二、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的創(chuàng)新

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制成功，離不開(kāi)“自主創(chuàng)新、開(kāi)放融合、萬(wàn)眾一心、追求卓越”新時(shí)代北斗精神的指引，離不開(kāi)老一輩北斗人的開(kāi)疆拓土，更離不開(kāi)如今所有北斗人的砥礪奮進(jìn)。比如，在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制過(guò)程中，陳芳允、孫家棟等科學(xué)家大力支持倡導(dǎo)了這一事業(yè)。另外，像研究機(jī)構(gòu)、天文臺(tái)、高校、企業(yè)都廣泛參與了這一事業(yè)，解決了導(dǎo)航信號(hào)體制、星間鏈路、衛(wèi)星自主診斷、行波管放大器、星敏感器等技術(shù)問(wèn)題。我們?cè)诩蓜?chuàng)新的同時(shí)，還特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新與自主可控。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是航天科技高峰，也是復(fù)雜巨大的系統(tǒng)工程。1994年，我國(guó)啟動(dòng)北斗一號(hào)工程，展開(kāi)試驗(yàn)探索。同年3月，美國(guó)已完成GPS衛(wèi)星星座布設(shè)；次年，俄羅斯也完成了格洛納斯導(dǎo)航衛(wèi)星全球組網(wǎng)。地球?qū)Ш叫l(wèi)星要為地面特定區(qū)域提供連續(xù)穩(wěn)定的導(dǎo)航服務(wù)，按照GPS、格洛納斯等采取的單一軌道星座構(gòu)型，在系統(tǒng)全球組網(wǎng)完成之前根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。中國(guó)北斗不走尋常路。從北斗一號(hào)系統(tǒng)采用“雙星定位”解決我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航有無(wú)問(wèn)題，到北斗二號(hào)系統(tǒng)采用混合星座構(gòu)型，用14顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)為亞太大部分地區(qū)提供服務(wù)，再到北斗三號(hào)系統(tǒng)按“最簡(jiǎn)系統(tǒng)、基本系統(tǒng)、全球系統(tǒng)”三步走的計(jì)劃組網(wǎng)……中國(guó)北斗人用別出心裁的智慧，實(shí)現(xiàn)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)不停步、服務(wù)不停歇，中國(guó)北斗始終星光熠熠。

信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是全球第一個(gè)提供三頻信號(hào)服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS使用的是雙頻信號(hào)，這是北斗的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。使用雙頻信號(hào)可以減弱電離層延遲的影響，而使用三頻信號(hào)可以構(gòu)建更復(fù)雜模型，消除電離層延遲的高階誤差。同時(shí)，使用三頻信號(hào)可提高載波相位模糊度的解算效率，理論上還可以提高載波收斂速度。正因如此，GPS系統(tǒng)也在擴(kuò)展成三頻信號(hào)系統(tǒng)。北斗三號(hào)設(shè)計(jì)了全新的信號(hào)體制，在高精度的信號(hào)生成、信號(hào)播發(fā)以及設(shè)備穩(wěn)定度等方面也獲得了突破。

星間鏈路技術(shù)創(chuàng)新。為了使北斗從區(qū)域走向全球，北斗三號(hào)全球首創(chuàng)突破了Ka頻段這種測(cè)量型的星間鏈路技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)使所有北斗衛(wèi)星連成一個(gè)大網(wǎng)，每顆星之間可以“通話”，可以測(cè)距，一星通、星星通，使衛(wèi)星定位的精度大幅度提高。另外，各個(gè)衛(wèi)星的星載原子鐘之間可以同步走，提高了整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間同步的精度。我們知道，人造衛(wèi)星的運(yùn)行會(huì)漂移，一旦漂移，衛(wèi)星的位置就不準(zhǔn)了，這就要通過(guò)星間鏈路來(lái)調(diào)整。另外，為了保證時(shí)間同步，我們也要通過(guò)星間鏈路來(lái)調(diào)整。

原子鐘創(chuàng)新。在時(shí)頻方面，原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”。我國(guó)的銣原子鐘技術(shù)也非常好。過(guò)去，只有少數(shù)國(guó)家能夠制造衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘，他們?cè)谶@方面對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)格限制，甚至直接禁運(yùn)。直到北斗二號(hào)建設(shè)時(shí)，他國(guó)壟斷才被徹底打破。我國(guó)的銣原子鐘的穩(wěn)定度達(dá)到E-14量級(jí)，相當(dāng)于300萬(wàn)年只有1秒誤差。北斗三號(hào)突破了新型氫原子鐘以及原子鐘的無(wú)縫切換技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)也是決定整個(gè)導(dǎo)航精度的一個(gè)核心技術(shù)。

2010年，北斗團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新一代適于直接入軌一箭多星發(fā)射的“全桁架式衛(wèi)星平臺(tái)”，不僅為全球北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)提供了保證，也為中國(guó)航天新增加了一個(gè)性能先進(jìn)的衛(wèi)星平臺(tái)。與此前的衛(wèi)星平臺(tái)相比，全桁架式衛(wèi)星平臺(tái)具有輕量化程度高、易于安裝和拆卸、結(jié)構(gòu)通用性組合性好等特點(diǎn)。

由于人造衛(wèi)星壽命有限，衛(wèi)星組網(wǎng)速度直接影響系統(tǒng)運(yùn)行效率和成本。為提升組網(wǎng)速度，在北斗三號(hào)衛(wèi)星研制過(guò)程中，我們實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)。

在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制過(guò)程中，我國(guó)還有許多創(chuàng)新和技術(shù)突破。比如，載荷重構(gòu)技術(shù)、衛(wèi)星功能鏈設(shè)計(jì)理念與技術(shù)、綜合電子體系設(shè)計(jì)、管理軟件SpaceOS2自主開(kāi)發(fā)、精密定軌與時(shí)間同步、星敏感器及地球紅外敏感器、電源控制器、大功率微波開(kāi)關(guān)、測(cè)量敏感器、行波管放大器、固態(tài)放大器、增強(qiáng)碳纖維太陽(yáng)翼、太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)SADA、28nm星載導(dǎo)航芯片、抗輻照龍芯CPU等。

新時(shí)代北斗精神，基本內(nèi)涵是自主創(chuàng)新、開(kāi)放融合、萬(wàn)眾一心、追求卓越。作為我國(guó)自主創(chuàng)新的結(jié)晶，北斗系統(tǒng)的發(fā)展?jié)饪s著我國(guó)科技創(chuàng)新的不凡之路。面對(duì)缺乏頻率資源、沒(méi)有自己的原子鐘和芯片等難關(guān)，廣大科技人員集智攻關(guān)，首獲占“頻”之勝、攻克無(wú)“鐘”之困、消除缺“芯”之憂、破解布“站”之難，走出一條自主創(chuàng)新的發(fā)展道路。特別是北斗三號(hào)工程建設(shè)，攻克星間鏈路等160余項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，推進(jìn)500余種器部件國(guó)產(chǎn)化研制，實(shí)現(xiàn)核心器部件國(guó)產(chǎn)化率100%。

目前北斗三號(hào)系統(tǒng)還提供若干種服務(wù)：一是定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)。全球范圍實(shí)測(cè)定位精度水平方向優(yōu)于2.5米，垂直方向優(yōu)于5.0米。測(cè)速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時(shí)精度優(yōu)于20納秒。二是星基增強(qiáng)服務(wù)。支持單頻及雙頻多星座兩種增強(qiáng)服務(wù)模式，滿足國(guó)際民航組織技術(shù)驗(yàn)證要求。目前星基增強(qiáng)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)已基本建成，正面向民航、海事、鐵路等高完好性用戶提供試運(yùn)行服務(wù)。三是地基增強(qiáng)服務(wù)。已在中國(guó)全境內(nèi)建設(shè)框架網(wǎng)基準(zhǔn)站和區(qū)域網(wǎng)基準(zhǔn)站，面向行業(yè)和大眾用戶提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)、事后毫米級(jí)定位增強(qiáng)服務(wù)。

當(dāng)前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的社會(huì)應(yīng)用分三大類：一是國(guó)防應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于保障中國(guó)的國(guó)家安全和戰(zhàn)略利益具有重要意義。二是行業(yè)應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用，比如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、漁業(yè)等。三是大眾消費(fèi)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、模塊、天線、板卡等基礎(chǔ)產(chǎn)品，是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航專項(xiàng)的集智攻關(guān)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)產(chǎn)品的自主可控，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品的嵌入式、融合性應(yīng)用逐步加強(qiáng)，產(chǎn)生了顯著的融合效益。比如，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航已經(jīng)成為智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等大眾消費(fèi)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置。

2021年，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)發(fā)布《2021中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》。白皮書(shū)顯示，2020年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)4033億元人民幣，較2019年增長(zhǎng)約16.9%。截至2020年底，國(guó)產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量已超過(guò)1.5億片，季度出貨量突破1000萬(wàn)片；具有北斗定位功能的終端產(chǎn)品社會(huì)總保有量超過(guò)10億臺(tái)/套（含智能手機(jī)）。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，是事關(guān)國(guó)計(jì)民生的大國(guó)重器。建設(shè)獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)從無(wú)到有、從有到優(yōu)、從區(qū)域到全球的發(fā)展歷程，彰顯了中國(guó)人民矢志自主創(chuàng)新的豪情壯志。我們要以?shī)^發(fā)有為的精神狀態(tài)、不負(fù)韶華的時(shí)代擔(dān)當(dāng)、實(shí)干興邦的決心意志，奮力開(kāi)創(chuàng)新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)新局面。