配有北斗衛星導航系統的共享單車。新華社發

　　搭載北斗衛星導航系統的插秧機。新華社發

　　我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空。新華社發

　　打開手機，地圖App上的光標精准標識出你的位置﹔點外賣，屏幕上的移動軌跡顯示外賣小哥與你的距離﹔按下開始，無人播種機在金黃的麥田裡劃出筆直線條……從田間耕耘到都市交通，從指尖便利到智能作業，北斗衛星導航系統用精准時空為現代生活提供了無限可能。

　　不久前，中國衛星導航系統管理辦公室發布一則消息：為提供更加優質服務，北斗衛星導航系統將於近期實施在軌升級，對部分衛星的工作狀態進行優化調整。為何這套系統需要持續“進化”？它究竟如何從數萬公裡的高空，精確地參與每一次出發與抵達？它又如何成為支撐數字中國運行的基石？

　　衛星怎麼知道你在哪兒

　　“如果在陌生的地方迷了路，怎麼辦？”對於這個問題，今天的人們給出的答案可能會驚人的一致：用手機導航啊！的確，大家已經習慣了用手機解決“我在哪，我要去哪，我怎麼去”的問題。而手機導航依靠的正是衛星導航系統。

　　其實，無論是GPS，還是北斗衛星導航系統，衛星導航系統解決的只是獲得位置，即“我在哪兒”的問題，人們經常使用的路線規劃和導航功能則是依靠地圖類App來實現的。

　　這是怎麼做到的呢？首先，要搞清楚衛星導航系統是如何誕生的。1957年10月，世界上第一顆人造地球衛星——斯普特尼克一號成功發射，開啟了空間探索時代。之后科學家發現，通過接收斯普特尼克一號發射的信號，可以測量衛星信號的多普勒頻移，從而確定衛星軌道。於是，有科學家提出，如果已知衛星軌道，那麼測量多普勒頻移的接收機是不是可以反過來推算自己的位置呢？基於這一思想，第一個衛星導航系統——子午儀系統誕生了，開啟了衛星導航時代。

　　但子午儀系統衛星數量少，不能實現連續、實時定位，只能用於船舶等慢速載體。1995年，全球第一個真正意義上的全球性、全天候、連續、實時的衛星導航系統——GPS正式運行，從根本上解決了實時定位的問題。

　　既然GPS可以用，為什麼還要花這麼多錢建設北斗？這是因為，在金融、通信、能源等領域，精准的時間和位置是保障國家重要設施安全的基礎。如果沒有自主可控的北斗衛星導航系統，國家重要設施的時間和位置保障只能依賴GPS或其他衛星導航系統，存在巨大安全隱患。如同登山的保險繩不能掌握在別人手中一樣，建設北斗的必要性不言而喻。

　　與GPS不同，北斗衛星導航系統的服務種類更加豐富，它創新融合了導航與通信能力，具備全球定位導航授時、星基增強、精密單點定位、全球短報文通信、區域短報文通信、地基增強和國際搜救7種服務能力，而GPS僅提供全球定位導航授時服務。其次，北斗三號全球星座是由地球靜止軌道、傾斜地球同步軌道、中圓地球軌道三種軌道衛星組成的混合星座，而GPS僅有中圓地球軌道衛星。

　　誠然，北斗衛星導航系統在發展過程中也存在一些劣勢。GPS發展較早、應用廣泛，北斗衛星導航系統的服務經驗尚不夠豐富，服務水平存在提升空間，此外，GPS的“先發制人”也讓北斗衛星導航系統在推廣應用過程中面臨較大困難。但隨著服務的不斷進步與提升，北斗衛星導航系統的應用產業正在不斷壯大。

　　從“雙星定位”到“全球服務”

　　北斗衛星導航系統的建設共經歷了三個階段。從1994年北斗一號系統工程正式立項，到2000年北斗一號系統正式建成並投入使用，隻用兩顆衛星，就具備定位、授時、報文通信與位置報告能力，讓我國成為世界上第三個擁有衛星導航系統的國家。

　　雖然北斗一號僅服務中國地區，並且需要終端主動給衛星發射信號並且接收衛星信號才能定位，但它巧妙地設計了雙向短報文通信功能，與GPS只能知道“我在哪裡”不同，北斗一號不僅可以讓用戶知道“我在哪裡”，還能讓別人知道這個用戶在哪裡，這種通導一體化的設計，是北斗系統的獨創。

　　1998年，在北斗一號即將建成之際，我國啟動了北斗二號的論証。由於當時國內經濟基礎薄弱，航天技術水平相對較低﹔受國土限制和其他因素影響，發射中圓地球軌道衛星完成全球組網需要在海外建站。於是，北斗二號提出先建設區域系統，保障中國及亞太區域導航，條件成熟后再建設全球系統的發展思路。

　　2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統正式開通，面向全球用戶提供全天候、全天時、高精度、高可靠的定位、導航、授時服務。從北斗一號的雙星定位，到北斗二號的混合星座設計，再到北斗三號的星間鏈路創新設計，北斗衛星導航系統走出了一條具有中國特色、充滿中國智慧的發展之路。

　　值得注意的是，北斗衛星導航系統可不僅僅是天上的北斗衛星星座（亦稱為空間段），還包括地面運行控制系統（亦稱為地面段）和手機、電話手表等導航終端（亦稱為用戶段）。其中，由監測站、主控站、注入站組成的地面段負責計算衛星需要播發的參數信息以及生成衛星控制指令，並發送給衛星，空間段的衛星負責發送導航信號，用戶段的終端則負責接收導航信號以解算自身位置，三者協同工作，缺一不可。

　　對用戶而言，北斗衛星導航系統發送的導航信號中，最重要的內容是導航電文。這是一連串不停重復的基本信息：“我是第N號衛星”“這裡現在是何時間”“我當前的坐標”“我的衛星‘朋友們’當前的大概坐標”……用戶終端接收到導航電文后，根據測距碼計算出與衛星之間的距離，從而計算得到“我在哪兒”。

　　此外，北斗衛星導航系統的信號經過精心的信號體制設計，具備優異的信號質量和性能，確保了高質量測量和信息傳輸，同時設計了多種信息傳輸通道，讓用戶可以根據自己的服務需求選擇使用不同的信號。

　　“北斗+”“+北斗”

　　如今，北斗衛星導航系統已在130余個國家落地使用，其應用范圍遠超地圖導航的范疇。智慧城市管理、電網同步運行、金融交易精准時間戳等都時刻離不開北斗系統提供的時空信息。它已成為與水、電、網絡同等重要的新型基礎設施，廣泛進入大眾消費、共享經濟等民生領域，全面應用於交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁等場景，以“北斗+”和“+北斗”的模式，打造日漸完備的“北斗生態”。

　　目前，大多數支持導航的電子設備中，都採用全球導航衛星系統兼容芯片，既可以接收北斗系統信號，也可以接收GPS等其他衛星導航系統信號。

　　例如，電話手表的全球導航衛星系統兼容芯片確定位置后，可將結果通過手機通信基站（如5G基站）發送至綁定的手機，從而實現對佩戴者的遠程定位﹔共享單車可通過北斗芯片獲得實時位置，在停車過程中與電子圍欄（共享單車管理方在地圖上標注的可停車區域）進行對比，使騎行者僅能在劃定區域內鎖車，從而有效規范共享單車使用行為﹔基於北斗衛星導航系統的無人駕駛農機，可以實現厘米級的精准播種、施肥和收割，極大提升效率和資源利用率……外賣騎手智能調度、無人機快遞精准投送、高鐵的安全准時等，背后都有北斗衛星導航系統的功勞。

　　北斗衛星導航系統的“獨家秘笈”——北斗短報文也得到了廣泛應用。2008年汶川地震后，災區救援部隊利用北斗短報文，在斷網、斷電的極端情況下，發回第一條災情信息，不僅讓指揮部實時掌握了救援隊伍的位置與行進軌跡，更搭建起災區與外界的通信橋梁。此外，我國飛機在飛行過程中，可用北斗衛星獲取位置，通過北斗短報文將位置回傳空中管理部門，以此實現對飛機的追蹤監視，這也是北斗衛星導航系統獨具特色的一種用法。

　　現在，回答開頭的問題，在眾多行業中大展身手的北斗衛星導航系統，為什麼要進行在軌升級呢？答案是，北斗衛星的設計壽命通常為10~12年，當前在軌運行的北斗衛星既包含北斗二號又包含北斗三號衛星，其中部分衛星已超過了設計壽命。為了保障北斗衛星導航系統的服務質量，優化升級是必然選擇。與手機通過軟件升級更新系統類似，北斗衛星可以通過地面段向在軌衛星上注軟件，從而完成北斗衛星導航系統能力的升級。

　　同時，為確保始終提供高質量的定位導航服務，北斗系統的空間段、地面段、用戶段都需要不斷進行技術創新與升級。

　　北斗未來依可期！（張爽娜）