你不知道的導(dǎo)航定位的那些事


導(dǎo)航這個東西對咱們來說很方便,想上哪兒去,手機掏出來,地圖軟件就可以給你導(dǎo)航到地方,而這個功能是通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)的,像咱們現(xiàn)在常用的衛(wèi)星定位導(dǎo)航是起源于美國的GPS,但是定位導(dǎo)航這個概念,從古至今一直都存在。


古代人最常用的定位導(dǎo)航方式是地文導(dǎo)航,現(xiàn)在也在用,比如說你給你媳婦兒打個電話,約她晚上八點到靠山屯兒西邊兒五公里的苞米地,南邊兒的小樹林兒吃烤苞米,那你媳婦兒就得通過地理情況,像靠山屯,苞米地,小樹林兒來判斷,怎么才能吃上這頓烤苞米,比如在森林里迷路了,就可以通過樹木的生長方向和年輪來判斷方向,這就是地文導(dǎo)航。再到后來人類又發(fā)明了天文導(dǎo)航,這個老師以前也教過,要是找不著北了,就看天上的北斗星,南半球的人就得看天上的南十字星,古代的波尼米亞人則是通過天空中最亮的星天狼星來判斷方向。但是咱們?nèi)祟愖鳛楦叩葎游?,光靠天文地理?dǎo)航,肯定是滿足不了咱們的需求,于是后來就發(fā)明了定位導(dǎo)航工具,也就進入了工具導(dǎo)航時代,中國古人發(fā)明的指南針一直沿用到現(xiàn)在,應(yīng)用非常廣泛,后來咱們又發(fā)現(xiàn)了電,咱們就可以利用無線電的幅度,頻率,相位等等一些參數(shù)來測量導(dǎo)航信息,但是早期的無線電導(dǎo)航都是地基無線電導(dǎo)航,比如美國的羅蘭C和咱們中國的長河,這種導(dǎo)航方式必須要在地面上建個無線電基站,每個基站覆蓋的面積是有限的,比如現(xiàn)在的5G,50米就得有個基站,所以地基無線電導(dǎo)航只能實現(xiàn)局域覆蓋。


想要全球覆蓋,那就必須得用衛(wèi)星定位導(dǎo)航,這也就到了人造衛(wèi)星時代,第一顆人造衛(wèi)星是1957年由前蘇聯(lián)發(fā)射升空的,美國一看蘇聯(lián)有衛(wèi)星了,于是就在第二年,美國就發(fā)射了探險者一號人造衛(wèi)星,他們剛把衛(wèi)星升空,美國海軍就找來了,當(dāng)時美國海軍發(fā)現(xiàn)他們潛艇打擊精度不準(zhǔn)確,說白了就是導(dǎo)彈魚雷總打偏,具體啥原因,也搞不清楚,就找美國科學(xué)實驗室?guī)兔Γ茨懿荒芙鉀Q下問題,后來,這些科學(xué)家研究后發(fā)現(xiàn)是這個潛艇自身定位不準(zhǔn)導(dǎo)致的,你自己在哪兒都不知道,還想打中目標(biāo)。


科學(xué)家發(fā)現(xiàn)利用多普勒平移效應(yīng)可以對衛(wèi)星進行多普勒定位跟蹤,這就意味著你在地面可以發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在哪兒,反過來,衛(wèi)星就也能發(fā)現(xiàn)你在哪兒,按照這個思路,他們就搞出了全世界第一顆衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)子午儀,子午儀是4顆衛(wèi)星覆蓋全球,因為采用的是多普勒定位原理,所以需要的衛(wèi)星數(shù)量比較少,但是它也有弊端,第一個是速度太快,就無法定位,第二個是定位精度差,定位精度是千米量級,不能實現(xiàn)高精度定位,但畢竟子午儀還是有優(yōu)勢的,它能實現(xiàn)全球覆蓋,全天候,全天時不受天氣和地區(qū)的影響和限制,這已經(jīng)是全全球定位系統(tǒng)的里程碑了。1964年子午儀建成后,就交給了美國海軍使用,那蘇聯(lián)看到美國有定位,蘇聯(lián)當(dāng)時就搞了一個西科林,當(dāng)時咱們也有一個“燈塔一號”項目,但是由于當(dāng)時的技術(shù)和資金都跟不上,所以就被迫暫停了,雖然定位導(dǎo)航暫時搞不出來,但衛(wèi)星還是要發(fā)射的,1970年4月24號,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,成功發(fā)射了咱們中國第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號。


因為第一代子午儀無法實現(xiàn)高精度全球定位,美國在1973年就開始建設(shè)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),全球定位系統(tǒng)GPS,用了20年時間,總共耗資200億美元,在1999年全部建成,但是在1983年美國就宣布向全球開放GPS民用功能,原本GPS是軍用系統(tǒng),為啥要提前開放民用功能,因為在1983年,大韓航空007號航班,從紐約起飛后,莫名其妙地飛到了蘇聯(lián)上空,當(dāng)時天色昏暗,蘇聯(lián)軍方發(fā)出警告,但是客機沒有做出任何回應(yīng),在007號航班即將飛離蘇聯(lián)領(lǐng)空時,被導(dǎo)彈擊落了,當(dāng)時消息一傳出,舉世震驚,因為正處在冷戰(zhàn)時期,大家都高度緊張,后來調(diào)查結(jié)果顯示,007號航班誤入蘇聯(lián)領(lǐng)空是因為它們的地磁導(dǎo)航出了故障,這才緩解了當(dāng)時的緊張氣氛。


1983年,美國總統(tǒng)里根就決定將正在建設(shè)中的GPS系統(tǒng)向全球開放民用功能,但說是開放,人家還定了規(guī)矩,特殊情況下,將采取降低定位精度,關(guān)閉區(qū)域信號甚至更換通訊編碼的措施,這就意味著在特殊情況下,我可以選擇性的不讓你使用GPS,這里就要插一嘴了,很多人在網(wǎng)上說,93年銀河號兒事件是因為美國把GPS關(guān)閉了,導(dǎo)致銀河號在海上漂了一個多月,銀河號在海上漂流是由多方面因素造成的,這個說法有點兒過度夸大GPS的功能了。永樂宣德年間,鄭和七下西洋,最遠(yuǎn)到了非洲,這是發(fā)生在1405-1433年的事,1522年,麥哲倫完成了環(huán)球航行,那個年代用航海圖、指南針、六分儀都可以航海,現(xiàn)在的航海員也一樣可以做到,所以希望大家理性看待這個問題。


真正讓衛(wèi)星定位再度成為焦點是在90年代初,1991年海灣戰(zhàn)爭,當(dāng)時的伊拉克號稱世界第三大軍事強國,但是被以美國為首的多國部隊大概用了40多天就給打殘了,根本就還不上手,而在這場戰(zhàn)爭中發(fā)揮最大作用的就是當(dāng)時還沒有建成的GPS系統(tǒng),美軍部隊穿越茫茫沙海,出現(xiàn)在伊軍身后,同時遠(yuǎn)程打擊,精準(zhǔn)制導(dǎo),以信息戰(zhàn)為核心,以制空權(quán)為主導(dǎo)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭思想也被奠定了,衛(wèi)星導(dǎo)航對于軍事來說,實在是太重要了,所以絕對不能受制于人,咱們必須得有自己的定位系統(tǒng),于是在1994年,咱們中國啟動了北斗一號系統(tǒng)的建設(shè),2000年,基于雙星定位方案的北斗一號01星和北斗一號02星成功發(fā)射,中國成為了美俄兩國后,第三個建成衛(wèi)星導(dǎo)航的國家,雖然只能在咱們國內(nèi)區(qū)域使用,但最起碼咱先整出來一個,下一步再研究全球覆蓋問題。


2002年的時候,歐盟要搞伽利略,全球定位計劃,但是這個計劃太燒錢了,歐洲有技術(shù),但是他們?nèi)卞X,于是他們就瞄上了咱們中國,但是蜜月苦短,投了兩個億的歐元后,決策你也不讓我表態(tài),技術(shù)也不給我共享,資料還不給我看,于是中國退出,在04年的時候,北斗二號系統(tǒng)開始建設(shè),但這時候又遇到了一個問題,衛(wèi)星的軌道和頻率資源是有限的,而最好的資源已經(jīng)被人占了,咱們北斗二號向國際電聯(lián)申請的軌道和頻率跟伽利略比較接近,而國際電聯(lián)約定衛(wèi)星軌道和空間頻率是人類共有資源,誰先占了就算誰的,這就意味著北斗一定要跟伽利略搶占資源,那既然已經(jīng)是競爭對手了,肯定就要給你使點壞,首先,第一個是星載原子鐘,原子鐘以前咱們國家有,但是星載原子鐘,當(dāng)時技術(shù)還不成熟,最開始是想從瑞士進口星載原子鐘,但是瑞士要求咱們先獲得對華銷售許可證,故意跟你拖,所以咱們就意識到這個核心技術(shù),要不來也買不來,只能靠自己研究,后來通過兩三年的攻關(guān),咱們終于搞出來了星載原子鐘,而且誤差已經(jīng)達(dá)到幾千萬年誤差一秒,第二個困難就是地面站,導(dǎo)航衛(wèi)星需要長期與地面站保持聯(lián)系,一個全球?qū)Ш较到y(tǒng)需要在世界各地建地面控制站和主控站,而海外建設(shè)地面站,這個想法屬實太難實現(xiàn)了,這時候,29歲的康成斌博士提出了我國自主創(chuàng)新的星間鏈路方案,讓衛(wèi)星與衛(wèi)星之間可以相互聯(lián)絡(luò),實現(xiàn)了僅在我國境內(nèi)就可以主控、監(jiān)控和注入,不僅給咱們每年省了一大筆開銷,而且還提高了定位的精度和抗干擾力,而第三個困難就是占坑位,歐盟為了跟咱們搶占軌道頻率資源,2005年就把伽利略第一顆衛(wèi)星打上天了,但是他們上去之后沒有開通頻率,只占了軌道資源,因為當(dāng)時歐洲手頭有點緊,沒錢開頻率,他們當(dāng)時一定以為咱們搞不出來衛(wèi)星,所以自己也不著急,而這時,咱們必須在2007年4月17號前把衛(wèi)星打上去,因為這是北斗申報的頻率資源的最后期限,如果晚了,軌道和頻率就都讓伽利略給占了,2007年4月14號,咱們北斗二號首顆衛(wèi)星提前發(fā)射上去,一上去就把頻率給開通了,既占了軌道也占了頻率。


有了相應(yīng)的基礎(chǔ),中國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域不斷發(fā)力,一顆接一顆的北斗上天,北斗二號建設(shè)完成后,咱們又開始建設(shè)北斗三號,今年6月23號,北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功,為全球提供免費服務(wù),從北斗一號到北斗三號,咱們中國耗時20年,花了120億美元,終于建成了屬于自己的全球定位系統(tǒng),手握守護國門的金鑰匙, GPS有的,北斗都有,GPS沒有的,北斗也有,風(fēng)水輪流轉(zhuǎn),咱們中國已經(jīng)不是100年前的中國了,咱們中國已經(jīng)用硬實力向世界證明了自己,最后說一下北斗跟那些亂七八糟的地圖軟件沒關(guān)系,跟手機硬件有關(guān),大部分的安卓手機全都支持北斗定位,如今已經(jīng)形成了中國北斗,美國GPS,俄羅斯格洛納斯,歐盟伽利略,日本“準(zhǔn)天頂”的定位導(dǎo)航格局,科技造福人類,曾經(jīng)遙不可及的技術(shù)也已經(jīng)慢慢走進了千家萬戶。


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