了不起的北斗卫星导航系统

2020年6月23日，北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。7月31日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行。这一由我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。那么，北斗卫星导航系统的工作原理是什么呢？随着北斗卫星的全球组网，北斗会为人们的生活带来哪些便利？又将如何推动生产方式变革和商业模式创新？

用数学课本知识了解北斗导航的工作原理

当你打开手机上的导航软件，你实际上是在使用导航卫星的定位功能。高中数学课本告诉我们，在一个立体直角坐标系中，任何一个点的位置都可以通过三个坐标数据X、Y、Z来确定。也就是说，只要能得到X、Y、Z三个坐标数据，就可以确定任何一点在空间中的位置。北斗卫星导航系统在太空中建立了一个卫星网络，通过对卫星轨道分布的合理化设计，用户在地球上任何一个位置都可以观测到至少三颗导航卫星，我们称为卫星A、卫星B和卫星C，而且在任何一具体时刻，卫星在空间中X、Y、Z坐标是确定的。卫星和你的手机分别有一个时间表。通过卫星A、卫星B和卫星C发出，以及手机接收到的导航信号时间差，乘以电磁波的传播速度，可以测量出用户与卫星A、B、C的距离。现在我们已经知道三颗卫星的空间位置，以及用户到三颗卫星的距离，假设用户的位置为Xu、Yu、Zu，这样我们就得到了一个三元二次方程组，三个方程，三个未知数，即可解出用户的坐标位置了。

70%以上中国智能手机已有北斗服务

“高大上”的北斗导航，已经不知不觉“飞入寻常百姓家”。在中国入网的智能手机里面，已经有70%以上的手机提供了北斗服务。

如果仔细留意，其实不难发现，天上的北斗不仅与手机相连，我们日常生活中的很多地方都有它相伴。当你还在为找不到共享单车或不确定哪里能停车而烦心时，北斗卫星提供的定位服务已经在帮你，为你发送位置信息。

未来，随着北斗全球系统建成，“中国北斗”将进一步造福全球，也将更加广泛而深刻地影响人们的生活。基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。

在电子商务领域，国内多家电子商务企业的物流货车及配送员，应用北斗车载终端和手环，实现了车、人、货信息的实时调度。在智能穿戴领域，多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备，以及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品不断涌现，得到广泛应用。

北斗系统经济效益和社会效益显著

北斗系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信时统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，产生了显著的经济效益和社会效益。

我国电网设备分布广泛，许多电力设施都在无通信公网地区，电网公司一线员工在这些地区进行电网建设或者巡检作业时，往往缺乏有效的通信手段与后方人员取得联系。有了北斗卫星系统，电网公司的员工在无通信公网地区作业时，只需要携带一个小小的“短报文通信终端”，通过蓝牙与手机相连后，就可以让普通的手机具备发送北斗短报文的能力，将现场情况和位置信息发到后方人员的手机里。

在交通运输方面，北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。截至2019年底，国内超过650万辆营运车辆、3万辆邮政和快递车辆，36个中心城市约8万辆公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已应用北斗系统。

在农林渔业方面，基于北斗的农机作业监管平台实现农机远程管理与精准作业，服务农机设备超过5万台，精细农业产量提高5%，农机油耗节约10%。

● 知识链接

除了北斗，这些卫星导航系统你知道吗？

● GPS全球定位系统

GPS全球定位系统由美国国防部研制，是利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，能做到全方位、全天候为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。

GPS主要由空间部分、地面控制系统和用户设备部分构成，能实现全球全天候定位，定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，仪器操作简便，可提供全球统一的三维地心坐标。在实际生活中，GPS在道路工程、电子巡更、车辆导航和交通管理等方面运用广泛。

● 伽利略卫星导航系统

伽利略卫星导航系统，是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统。该系统以17世纪意大利天文学家伽利略命名，拥有导航、定位、授时、搜索与救援等服务。另外，在飞机导航和着陆系统中的应用，铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业等方面也有突出功能。

● 格洛纳斯卫星导航系统

俄罗斯全球导航卫星系统简称GLONASS，故称格洛纳斯卫星导航系统。相对于GPS系统，格洛纳斯系统在定位用户接收机方面改善了精度因子，提升了定位精度，同时避免了地形遮蔽的影响。除此之外，在整体性和妥善性方面也有所增强。格洛纳斯系统也在越来越多的领域应用，如精确农业、无人机导航、GIS测绘、个人定位、车载定位与导航、船舶海航等。

● 印度区域导航卫星系统

印度区域导航卫星系统（IRNSS）是一个由印度太空研究组织（ISRO）发展的自由区域型卫星导航系统。2013年7月1日，印度成功发射了首颗导航卫星。和美国的GPS系统类似，将来印度的IRNSS系统也将兼顾民用和军事用途，它会提供两种类型的服务，即标准服务和限制服务。标准服务将向所有用户公开提供定位和导航服务，而限制服务则是针对特定用户的加密服务。