“北斗”卫星定位是什么原理？中国北斗又有什么黑科技？

“复移小凳扶窗立，教识中天北斗星。”自古以来，北斗就是中华民族的指路明灯。

而今，以“北斗”命名的中国自主研发的全球卫星导航系统成功建立，为全球定位、导航贡献了中国智慧。

“北斗”升空，全球组网

在中国的北斗正式投入使用之前，世界上只有两套全球卫星导航系统：美国的GPS（全球定位系统）和俄罗斯的格洛纳斯。

其中美国的GPS系统“独领风骚”，以至于许多人常常将其当作GNSS（全球卫星导航系统）的代名词。

而走在复兴道路上的中国，始终清醒地意识到，中国的命运必须自己掌握，中国重器必须自己打造！

在自主建设卫星导航系统的道路上探索多年之后，中国于2000年接连将两颗北斗导航试验卫星发射升空，成为世界上继美、俄之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家。

考虑到测量精度问题，包括中国“北斗”在内的全球卫星定位导航系统采用的几何定位原理多为时间测距导航定位，说得通俗点就是掐表计时。

我们都知道信号的速度已知时，如果能测出信号从被发出到被接收的时间，就能计算出发射端与接收端二者之间的距离。

卫星定位系统中的大多数卫星其实就是一个个十分精准的计时器，它能连续不断地向外发射信号，并精准地记录每个信号发射的时间。

于是我们利用接收信号与卫星发出信号的时间差，即时延，就可以计算出这颗卫星离我们有多远。

知道多颗卫星到我们的距离，以及这些卫星的具体位置时，就能利用立体几何方法准确地定位我们当下的位置了。

2000年建成的北斗一号系统最早只有两颗地球静止轨道卫星，以两颗卫星到用户机的距离为半径，分别作两个球。两球相交必定会产生一个大圆，用户机的位置就在这个大圆与地球的交点上。

大圆与地球表面的南北半球分别交于A、B两点，又因为北斗一号系统的用户集中在中国国内，而我国位于北半球，这样就可以确定出用户机的唯一位置了。

当时我国的多项理论和技术还处于研究的瓶颈期，这样一套只需要两颗卫星导航系统，性价比可以说是非常之高了。

2003年，第3颗地球静止轨道卫星发射升空，进一步增强了北斗一号导航系统的性能。

2004年，北斗二号系统建设正式启动，至2012年底14颗卫星的发射组网（5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星）正式完成。

在兼容北斗一号系统技术体系的基础上，还将服务区域扩展到了亚太地区，可为用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。

北斗二号还新增了无源定位机制，用户使用定位服务时，无需向卫星发射信号，仅接收卫星发来的信号就可以实现定位功能。

此时，中国的北斗二号系统已经可以做到每一次对用户的定位都由至少4颗不共面的卫星测算而得。

根据空间立体几何，已知某用户到4个不共面卫星的距离，就可以在这些卫星信号能覆盖的空间范围内准确地得到该用户的空间位置坐标，包括他所在位置的经度、纬度、海拔。

2019年9月23日5时10分，我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”的方式，将第47、48颗北斗导航卫星发射升空。

至此，北斗三号基本系统已经建成，精度可以与美国GPS相媲美，目前已经先后应用于“一带一路”沿线30多个国家和地区，并进一步向世界范围迈进。

独树一帜，国之重器身怀“绝活”

GPS等卫星导航系统均采取单一轨道星座构型，全部组网卫星都运行在2万公里高度的中圆轨道。

但北斗系统不像GPS那样，有条件在全球建立地面测控站，不仅如此，还要面对外国对我们的技术封锁。

对此，北斗一号卫星总指挥李祖洪说，“巨人”不让我们站在肩膀上，唯一的办法就是自己成为巨人。北斗是中国人自己脚踏实地、辛辛苦苦研制出来的。

北斗一号系统原创性地提出双星定位方法，打破了国外技术垄断，建立了世界上首个基于双星定位原理的区域有源卫星定位系统，还独一无二地开创了北斗独有的短报文服务。

短报文服务可以帮助无通讯信号覆盖的地区实现双向通信，在多项国家重大事件中发挥了至关重要的作用。

这一功能在后续的北斗卫星中得到了保留，为许多国家开展导航卫星研制提供了启发。

北斗二号系统则突破了区域混合导航星座构建、高精度时空基准建立的关键技术，造出了能在国土范围内管辖的卫星星座，并且实现了星载原子钟的国产化，这也是世界上首次实现混合星座区域导航系统。

除此之外，系统的服务精度也从传统导航服务的“米级”“10米级”提升至“分米级”“厘米级”甚至“毫米级”，并向民用市场开放，天上翱翔“北斗”星，飞入寻常百姓家。

北斗三号全球组网建设过程中，形成了具有自主知识产权的系统方案，并成功研发了国内首个适于直接入轨一箭多星发射的“全桁架式卫星平台”，为快速组网建设铺平了道路。

从指南针到“北斗”，中国一路走来，也曾创造辉煌，也曾历经磨难，但走向复兴的企盼始终存在于每个人心中，并将在星辰和理想的引导下走向更加辉煌的未来！