练便于推广,这也是它风靡全球的主要缘由,但它也有死穴,那就是单向的平安机制并不靠得住。前阵子3.15晚会上有带眼罩的收集平安人员现场表演了劫持不雅众手机消息,也经常手机用户接入免费Wi-Fi导致的报道,这都是Wi-Fi先天手艺缺陷所致。

中国的WAPI尺度是双向平安认证的,简直比Wi-Fi更平安,为了推广它而把行货手机的Wi-Fi功能阉割了,想要Wi-Fi功能的话只能买水货手机。此举引来良多人的不满,但最终也没挡着Wi-Fi的风行,后来就低调铺开了,行货手机上也有了Wi-Fi,而WAPI并没有推广开,现正在只是正在戎行等有保密要求的场合利用。韩国抵制Wi-Fi的步履也同样地失败了。

中国正在推广斗极二代方面明显有了新的思绪,不再用行政力量去其合作手艺了,而是采用免费或补帮的体例来,现明这招愈加无效。例如渔船安拆斗极设备,并不由止渔平易近继续利用GPS和海事卫星德律风,而正在给斗极设备供给大量补帮,卫星短信也只是意味性地收费,较着斗极方案更划算,渔平易近当然会拆斗极而弃用GPS和海事卫星德律风。

斗极二代有200多项使用,需要全社会的高科技企业去研究开辟,不竭供给更好的斗极产物,如许才能把斗极财产做大做强。中国曾经有了不少搞定位的高科技企业,它们大多是搞GPS起身的,的科技部分请这些老总来开会,带领讲话言简意赅:欢送列位继续搞GPS的研究开辟,毫不会和干扰,但若是搞斗极二代项目标话,会享受高科技企业的免税政策,还会从某处获得支撑资金。

斗极二代的手艺体系体例取GPS差不多,由GPS转向斗极并不难,划下道了,企业老总都是人精,纷纷亮相要改道搞斗极项目,的钱不拿白不拿。被请来开会的还有高校传授,带领又说了,有一笔斗极科研的经费,欢送传授们来立项,传授们也纷纷暗示要申请斗极科研项目,谁还傻乎乎地继续研究GPS啊,美国又不给钱。

带领又说了,企业有资金设备的劣势,高校有人材手艺的劣势,不如强强联手,把传授带的研究生放正在企业去做斗极科研,由企业出场地出设备出资金,研究生搞出的功效除了供他们结业拿学位,还可做为该企业的手艺创 新。企业老总和高校传授都感觉这个从见不错,于是正在牵线下纷纷结起了对子,带领管这个叫做斗极财产推广联盟。

尺度规范是电信业的第一要务,国际电信联盟就是担任制定国际电信和尺度的国际组织,正在消息化时代它的的地位越来越主要。国际电信联盟正正在制定5G的环节手艺、频次范畴和手艺尺度,这是一件影响到全球电信业成长的大事。除此之外,它还领受列国的卫星轨道和频次的申请,并进行存案和审批,这个国际组织具有很是严沉的影响力。

有个江苏人正在统管卫星轨道和频次的国际组织当一把手,就不会像以前那样吃哑巴亏了,这当然是一件功德。中国对斗极二代的决心很大,搞这种国字号工程的财力很脚,对内的推广政策很有成效,对外积极谈合做已有功效,还有国际电信联盟的支撑,占尽了天时人地相宜,估计5000亿的新财产正正在浮出水面,斗极二代的前景很是乐不雅。

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