《 科普|BeiDou与GPS 》

火车头

<p class="ql-block">  中国自2000年10月31日使用长征三号甲火箭🚀发射第一颗北斗-1A卫星🛰️开始,至2023年12月26日成功发射第57和58颗北斗导航卫星,标志着我国北斗导航系统正式进入全球运营!</p><p class="ql-block"> 多么令国人自豪的宏伟大业!</p><p class="ql-block"> 我认为,新中国成立至今,我们国家办了两件最大的事情一是核武器,二是北斗,其他的都是小事!而中国走和平发展的道路就是中国人民最大的福祉。</p><p class="ql-block"> 核武器就不说了,今天我们就聊聊信息时代的北斗导航系统吧!</p> <p class="ql-block">  首先,让我们回到1983年大韩航空007号航班空难事件。</p><p class="ql-block"> 大韩航空007号班机空难(Thecrashof theKAL-007)是1983年9月1日在苏联库页岛西南方海域发生的事件。</p><p class="ql-block"> 大韩航空007号班机空难涉事国家有韩国、苏联、美国等,大韩航空007号班机进入苏联领空遭苏联空军Su-15拦截机攻击,射击警告无应答后,被导弹击中致使客机坠落于库页岛西南方的公海,全机269人全部遇难。</p><p class="ql-block"> 这是人类航空史上最大的悲剧。</p><p class="ql-block"> 飞机✈️的黑匣子找到后,确认是飞机✈️导航系统地磁系统发生故障,致使✈️偏航,当时全球使用的导航系统是美国🇺🇸正在研发中的GPS系统。</p><p class="ql-block"> 此时也正值美苏冷战高潮时期,007空难震惊了美国,震惊了世界!</p><p class="ql-block"> 大韩航空007空难事件,彻彻底底暴露了帝国主义者为所欲为的霸权行径,死难的民众无处说理。</p><p class="ql-block"> 真可谓:</p><p class="ql-block"> 弱国无外交,强国有流氓!</p><p class="ql-block"> 世界上哪有真理存在?!真理只存在在大炮范围之内。</p><p class="ql-block"> </p> <p class="ql-block">  大韩航空007空难后,美国🇺🇸于1985年在华盛顿召开了”GPS全球定位系统国际运用研讨会”,中国人民解放军卜庆君将军受邀参加了这次会议。</p><p class="ql-block"> 美国🇺🇸的GPS系统诞生于1973年,由美国国防部组织研发,GPS分为民用和军用两类,当时在会上时任里根总统明确说,为了保证美国国家安全,美国军方会采取三种措施应对紧急状态,第一降低对方的导航精度;第二临时变换编码;第三进行区域管理,通过以上三种方式,美国🇺🇸军方可限制国内外用户对GPS的使用。</p><p class="ql-block"> 卜庆君将军当时在会场听着后背发凉,他想,若美国随时对我们限制那不也是轻而易举吗,关键时刻受制于人的滋味可不好玩的!</p><p class="ql-block"> 后来,我国发生的银河号事件以及汶川地震飞机✈️撞山事件就是GPS捣的鬼,没招。</p><p class="ql-block"> 此时此刻,卜将军心里就想,我们一定要搞自己的导航系统!因此,卜将军被誉为我国导航系统的思想奠基人。</p><p class="ql-block"> 回国后,卜将军找到中国科学院的另一位科学家陈芳允,共同起草报告请求国家启动双星定位系统的研究并得到国家批准,在此之后,从1985年开始到1994年,这些科学家埋头于理论推演和专项试验,但由于当时国力受限,连工资5000元/月+住房都给不起一个博士,因此八年来一直没有得到进展。</p><p class="ql-block"> 所有,看到今天的成功,回望过去也是一路心酸!</p><p class="ql-block">《图片|作者在博斯普鲁斯海峡留影》</p> <p class="ql-block">  美国🇺🇸 GPS系统是采用四星定位,耗资巨大,我国将采取何种方式?这是科学家首先要思考的问题,陈芳允提出”两星定位”的方向,经过8年多的大量的研究验证是可行的,因此陈老被誉为北斗系统的理论奠基人。</p><p class="ql-block"> 后来直到2000年10月,我国第一颗北斗卫星🛰️才正式入轨,到2002年第二颗北斗卫星正式发射,北斗计划已经走过15年的里程,而陈老已于2000年4月因病去世,终没有亲眼看到自己的理论变成实现!</p><p class="ql-block"> 2023年12月26日,随着我国第58颗北斗导航卫星的发射成功,中国正式进入卫星🛰️定位和授权的宇航时代。</p><p class="ql-block"> 三十多年的艰辛历程,我们的北斗系统经历了入伙被玩、被踢出局、系统申请、屈辱受制等心酸历史。。</p><p class="ql-block"> 让我们永远记住这些名字:卜庆君、陈芳允、袁树友、谭述森、孙家栋。。</p><p class="ql-block"> 他们是真正的中华民族的脊梁!</p><p class="ql-block">《图片|作者在前苏联核战指挥部留影》</p> <p class="ql-block">  大家都知道,世界上的导航系统有美国🇺🇸的GPS,苏联的格洛纳斯系统,欧洲的伽利略系统和中国🇨🇳的北斗系统,下面就让我们简单了解一下吧!</p><p class="ql-block">【GPS】</p><p class="ql-block"> 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆炸监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻,地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度,以便实现导航、定位、授时等功能。</p><p class="ql-block"> GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础,向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成,一是地面控制部分,由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个轨道平面。三是用户装置部分,由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内,军用的定位精度在1米之内。</p><p class="ql-block"> GPS前景由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段和新的生产力,已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展,美国政府宣布2000年至2006年期间,在保证美国国家安全不受威胁的前提下,取消SA政策,GPS民用信号精度在全球范围内得到改善,利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米,这将进一步推动GPS技术的应用,提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量,刺激GPS市场的增长。</p><p class="ql-block"> 据有关专家预测,在美国,单单是汽车GPS导航系统,2000年后的市场将达到30亿美元,而在中国,汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见,GPS技术市场的应用前景非常可观。</p><p class="ql-block">《图片|作者在波斯湾留影纪念》</p> <p class="ql-block">【格洛纳斯】</p><p class="ql-block"> 俄罗斯的卫星导航系统叫格洛纳斯,预计共发射有24颗卫星。</p><p class="ql-block"> 格洛纳斯(GLONASS),是“GLOBAL NAVIGATION SATELLITESYSTEM”的缩写,是俄罗斯自主设计的一款全球卫星导航系统。最早开发于1976年的苏联时期,后由俄罗斯于1993年继续该计划,2007年开始运营。2011年1月1日,在全球正式运行。类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统、中国的北斗卫星导航系统。</p><p class="ql-block"> 格洛纳斯系统由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成。27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上,这三个轨道平面两两相隔120度,每个轨道面有8颗卫星,同平面内的卫星之间相隔45度,轨道高度2.36万公里,运行周期11小时15分,轨道倾角56度。和GPS系统不同,格洛纳斯系统使用频分多址(FDMA)的方式,每颗格洛纳斯卫星广播两种信号。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。</p><p class="ql-block"> 格洛纳斯绝对定位精度水平方向为16米,垂直方向为25米。俄罗斯计划在2030年后将其定位精度提高到10厘米以内。</p><p class="ql-block"> 2014年11月11日,“俄罗斯航天系统”公司发布公告,准备于该年12月在中国部署格洛纳斯差分校正和监测系统站(SDCM)。</p><p class="ql-block"> 2019年5月27日,俄罗斯空天部队用“联盟-2.1B”火箭成功发射一颗“格洛纳斯-M”导航卫星。看重要事件格洛纳斯的出现,打破了美国对卫星导航独家垄断的地位,消除了美国利用GPS施以主权威慑给用户带来的后顾之忧。</p><p class="ql-block">《图片|作者和俄罗斯朋友留影纪念》</p> <p class="ql-block">【伽利略】</p><p class="ql-block"> 欧盟于1999年首次公布伽利略卫星导航系统计划,其目的是摆脱欧洲对美国全球定位系统的依赖,打破其垄断。该项目总共将发射32颗卫星,总投入达34亿欧元。因各成员国存在分歧,计划已几经推迟。</p><p class="ql-block"> 1999年欧洲委员会的报告对伽利略系统提出了两种星座选择方案:一是21+6方案,采用21颗中高轨道卫星加6颗地球同步轨道卫星。这种方案能基本满足欧洲的需求,但还要与美国的GPS系统和本地的差分增强系统相结合。</p><p class="ql-block"> 二是36+9方案,采用36颗中高轨道卫星和9颗地球同步轨道卫星或只采用36颗中高轨道卫星。这一方案可在不依赖GPS系统的条件下满足欧洲的全部需求。该系统的地面部分将由正在实的欧洲监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。</p><p class="ql-block"> 为了降低全系统的投资,上述两个方案都没有被采用,其最终方案是:系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成,其中27颗工作星,3颗备份星。每次发射将会把5或6颗卫星同时送入轨道。</p><p class="ql-block"> 2015年10月21日俄罗斯“联盟”运载火箭携带欧洲伽利略全球卫星导航系统首批两颗卫星,从法属圭亚那库鲁航天发射中心发射升空。</p><p class="ql-block"> 伽利略系统是由欧盟主导的新一代民用全球卫星导航系统,耗资超过30亿欧元。系统由两个地面控制中心和30颗卫星组成,其中27颗为工作卫星,3颗为备用卫星。卫星轨道高度约2.4万公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内。</p><p class="ql-block"> 此次发射成功后,欧洲航天局计划明年再发射两颗卫星,并在随后几年内陆续发射其他26颗卫星,以完成卫星导航系统的构建。欧洲阿丽亚娜公司将负责所有卫星的发射。</p><p class="ql-block"> 目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统,欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球卫星导航系统,欧洲人决定实施伽利略计划。伽利略系统的构建计划最早在1999年欧盟委员会的一份报告中提出,经过多方论证后,于2002年3月正式启动。系统建成的最初目标是2008年,但由于技术等问题,延长到了2011年。2010年初,欧盟委员会再次宣布,伽利略系统将推迟到2014年投入运营。</p><p class="ql-block"> 与美国的GPS系统相比,伽利略系统更先进,也更可靠。美国GPS向别国提供的卫星信号,只能发现地面大约10米长的物体,而伽利略的卫星则能发现1米长的目标。一位军事专家形象地比喻说,GPS系统只能找到街道,而伽利略则可找到家门。</p><p class="ql-block"> 伽利略计划对欧盟具有关键意义,它不仅能使人们的生活更加方便,还将为欧盟的工业和商业带来可观的经济效益。更重要的是,欧盟将从此拥有自己的全球卫星导航系统,有助于打破美国GPS导航系统的垄断地位,从而在全球高科技竞争浪潮中获取有利位置,并为将来建设欧洲独立防务创造条件。</p><p class="ql-block"> 作为欧盟主导项目,伽利略并没有排斥外国的参与,中国、韩国、日本、阿根廷、澳大利亚、俄罗斯等国也在参与该计划,并向其提供资金和技术支持。伽利略卫星导航系统建成后,将和美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、中国北斗卫星导航系统共同构成全球四大卫星导航系统,为用户提供更加高效和精确的服务。</p><p class="ql-block"> 2015年3月30日,欧洲发射两颗伽利略导航卫星, 欲抗衡GPS。</p><p class="ql-block">《图片|作者和伊朗朋友留影纪念》</p> <p class="ql-block">【北斗】</p><p class="ql-block"> 中国自行研制的全球卫星导航系统,北斗卫星导航系统(BeiDou NavigationSatelliteSystem)是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。</p><p class="ql-block"> 北斗由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。</p><p class="ql-block"> 2023年12月26日,中国在西昌卫星发射中心成功发射第五十七颗、五十八颗北斗导航卫星,标志着中国的北斗正式进入定位和授权运行的宇航时代。</p><p class="ql-block"> 北斗定位精度中国北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后的全球第四大卫星导航系统。</p><p class="ql-block"> 北斗系统信号质量总体上与GPS相当。在45度以内的中低纬地区,北斗动态定位精度与GPS相当,水平和高程方向分别可达10米和20米左右;北斗静态定位水平方向精度为米级,也与GPS相当,高程方向10米左右,较GPS略差;在中高纬度地区,由于北斗可见卫星数较少、卫星分布较差,定位精度较差或无法定位。</p><p class="ql-block"> 我国现阶段的北斗虽然已经实现区域定位,但还不具备全球定位能力,北斗与GPS在定位效果上的差异,主要是由卫星数量和分布造成的,但随着北斗卫星🛰️的不断完善,北斗今后的实测数据一定会更加精彩,更好的服务世界!</p><p class="ql-block">《图片|作者在橘子洲头留影纪念》</p> <p class="ql-block">【结束语】</p><p class="ql-block"> 人类社会已经进入信息化时代!</p><p class="ql-block"> 中国坚持走独立自主和平发展的道路,集中力量办大事是我们建设中国特色社会主义的最大优势!开发自己的北斗卫星导航系统以及太空资源具有重大作用和战略意义。</p><p class="ql-block">1、建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的导航系统,提供短报文通信、精密授时、精确定位等服务。促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用 。</p><p class="ql-block">2、满足国家的安全需求以及推动经济和社会的进步,为全球用户提供了持续、稳定且可信赖的服务。该系统的发展旨在促进北斗产业的成长,同时服务于经济社会的发展和民众生活水平的提升。此外,北斗系统还致力于加深国际合作,与全球伙伴共享卫星导航的发展成果,并提升全球卫星导航系统在综合应用方面的效益 。</p><p class="ql-block">3、建立自己的卫星导航系统,避免在将来的战争中受制于人,同时还有了同样的手段可以反制敌人。北斗星卫星导航系统每年能创造巨大的经济效益。一方面,省去原来用来引进国外系统的巨额资金。另一方面,自己的系统以低价服务国内用户,可以让更多行业部门应用上这种高科技设备,从而创造更多的社会价值和物质财富。还有一方面,可以将我们的系统,投放到国际市场,参与国际竞争,赚取外汇。意味着国家的科学技术水平已经达到了世界先进水平,有了这些技术储备,就可以在将来的新的一轮科技大潮中抢占制高点。</p><p class="ql-block"> 地球🌐资源总有枯竭的时候,向外太空发展具有广阔的前景,这对于我们认识世界、改造世界、保卫和平具有重大意义!</p><p class="ql-block"> 世界并不太平,中国并未强大,希望我们各行各业别搞形式主义,多为国家着想,多为民族担忧,每个中华子孙都要为国家建设出力!</p><p class="ql-block"> 人生路必曲,仍需立我志!</p><p class="ql-block">《图片|作者在加勒比海眺望远方》</p>