作者：北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆

　　“北斗掉线导致大货车司机自杀”的新闻已经渐渐偃旗息鼓，经过多家媒体的科普，外界已经逐步了解，掉线的“北斗”，与我们常说的北斗系统，并不是一回事，即“北斗App≠北斗系统”。

　　北斗卫星导航系统是我国建设的独立自主、开放兼容的巨型复杂航天系统，而市场上所谓的“北斗产品”，往往只是某一企业的产品，并不能代表北斗系统。北斗系统和依托北斗系统从事开发的厂家是两回事，这点必须明确。

　　误会虽然解释清楚了，但从另外一个角度来说，外界最初将北斗APP与北斗系统弄混淆，恰恰说明公众对于北斗系统并没有深入的了解。

　　腾讯新闻《十问十答》栏目第四期邀请北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆，从十个问题入手，全面回应有关北斗的疑问。

　　Q1：北斗是用来做什么的？目前最能大规模的应用领域是什么？

　　北斗系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，可为全球用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务。北斗系统可为交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等各行各业提供基本的时空信息保障。当前，北斗已进入国民经济社会发展和大众消费等各个领域，产生了显著的经济效益和社会效益。

北斗系统广泛应用于交通运输（图片来源于网络）

北斗系统广泛应用于交通运输（图片来源于网络）

　　以行业应用为例，交通运输是北斗极具代表性的应用领域。截至 2020 年 10 月底，我国近 700 万辆道路营运车辆已安装使用北斗系统，占所有运营车辆近 10tgcode0%；此外，数万辆邮政快递车、千余艘公务船舶、几百架通用飞行器等都已安装使用北斗，特别是运输航空器也成功实现了北斗的首次应用。

　　以大众应用为例，手机是最能体现北斗大规模应用的典型领域。2020 年上半年，中国大陆申请入网的智能手机 80% 以上都支持北斗定位。所以说，现在我们使用的绝大部分手机，都支持北斗功能，北斗应用就在我们身边。未来，随着穿戴式设备的蓬勃发展，北斗大众应用还将迎来爆发式的增长。

手机导航

车载导航

　　Q2：相比于国外的GPS技术，北斗的优势和劣势是什么？赶超空间有哪些？

　　相比于 GPS 等国外其它卫星导航系统，北斗的优势主要体现在以下几个方面：

　　一是独具特色的混合星座。北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，包括地球静止轨道（GEO）、倾斜地球同步轨道（IGSO）、中圆地球轨道（MEO），与 GPS 等其它系统单一 MEO 卫星星座相比，其抗遮挡能力强，而且亚太地区覆盖和服务性能更优。北斗混合星座的设计和部署，丰富了世界卫星导航的技术体系和发展路线，也引起国外系统的效仿。

　　二是提供天地基高精度服务。北斗系统在提供基本定位导航授时服务的同时，内嵌星基增强服务和精密单点定位服务，可实现更高精度和完好性，满足高精度、生命安全等领域用户的需求，十分集约高效；北斗地基高tgcode精度通过全国 2000 余个地面参考站和数个数据处理中心，向用户提供米级、分米级、厘米级、毫米级的高精度定位服务。

　　三是导通融合的多样化服务。除定位导航授时服务外，北斗继承发展了导通融合优势，可以提供区域短报文通信、全球短报文通信、国际搜救等特色服务。北斗创造性的将短报文通信和定位导航相结合，既能知道自己在哪，也能让别人知道我在哪儿，极大丰富了时空信息服务的应用场景；此外，北斗国际搜救服务设计了返向链路确认功能，可将回执信息以及地面救援力量的准备情况等发送给求救者，显著提高求救者等待救援过程中的信心和搜救成功率。

　　相对于 GPS 建成提供服务 20 余年，北斗二号连续运行服务近 9 年，北斗三号去年刚建成开通服务，北斗需要在保持系统连续稳定运行和推动系统升级换代上，不断积累经验，提升能力。同时，相比 GPS 在全球应用市场的绝对领先份额，北斗在应用的广泛性和深入性还需进一步拓展。上个月刚刚闭幕的十三届全国人大四次会议通过了国民经济和社会发展“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要，明确提出了深化北斗系统推广应用、推动北斗产业高质量发展的目标，北斗产业化推进工程列入国家“十四五”规划，相信举全国之力，北斗应用一定会更好地实现规模化、产业化、国际化发展。

　　Q3：北斗的精度是多少？这个精度水平，在国际上处于什么地位？

　　根据北斗官方网站发布的《北斗卫星导航系统公开服务性能规范（2.0 版）》，北斗系统全球定位精度为 10m，亚太地区定位精度为 5m，目前，北斗的实测结果优于这一承诺指标。根据我国国际 GNSS 监测评估系统评估结果，四大全球系统的空间信号精度用户测距误差（SISRE）如下图所示，北斗精度可与美国 GPS 最新一代卫星、欧洲 Galileo 卫星媲美，优于 GPS 在轨的其它卫星和俄罗斯 GLONASS 卫星。

四大全球系统空间信号精度（图片来源：北斗卫星导航系统）

　　Q4：北斗卫星的核心器部件是什么？这些器部件是否能做到100%国产化？

　　北斗卫星的核心器部件包括星载原子钟、星载中央处理器、行波管放大器、微波开关等，在北斗三号卫星中，所有核心单机和元器件实现百分之百国产化，真正做到了自主可控。北斗单星器部件国产化能力由“十一五”末的 84% 提升至 100%，从根本上扭转了部分关键器部件依赖进口的局面。

国产原子钟（图片来源于网络）

　　Q5:北斗三号卫星的“心脏”是我国自主研发的国产处理芯片，这颗芯片的优势是什么？跟手机芯片比，有哪些不同？北斗芯片是否需要用到光刻机等技术？生产的过程是否受制于人？

　　卫星处理芯片就是星上抗辐照处理器，国产化的抗辐照处理器通过正向设计进行空间辐照环境加固，芯片内部逻辑单元采用三模冗余设计，存储单元和存储接口提供自动纠错检错功能，具备高可靠的抗辐照能力，可应用于外层空间缺少地球磁场保护条件下电磁环境恶劣场景。

国产抗辐照处理器芯片（图片来源：北斗卫星导航系统）

　　与手机芯片相比，北斗三号卫星使用的国产抗辐照处理器芯片的不同主要体现在以下两方面。一是应用环境。手机一般工作在日常环境中，温度范围0~55 度，而卫星芯片工作在更为恶劣的空间环境中，除了要适应-55~125 度宽温环境外，还要面对空间环境中高能粒子辐射的影响，高能粒子可能产生单粒子锁定、单粒子翻转、单粒子烧毁等效应，造成芯片工作状态异常或永久损害。二是应用生态，手机一般采用安卓或 ios 操作系统，通过各种应用程序扩展提供生活、娱乐、工作支持，卫星芯片通常运行在高可靠的实时操作系统或定制系统中，通过精心编制的软件面向特定应用，实现高可靠的控制管理、运算处理、数据传输等功能。卫星芯片和手机芯片相比，应用环境和生态环境等区别比较大，技术发展路线和现状也各有特点和难点，目前国产卫星、手机芯片等也都在蓬勃发展，未来可期。

　　有人问北斗芯片是否需要用到光刻机等技术？光刻是将掩膜版上的几何图形转移到晶圆表面的光刻胶上，是芯片制造流程中必不可少的步骤。北斗芯片和其他芯片一样，在流片过程中都离不开光刻机。目前，北斗已经建立了完整的产业链，芯片经过一系列设计和验证，交付国内流片厂商进行制造，整个芯片的设计、流片生产、封装和测试全过程均是在国内实现的。

　　Q6：如果没有北斗，我们会在哪些领域被国外技术卡脖子？是否会有很大风险？

　　北斗是国家重大战略性时空基础设施，北斗系统的研制与建成，对我国确保时空信息安全具有重要意义。北斗为交通、金融、通信、能源、电力等国民经济命脉提供准确的时间和位置，是保障国家重要设施运行安全的基础，可以说是基础设施的基础。

　　掌握了时间和空间，就控制了一个国家最重要的基础信息。如果没有准确的位置和时间，交通运输领域，正常的交通秩序、运输工具的监控管理和调度将无法维持；金融领域的各种交易会出现混乱，造成不可挽回的经济损失；电力领域，电网系统会无法正常运行，甚至造成灾难性影响；通信领域中，通信链路可能无法建立或时断时续，或无线信号不能正常传输。可见，卫星导航系统是信息化社会的重要基础，是绝对不能受制于人的，正所谓“登山的保险绳不能够掌握在别人手中”。

　　Q7：手机支持北斗是怎么回事？如果不支持北斗，在国内是否还可以使用？手机里的地图导航功能是否用的就是北斗？

　　目前，支持北斗定位的数十项国际移动通信标准已向全球发布，这为北斗进入手机打下了坚实的基础。

　　手机支持北斗是指手机里的卫星导航芯片能够接收北斗卫星信号，并利用北斗卫星信号进行导航。目前，国内外主流的手机芯片均已支持北斗。查看一部智能手机是否支持北斗系统，要看硬件也就是芯片是否支持，这就需要查看机型性能的介绍，如下图所示。在手机的定位详情功能介绍中，可以发现很多款手机所支持的定位系统包括我国北斗、美国 GPS、俄罗斯 GLONASS、欧洲伽利略系统等。

手机对卫星导航系统的支持（图片来源于网络）

　　如果你想查看手机实际可收到的定位信号和所属系统，只需要下载相应的专用工具软件，就可以实时看到连接的卫星信号强度、卫星的数量以及所属的系统。北斗、GPS、GLONASS、Galileo 均为全球覆盖，手机只要支持某一系统，即可在世界各地获得卫星定位服务。

　　这里要再给大家介绍一下定位和导航的基本概念和关系。定位+地图+路径规划和引导=导航。导航就是指引一个运动物体从某个位置出发，安全快捷地到达某个目标点，定位是导航需要解决的首要问题，卫星导航系统其基本功能其实都是定位。我们常用的百度地图、高德地图能够为我们提供导航服务，其实是把位置信息标定在地图上，再加上地图里的路径规划和引导算法实现导航。而这里的位置信息，既可以是通过接收 GPS 卫星信号，也可以是通过接收北斗卫星信号获得。

手机导航地图（图片来源于网络）

　　Q8：有了北斗，是否意味着我们可以彻底抛弃GPS？

　　对于民用导航信号，国际上倡导的都是兼容共用，多系统兼容共用是主流趋势。一是通过兼容，确保卫星导航系统间不产生有害干扰，二是通过互操作，确保使用多个卫星导航系统的信号，能比使用单个系统/信号获得更好的性能。目前，北斗系统通过国际协调，已与美 GPS、俄 GIONASS 等世界主要系统实现兼容共用。

　　北斗可以作为用户使用卫星导航系统的标准配置、必要配置；同时，北斗也不排斥使用 GPS 等其他系统，因为多系统可以为用户提供更优质的服务。从用户获得最大利益和福祉的角度出发，在城市峡谷、山区遮挡环境，用户可以通过观测多个系统更多的卫星，获得更好的服务体验。

　　Q9：未来布局北斗，我们还需要做什么？

　　纵览国际卫星导航发展，可以看到，各大卫星导航系统均在加速更新换代，不断提升性能、拓展功能，瞄准 2035 年前后开启新一轮竞技比拼。

　　目前，北斗已圆梦全球，提供全球服务，但梦想不止于此。2035 年前，我国还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的北斗综合时空体系。未来为进一步发展好北斗、应用好北斗，有以下几方面的建议：一是确保北斗系统连续稳定可靠运行，融合人工智能、大数据、云平台等新技术，提高系统运行服务的自动化、智能化水平；二是推动北斗+和+北斗，让北斗提供更加多样、更高质量的服务，让更多的行业、更多的领域应用北斗，tgcode加快北斗产业化发展；三是面向深空、水下、室内等导航需求，将北斗与 5G、脉冲星导航、水声导航等其他手段结合，形成从室内到室外、深海到深空无缝覆盖的综合定位导航授时体系，实现“人类探索的脚步迈到哪里，北斗的时空保障就到哪里”的目标。

　　Q10:整个北斗导航，是否还用到了国外的核心技术？如果用到了，这些技术我们在短时间内是否有赶超的希望？

　　北斗系统的发展浓缩着我国科技创新的不凡之路，从北斗一号，到北斗二号，再到北斗三号，北斗人一直坚持自主创新、追求卓越。作为我国自主创新的结晶，北斗系统的混合星座、导通融合、星间链路等多个技术体制都是国际首创。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，在北斗全球系统的建设发展中，先后攻克多项关键核心技术，推进数百种器部件国产化研制，实现了核心技术、核心器部件完全自主可控。

　　目前北斗导航未用国外的核心技术，很好的诠释了中国智慧、中国方案和中国创造。北斗实践证明，只有把关键核心技术牢牢掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能为创新超越奠定坚实的技术基础。