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上世纪,美国与苏联上演“星球大战”,争夺太空霸权。而在新世纪,美国正在落后。
GPS(全球定位系统),这个曾经无可争议的卫星导航之王,是美国软实力的关键工具。而现在,中国的北斗正在取代GPS,变成全球上占主导地位的卫星导航系统。
为此,最近,美国天基PNT咨询委员会(PNTAB)还警告说,“美国的GPS能力现在远不如中国的北斗”,并敦促美国在未来十年内重新获得PNT的领导地位。
与世界上一直大力投资的GNSS(全球导航卫星)系统不同,美国只是对GPS进行了适度的改进,说白了,就是在“吃老本”。
目前,美国正在使用GPS 3卫星取代1990年代的GPS卫星,这些卫星在2014年开始慢慢地发射。
然而,GPS 3不是什么很有开创性的技术,只是对GSP 2改进的技术,比如,讲精度提高1~3米,技术先进性和GNSS差远了。
而且,更为关键的是,美国紧随其后的下一代技术是GPS 3F,虽然美国对它寄予厚望,并且预计可提供很多额外功能,比如实现全数字化导航有效载荷。
不过,GPS 3F可能要到2030年代中期才能完成,到那时候,可没准又要有什么新技术了。
还有被美国视为希望的下一代PNT系统NTS-3仍然处在研发阶段,第一颗测试卫星将于今年晚些时候部署。目前尚不清楚NTS-3需要多长时间才能全面投入使用。
虽然美国正在努力更新GPS,但在全球PNT(定位、导航、授时)数据可用性方面,与北斗相比,已经存在很明显劣势,很快它可能会在整体精度、信号强度和安全性方面落后于北斗。
虽然美国确实在LEO(低轨)通信卫星方面拥有许多商业合作,有几率会成为GPS的有效替代品,但依靠营利性,而非公共GPS存在很明显缺点,最典型的问题,就是成本问题。
除非美国迅速采取行动,第一先考虑GPS创新,否则技术力量平衡可能会向中国转移。
2000年,我国建成北斗一号试验系统,向中国提供服务;2012年,建成北斗二号区域系统,为亚太地区提供服务;2020年,建成北斗三号全球系统,开通全球服务……北斗慢慢的变成了中国“夜空中最亮的星”。
事实上,中国的北斗有56颗卫星在轨运行,几乎是GPS的两倍。此外,北斗还拥有十多倍的监测站,其中许多位于发展中国家。
北斗有多牛?日经亚洲在2020年报道中揭开线个主要国家中,北斗导航系统对其中有165个国家的首都的观测频率都要高于GPS。北斗使美国的GPS黯然失色。
无独有偶,贝尔弗中心的一份报告说明,北斗更大的星座提供了更大的PNT(定位、导航、授时)数据可用性。在某些情况下,在世界许多地区都有更高的准确性。在非洲和东南亚的发展中国家尤其如此,这些国家历来没有正真获得GPS的服务。
中国还制定了一系列长远的计划,进一步提升北斗的准确性、安全性和可靠性,一部分通过发射低地球轨道(LEO)星座,另一部分则依靠实施新的惯性传感器和量子导航等未来技术。
2020年9月,中国卫星导航系统管理公布了5款RNSS射频基带一体化芯片、2款双频多系统高精度射频基带一体化芯片、6款多模多频宽带射频芯片;国产卫星导航芯片工艺也从130 nm提升到14 nm,尺寸从150 mm2缩小到5 mm2,拥有非常良好的市场竞争力。
最新多个方面数据显示,北斗在国内导航地图领域实现主用地位,北斗定位服务每天被使用超过3600亿次。今年,北斗已成智能手机的“标配”,申请入网的300多款智能手机都支持北斗定位。
强大的,不只是北斗,3000亿的导航市场,也逐渐被撬动,变成“全产业链的北斗”。目前我国已构建起集芯片、模块、天线、板卡、终端和运营服务为一体的完整卫星导航产业链。
数据显示,2022年我国北斗产业总体产值达到5007亿元人民币,同比增长6.76%。
与卫星导航研发技术和应用直接相关的,如芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等产业核心产值同比增长5.05%,达到1527亿元人民币,在总体产值中占比为30.50%。
由卫星导航应用和服务所衍生带动形成的关联产值同比增长7.54%,达到3480亿元人民币,在总体产值中占比达到69.50%。
GPS指的是美国的卫星导航系统,如果硬要说,也是GNSS的一种。GNSS是指能提供全球三维坐标、速度和时间信息的空基无线电导航定位系统。
中国北斗卫星导航系统(BDS):1994年运行,中国自行研制的全球卫星导航系统,可在全世界内全天候、全天时为各类用户更好的提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并且具备短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度为分米、厘米级别,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
美国全球定位系统(GPS):1973年运行,由美国国防部研制和维护,可为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度时间标准的卫星定位系统。
俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS):1976年运行,是前苏联在总结第一代卫星导航系统CICADA的基础上,吸收美国GPS系统的部分经验,自1982年10月12日开始发射的第二代导航卫星系统。
欧盟伽利略导航卫星系统(Galileo):2003年运行,由欧共体发起,旨在建立一个由欧盟运行、管理并控制的全球导航卫星系统。
民用导航信号方面,GPS通过增量方式实现信号现代化,GLONASS在频分多址( FDMA)基础上增加码分多址现代化信号,Galileo后发优势直接采用现代化信号,而北斗系统逐渐形成独具特色的导航信号体制。
当前,世界卫星导航已进入多系统共同服务崭新时代,各大卫星导航系统相互参考借鉴,在演进发展趋势上逐渐出现同质化倾向。
而未来,以北斗系统为核心的,更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时(PNT)体系,将会是北斗的重点。
[2] 北斗卫星导航系统规模应用国际化发展的策略研究[J].中国工程科学,2023,25(2):1-12.
[3] 自然资源部测绘标准化研究所:行业 北斗导航的发展历史、现状、背景及行业分析.2023.11.13.
[6] 工信微报:我国北斗产业进入高水平质量的发展新阶段.2023.12.11.
[7] 共青团中央:不能再受“卡脖子”的痛!26年逆风翻盘,中国北斗成为夜空中最亮的“星”.2022.11.6.