科技無國界，是個傳說
今天咱們不說晶片
聊一聊GNSS——全球衛星定位導航系統
不是GPS
而是國之重器，北斗導航！
案例一 1993年，“銀河號”事件
“銀河號”是隸屬中國遠洋的集裝箱貨輪。1993年7月從天津新港出發，前往迪拜、達曼和科威特等地區進行小商品，染料貿易。
在阿曼灣海域，突然遭到美軍直升機和軍艦襲擾，稱其“裝載了用於製造化學武器的原料”，並強行要求登上 “銀河號”接受檢查。
1993年8月2日晚，“銀河號”被迫在霍爾木茲海峽以東拋錨，在極度缺乏食品、淡水、藥品和燃料的情況下，堅持到8月24日。
最終，“銀河號”在國際檢查團的聯合檢查下，證明了自己的清白。
傳言，迫使銀河號停泊的原因之一就是，美方遮蔽了銀河號所在區域的GPS訊號。從技術上看，這是可實現的。
案例二 1999年， 印巴戰爭
印巴爆發卡吉爾戰爭，山區中制高點的搶奪，空中打擊是首選。印方裝備幻影2000，比巴基斯坦的F16，米格更具空中優勢。激戰正酣時，美方遮蔽了印巴之間的GPS。。。耳邊響起那句熟悉的臺詞，包租婆，點解霎時間會冇水嘅？
最後印度靠25萬發炮彈，和巨大的傷亡，拿下了高地。
案例三 2018年，伊朗軍演
伊朗波斯灣海域軍事演習。美方故伎重演遮蔽了演習區域的GPS訊號，等著看笑話。
最後，伊朗導彈依然命中目標，因為，他們使用了北斗導航系統。
一 我們為何走上全球衛星定位系統自主研發道路？
這得感謝美方
無論你在世界的任何角落，我們的北斗都將會向你提供滿意的服務。
北斗衛星導航系統總工程師——楊長風
2003年，歐盟邀請中方加入伽利略全球衛星導航系統建設的研發。畢竟作為美方的假想敵，把制導系統全部壓在美方GPS上，可能會人為刀俎，我為魚肉。
在中國投資2.3億歐元之後，因美方干涉，被踢出局。
因為國家的，堅定決斷，
加上美方堅持不懈的，制裁打擊，
推動了，我國堅定走向，北斗導航自主研發，自力更生的道路！
從以前的兩彈一星，到後來的定位導航，以及現在的晶片，大飛機。你慢慢品。
二 全球衛星導航系統都誰家有？
目前為止，
4家全球性GNSS系統 + 2家區域性導航
全球性的有四家，按時間順序來
●美方 GPS導航
●俄羅斯 格羅納斯導航
●歐盟 伽利略導航
●中國 北斗導航
區域性的有兩個
●日本 QZSS導航
日本QZSS衛星執行軌跡圖
(基本上就是GPS的輔助版，在高緯度地區精度還行，主要還得靠演算法提升精度)
●印度 IRNSS
印度IRNSS衛星，執行軌跡圖
（印度地理位置更靠赤道，更易受電離層影響加大誤差，加上印度本身連炮彈短缺都可以不補的佛性，該系統的定位精度，在將來仍存有大幅度的可提升空間[捂臉]）
具體的，各定系統的優缺點，我原來在問答中專門寫過。也因此，知道頭條還有過青雲計劃獎勵。
三 衛星定位導航的原理和作用
衛星定位計算比較複雜，尤其是在誤差修正上。可以簡化理解為，空間幾何中的四點定位法。大概分四步
- 基礎定位 透過四顆及以上衛星實現米，亞米級定位，三個提供位置，一個提供時間
- 高精度定位 衛星以及地面基站增強系統，用演算法輔助實現分米甚至釐米級定位（所以你的手機經常會提示，開啟WIFI或流量來實現精確定位）
- 透過地面控制中心、衛星、使用者三者之間的互動，透過公式，計算得到使用者的位置。
- 再透過基站，和已知參考信標位置進行最佳化，可以提升目標定位精度到釐米級。
Q ： 參考點間的距離，怎麼確定？
A: 衛星傳輸訊號接近於光速，訊號在收發端所耗時間可測。距離＝速度×時間
- 然後，就是透過各種複雜的公式代入計算，以及各種基站位置，修正偏差，包括電離層影響，包括遮擋物的影響，等等
最簡單的計算模型
- 最後結果，就是手機上所看見的那個經緯度。就實現了衛星的定位
華為手機搜到的北斗衛星數
四 北斗衛星定位導航系統的發展歷程
為實現看似簡單的定位過程，中國用了 26年，1994——2020。
2020年6月23日，中國西昌，長征三號搭載著最後一顆北斗組網衛星，劃破長空，奔赴預定軌道，順利完成組網。
這是第55顆北斗衛星，標誌著中國北斗衛星三步走，26年的征程，圓滿完成！也見證了數代航空航天人的默默付出。此處該有掌聲。
北斗導航奠基人之一，許其鳳院士
1994年，國家確認三步走策略，對應北斗一號、二號和三號的三個建設階段。
長征系列火箭發射
三個軌道，55顆定位衛星，構成的北斗導航系統示意圖
●北斗一號 ，試驗系統。
2000-2007，發射4顆試驗性質衛星，在地球靜止軌道，以區域測試服務為主，目前已退役，不算入正式北斗導航星座數量。
●北斗二號，區域導航系統。
2007-2019年間共計發射了20顆（含備用），8顆GEO衛星、7顆IGSO衛星，主要服務亞太。5顆為MEO衛星，僅能提供有限的全球覆蓋。主要用於亞太地區。
北斗三號，全球衛星導航系統。
2015-2020。共計35顆，其中5顆為測試性質。正式星座中，3顆為GEO衛星，3顆為IGSO衛星，24顆為MEO衛星，向全球提供高精度、全天候、全天時的導航定位授時服務。
大部分的衛星生命週期，在8到12年間，北斗二號大部分衛星依然在正常工作中，因而實際處在執行狀態的北斗星座超過40顆，大幅超過了GPS的32顆。所以美方急迫地提出升級GPS的計劃。
五 僅剩4個小時，北斗衛星導航系統險些功虧一簣
衛星軌道頻段佔用得提前向國際聯盟ITU申請，且有時限，若超時未完成，軌道頻段資源會被收回，讓給下一個申請者使用。就像你去銀行或醫院排號，一旦錯過了，就得從頭再來。
我國完成北斗衛星自主研發，火箭發射技術升級，衛星入軌通訊這一系列超高難度操作後，距離ITU規定的時限，只剩四小時
導航定位衛星主要作用，就是在固定軌道向地面傳送時間和位置資訊。時間資訊差一秒，地面定位就得錯十萬八千里。
精準的時間，是準確定位的基礎
歐洲衛星導航系統上原子鐘的誤差
衛星繼續透過原子鐘來實現，國際通用的星載原子鐘，精度要求極高，每10萬年誤差不超過1秒。當時，擁有此項技術的國家僅有，美國、俄羅斯和瑞士。
北斗一號所用的原子鐘是從瑞士進口，
到北斗二號，因為美方干涉，買不到進口成品，只能靠自主研發。
這就有個幾關鍵問題，得和時間搶跑
- 1 原子鐘得自己研發，需要時間
- 2 導航衛星軌道必須向國際電信聯盟ITU申請佔用的軌道，頻段，只有7年時間
- 3 為了提升發射效率，得使用一箭多星方式，對火箭的發射技術是個挑戰。
2007年4月17日晚八點，
當發射中心成功接收到訊號時，
距離軌道頻段失效的截止時間，僅僅只剩下4個小時。
六 北斗導航系統的過人之處
經過數代航天人的艱苦奮戰，北斗導航系統獲得巨大成功，部分效能超越國際一流
1.國產星鍾效能優異，超國際標準。精度達1000萬年1秒。遠高於，國際上10萬年1秒的誤差！
2.北斗衛星經過技術升級，生命週期可達十年到十二年左右，屬國際一流。目前大部分衛星壽命在八年左右。大部分近地衛星，比如美國的星鏈可能3，5年，就會因為地心引力，和燃料耗盡無法修正軌道，往下掉，最後在大氣層化作一道流星，劃過天際。嗯，不知道對這種流星許願會不會靈驗
3. 衛星間的通訊能力，也就是星鏈通訊傳輸，世界一流。在衛星飛越中國境外時，惠安慣例，關閉通訊，在缺少地面控制指令的的情況下，星鏈通訊，可維持衛星正常軌道執行。甚至地面站點全部失效，北斗系統，依然可透過星鏈通訊，保持執行長達60天
4.北斗地基增強系統已完成基本系統研製建設。
具備為使用者提供廣域實時米級、分米級、釐米級，和處理後毫米級定位精度的能力。世界一流
5 北斗導航都有的報文通訊系統除了位置資訊以外，還能附帶簡短的文字資訊
報文系統在突發情況以及救災時，能發揮巨大作用
目前，北斗系統 B1、B2、B3 訊號中的軍用 B3 頻段不對外資企業開放許可權。
七 北斗衛星導航能幹什麼？
我們建設北斗關鍵還是在用，只有用得更加普及，更加深入，這才是贏家。
中國衛星之父北斗一號和二號系統的總設計師——孫家棟
很多人都覺得北斗導航離我們很遠。但是你看了下面的幾個圖片就會發現，原來國之重器，高階製造在生活裡觸手可及
1 高鐵的ATO自動駕駛，能實現10 公分以內的定位誤差
2. 各種共享單車，管理員可以透過車身晶片知道你是否把車放進固定位置
3.各類長途車，營運車都有定位裝置
4.各種遊輪，無論長江上的，還是海外航線的。以及各種集裝箱貨運輪
5.各種航空航天裝置，以及軍備
6.工程應用，武漢火神山雷神山開建之前的測繪，大型水利工程施工中的山體滑坡監控等等
7.智慧農業中無人農業機械的自動駕駛
8.手機，可穿戴裝備裡的各種定位應用
9.部分北斗衛星還攜帶了國際Cospas-Sarsat衛星輔助搜尋和應急救援計劃的有效載荷，在發生緊急情況時，可以參與國際合作的應急救災工作中
2015年尼泊爾8.1級地震，北斗協助救災
八 北斗導航系統行業展望
北斗衛星導航系統作為國之重器，整個行業的應用當然不僅僅是手機裡顯示運動軌跡。
從2000年至今，GPS帶動產總和超過1.4萬億美元
導航系統主要功能是
定位（Positioning）
導航（Navigation）
授時（Timing）
具體來看，北斗主要有三大應用市場，即特殊市場、行業市場和大眾市場。
對應到細分領域，
衛星導航在國土測繪、海洋勘探、精準農業、災害監測、無人機以及無人駕駛等領域的專業應用，以及汽車導航、移動手機等大眾化應用提供更有效的高精度位置服務基礎環境，在AR，金融等行業具有廣闊的應用市場。當然在保家衛國的特殊市場就更不用多說了。
另外，衛星作為通訊中繼，在長距離通訊，無人區通訊，海域通訊上具有很大優勢，可以省去通訊節點之間鋪設光纖的麻煩，也會是6G的一個方向。
具體的公司，國內高精度接收機市場形成南方測繪、中海達、華測及合眾四家主導的市場格局。但市場份額還未穩固，南方作為行業內老牌勁旅，仍佔據行業第一。
22納米制程的導航晶片
中海達作為中國高精度 GNSS 的領跑者,以接近國際頂級 品牌產品的綜合性能，在自產 RTK 裝置上實現了約 50%的進口替代。同時他也是傳統的優勢軍工通訊企業。
當然，衛星定位導航還有很多其他的用途，也歡迎大家發表各自意見，咱們評論區見！
