二、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的創(chuàng)新

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的研制成功，離不開“自主創(chuàng)新、開放融合、萬眾一心、追求卓越”新時代北斗精神的指引，離不開老一輩北斗人的開疆拓土，更離不開如今所有北斗人的砥礪奮進。比如，在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的研制過程中，陳芳允、孫家棟等科學家大力支持倡導了這一事業(yè)。另外，像研究機構、天文臺、高校、企業(yè)都廣泛參與了這一事業(yè)，解決了導航信號體制、星間鏈路、衛(wèi)星自主診斷、行波管放大器、星敏感器等技術問題。我們在集成創(chuàng)新的同時，還特別強調技術、產品創(chuàng)新與自主可控。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)是航天科技高峰，也是復雜巨大的系統(tǒng)工程。1994年，我國啟動北斗一號工程，展開試驗探索。同年3月，美國已完成GPS衛(wèi)星星座布設；次年，俄羅斯也完成了格洛納斯導航衛(wèi)星全球組網。地球導航衛(wèi)星要為地面特定區(qū)域提供連續(xù)穩(wěn)定的導航服務，按照GPS、格洛納斯等采取的單一軌道星座構型，在系統(tǒng)全球組網完成之前根本無法實現。中國北斗不走尋常路。從北斗一號系統(tǒng)采用“雙星定位”解決我國衛(wèi)星導航有無問題，到北斗二號系統(tǒng)采用混合星座構型，用14顆衛(wèi)星實現為亞太大部分地區(qū)提供服務，再到北斗三號系統(tǒng)按“最簡系統(tǒng)、基本系統(tǒng)、全球系統(tǒng)”三步走的計劃組網……中國北斗人用別出心裁的智慧，實現了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設不停步、服務不停歇，中國北斗始終星光熠熠。

信號設計技術創(chuàng)新。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是全球第一個提供三頻信號服務的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，GPS使用的是雙頻信號，這是北斗的后發(fā)優(yōu)勢。使用雙頻信號可以減弱電離層延遲的影響，而使用三頻信號可以構建更復雜模型，消除電離層延遲的高階誤差。同時，使用三頻信號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)也在擴展成三頻信號系統(tǒng)。北斗三號設計了全新的信號體制，在高精度的信號生成、信號播發(fā)以及設備穩(wěn)定度等方面也獲得了突破。

星間鏈路技術創(chuàng)新。為了使北斗從區(qū)域走向全球，北斗三號全球首創(chuàng)突破了Ka頻段這種測量型的星間鏈路技術。這項技術使所有北斗衛(wèi)星連成一個大網，每顆星之間可以“通話”，可以測距，一星通、星星通，使衛(wèi)星定位的精度大幅度提高。另外，各個衛(wèi)星的星載原子鐘之間可以同步走，提高了整個導航系統(tǒng)時間同步的精度。我們知道，人造衛(wèi)星的運行會漂移，一旦漂移，衛(wèi)星的位置就不準了，這就要通過星間鏈路來調整。另外，為了保證時間同步，我們也要通過星間鏈路來調整。

原子鐘創(chuàng)新。在時頻方面，原子鐘是導航衛(wèi)星的“心臟”。我國的銣原子鐘技術也非常好。過去，只有少數國家能夠制造衛(wèi)星導航系統(tǒng)使用的高精度原子鐘，他們在這方面對我國實行嚴格限制，甚至直接禁運。直到北斗二號建設時，他國壟斷才被徹底打破。我國的銣原子鐘的穩(wěn)定度達到E-14量級，相當于300萬年只有1秒誤差。北斗三號突破了新型氫原子鐘以及原子鐘的無縫切換技術，這項技術也是決定整個導航精度的一個核心技術。

2010年，北斗團隊研發(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”，不僅為全球北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網建設提供了保證，也為中國航天新增加了一個性能先進的衛(wèi)星平臺。與此前的衛(wèi)星平臺相比，全桁架式衛(wèi)星平臺具有輕量化程度高、易于安裝和拆卸、結構通用性組合性好等特點。

由于人造衛(wèi)星壽命有限，衛(wèi)星組網速度直接影響系統(tǒng)運行效率和成本。為提升組網速度，在北斗三號衛(wèi)星研制過程中，我們實現了衛(wèi)星的批量化生產。

在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的研制過程中，我國還有許多創(chuàng)新和技術突破。比如，載荷重構技術、衛(wèi)星功能鏈設計理念與技術、綜合電子體系設計、管理軟件SpaceOS2自主開發(fā)、精密定軌與時間同步、星敏感器及地球紅外敏感器、電源控制器、大功率微波開關、測量敏感器、行波管放大器、固態(tài)放大器、增強碳纖維太陽翼、太陽翼驅動機構SADA、28nm星載導航芯片、抗輻照龍芯CPU等。

新時代北斗精神，基本內涵是自主創(chuàng)新、開放融合、萬眾一心、追求卓越。作為我國自主創(chuàng)新的結晶，北斗系統(tǒng)的發(fā)展?jié)饪s著我國科技創(chuàng)新的不凡之路。面對缺乏頻率資源、沒有自己的原子鐘和芯片等難關，廣大科技人員集智攻關，首獲占“頻”之勝、攻克無“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。特別是北斗三號工程建設，攻克星間鏈路等160余項關鍵核心技術，推進500余種器部件國產化研制，實現核心器部件國產化率100%。

目前北斗三號系統(tǒng)還提供若干種服務：一是定位導航授時服務。全球范圍實測定位精度水平方向優(yōu)于2.5米，垂直方向優(yōu)于5.0米。測速精度優(yōu)于0.2米/秒，授時精度優(yōu)于20納秒。二是星基增強服務。支持單頻及雙頻多星座兩種增強服務模式，滿足國際民航組織技術驗證要求。目前星基增強系統(tǒng)服務平臺已基本建成，正面向民航、海事、鐵路等高完好性用戶提供試運行服務。三是地基增強服務。已在中國全境內建設框架網基準站和區(qū)域網基準站，面向行業(yè)和大眾用戶提供實時厘米級、事后毫米級定位增強服務。

當前，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的社會應用分三大類：一是國防應用。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)對于保障中國的國家安全和戰(zhàn)略利益具有重要意義。二是行業(yè)應用。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)對國民經濟的發(fā)展起著重要作用，比如農業(yè)、工業(yè)、漁業(yè)等。三是大眾消費。北斗衛(wèi)星導航芯片、模塊、天線、板卡等基礎產品，是北斗系統(tǒng)應用的基礎。通過衛(wèi)星導航專項的集智攻關，我國實現了衛(wèi)星導航基礎產品的自主可控，形成了完整的產業(yè)鏈。伴隨著互聯(lián)網、大數據、云計算、物聯(lián)網等技術的發(fā)展，北斗基礎產品的嵌入式、融合性應用逐步加強，產生了顯著的融合效益。比如，北斗衛(wèi)星導航已經成為智能手機、可穿戴設備等大眾消費產品的標準配置。

2021年，中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會發(fā)布《2021中國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)發(fā)展白皮書》。白皮書顯示，2020年我國衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)總體產值達4033億元人民幣，較2019年增長約16.9%。截至2020年底，國產北斗兼容型芯片及模塊銷量已超過1.5億片，季度出貨量突破1000萬片；具有北斗定位功能的終端產品社會總保有量超過10億臺/套（含智能手機）。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間基礎設施，是事關國計民生的大國重器。建設獨立自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)從無到有、從有到優(yōu)、從區(qū)域到全球的發(fā)展歷程，彰顯了中國人民矢志自主創(chuàng)新的豪情壯志。我們要以奮發(fā)有為的精神狀態(tài)、不負韶華的時代擔當、實干興邦的決心意志，奮力開創(chuàng)新時代中國特色社會主義事業(yè)新局面。