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没GPS全世界都会停摆?-为何北斗让中国有了底气

2019-12-10 16:09:00
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摘要:如果没有GPS,世界会是什么样?

近日,荣耀9X北斗探秘之旅于中国-东盟北斗/GNSS(南宁)中心正式举行。据介绍,荣耀9X的导航与定位服务已经应用北斗导航,在旧有的B1I民用频段基础上,增加了B1C频段,抗干扰能力更强,导航定位更加精准、稳定,在实际应用中可以实现3米内的定位精度。

由于前段时间美国不遗余力的“抬咖”,华为在国人心目中已经从“一般手机品牌”上升到“中华之光”的地位了,甚至比起中国自研的北斗卫星导航系统来都很难说谁更加有名。

但在战略地位上,北斗却要重要得多了。要问为什么,那得先从历史悠久的美国卫星导航系统——GPS说起。

GPS是什么?

GPS是“全球定位系统”的简称,起始于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用。它就是一种全球卫星导航系统,可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。

GPS被称为“隐形工具”——非常有用,无处不在,但人们并不是经常能感觉到它到底有多重要。

美国纳税人每年拿出十亿多美元来维持GPS的运转,但试图用美元来衡量它的价值几乎是不可能的。

正如格雷格·米尔纳(Greg Milner)在《精确定位:GPS如何改变我们的世界》(Pinpoint: How GPS is Changing Our World)一书中所言,你不妨问:“氧气对人类呼吸系统的价值是多少?”

不过,有趣的是,在发明之初,不少人怀疑它存在的必要性。一个经典论调是:“我知道我自己在哪里,为什么我需要一颗该死的卫星来告诉我?”

直到1990年的第一次海湾战争,对GPS持怀疑态度的人们才改变了看法。士兵们遭遇了沙漠风暴,能见度降低到5米,GPS帮助士兵们标记出地雷的位置,找到了返回水源的路。

由于军队没有足够的GPS信号接收器,士兵们甚至要求他们在美国的家人自己花钱送来价值超过1000美元的商用接收器。

由于可能在军事中发挥的巨大作用,一开始,美国军方甚至想将GPS“占为己有”——他们试图让卫星发出两种信号,一种是供自己使用的精确信号,另一种是供平民使用的性能较差、较模糊的信号,被人为加入了选择性误差,定位精确度大概在100米左右。

但各公司足够聪明,找到了许多办法从模糊信号中获取更多信息。2000年,克林顿政府向不可避免的局面低头,向所有人开放了更精确的、定位精度在十米左右的信号。


如果没有GPS,世界会是什么样?

11月6日,发表在BBC上的一篇文章讨论了如果没有GPS,世界会发生什么。

首先是导航问题:司机可能需要借助道路标志或地图,火车站不再能看到“即将到达”的列车时刻表,运营商无法通过手机信号定位呼叫者,这会导致无法迅速派出救援服务或警车。

更深远的影响是,港口会出现交通堵塞,集装箱起重机需要GPS来卸货;超市货架可能会缺货,因为“无库存”的、适时反应的物流系统会停止运作;工厂可能会停工,因为物料不能及时到位;农业、建筑业、渔业、测量业都将受到影响。

GPS由24颗卫星组成,每颗卫星携带的时钟同步精度极高。当你的智能手机使用GPS在地图上定位你时,它会从一些卫星接收信号,并根据信号发送的时间和卫星的位置进行计算。

如果这些卫星上的时钟偏离千分之一秒,你就会偏离200公里或300公里。

以电话网络为例,你的呼叫通过一种叫做多路复用的技术与他人共享空间——数据得到时间戳、被打乱,在另一端进行恢复。一个10万分之一秒的小故障就会导致问题。

银行支付、股票市场、电网、数字电视、云计算等诸多事物也依赖十分精确的时间。

一场足够大的太阳风暴就可能让全世界停摆。太阳爆发活动会释放大量高速的带电粒子,导致信号衰落或中断,严重时甚至可能造成卫星通信链路中断。

在2000年的巴士底太阳风暴中,大太阳耀斑曾引起多个地方的短波无线电全部中断;2006年底连续爆发的太阳耀斑对部分地区的无线电信号传播造成严重影响,电子信息系统甚至发生大面积中断。

一旦能想象GPS停掉的后果,我们就能理解北斗系统在民生和战略上的重要意义——自家搞的,不会被人卡脖子。

而且由于北斗系统的卫星组网最密处位于中国上空,在亚太地区,北斗也比GPS更有优势。2014年,泰国、马来西亚、文莱、印尼等国就派出专家来到中国考察北斗二代,探讨合作事项。

今年9月,我国成功发射了第47、48颗北斗导航卫星,这是北斗三号系统的组网卫星,标志着北斗全球组网已进入倒计时,即将在明年完成系统的全部建设。

全球卫星导航的进展

GPS和北斗并不是全球唯二的全球导航卫星系统。俄罗斯有Glonass,欧盟有伽利略,日本、英国和印度也正在研究这种系统。

Glonass最早开发于苏联时期,于2007年开始运营。今年5月,俄媒报道称,俄罗斯计划在2034年前发射46颗“格洛纳斯(GLONASS)”导航卫星。目前,GLONASS系统在轨有26颗卫星,其中24颗运行正常。为保证导航信号全球覆盖,GLONASS系统必须有24颗卫星在轨运行。

此外,近年一直都有消息称俄罗斯考虑将Glonass并入北斗,这将会使北斗在北半球高纬度地区的导航能力提升。

欧盟的伽利略系统从2016年12月份开始测试,预计于2020年全面部署成功。但今年7月,伽利略卫星导航系统突然中断服务,据称是由于“地面设施技术问题”,而绝大多数在欧洲受欢迎的手机都依赖于伽利略导航系统。

值得一提的是,阿里巴巴和中国兵器集团共同成立的 “千寻位置”紧急发起“方舟计划”,仅用48小时上线了千寻位置广播星历,其定位效果与使用伽利略系统广播星历定位精度效果基本一致。

除了卫星导航,还有陆地导航可供选择。其中一个主流玩家叫eLoran,定位精度可以达到8米范围内,美国宣布会将其作为GPS的备份系统使用,但它并没有覆盖整个世界。

eLoran的一大吸引力在于它的信号更强。当GPS信号穿过地球时它们已经跨越了2万公里,已经变得极其微弱——这使得它们很容易被干扰或劫持,产生虚假定位。
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