卫星导航奇迹无法简单拷贝的三大理由

全球导航卫星系统带了个头，结果许多全球系统蜂拥而上，特别是低地球轨道卫星系统，如全球卫星通信系统、卫星遥感系统、天地一体化融合系统，似乎全球系统可以一蹴而就，实际上都是站着说话不腰疼，世界上哪有容易的事情。就是GPS系统和我们的北斗导航系统，都是经过二十多年的时间，数百亿元的投入，数以万计人员的努力，才真正实现系统的全球服务，系统建设完成后，又要长期维护保持每周7天，每天24小时的运营，这是个巨大的系统工程。卫星导航系统实质上是除了空间卫星段、地面运控段、应用服务段三大组成部分外，还有个空间环境段，后者实际上是个庞大的组成部分，它牵涉到无线信号传播的多种多样的复杂的环境，其中包括日地空间传输环境、地形地貌地物环境、自然人为电磁及其干扰环境，以及网络和数据时空与虚拟欺骗环境，各种各样的误差和不确定性大多数来自于环境段，许许多多情况下又是难于预测预报的。对于卫星导航和无线电导航而言，至今，环境段仍然是个重大的世界性难题，也是需要化大力气加以应对的重大课题，以确保服务的完好性。

经过差不多50年的努力，人们才刚刚真正享受到卫星导航系统带来的好处，而且越来越成为人们生产、生活、工作与学习离不开的一种不可或缺新基建设施，这得益于卫星导航该项高新技术独特的优势，因为它充分利用了无线电导航的信号广播方式，实现定位导航授时服务，而且是高精度的时空信息一体化提供模式，可以用数十颗卫星实现全球实时动态不间断的服务，实现免收终端用户费，实现用户无限和应用服务无限，其用户应用服务的边际成本几乎趋向于为零，从技术和产业发展的底层就为大众化时空信息应用服务奠定了无法撼动的基础，这就是卫星导航，这就是其他技术望尘莫及的不可模仿性关键所在。这是什么卫星通信和卫星遥感等都是无法与之比拟的。可以说这是一种空前绝后的创新，可以说是一个无法复制和难于依葫芦画瓢地拷贝的奇迹，这是理由之一。

何以解忧？唯有需求！卫星导航系统全球化的需求，首先来自于美国军方，为了进行潜艇的水下发射，需要全球定位的功能需求，在第一代卫星导航系统“子午仪”的基础上，在1973年底的一个劳动节的晚上，在五角大楼的一个叫做“孤独大厅”的会议室中提出了全球定位系统（GPS）的概念，于是推进了这一系统的设计建设，但是24颗全球星座的宏大工程，需要耗资百亿美元，一直在美国国会中有两派意见，一派支持建设，一派反对建设，所以GPS在开头建设阶段，真正是命蹇时怪，历尽坎坷，一度将星座设计从三轨道面的24颗卫星，缩减为六轨道面的18颗卫星，现在的其他GNSS系统都是优选的三个中地球轨道面，而只有GPS是六个轨道面，显然这是当年留下的痛。但是上世纪九十年代初的海湾战争让GPS的命运发生了根本性的变化，当时，天上的GPS卫星只有八颗，而且还有一颗带病工作，于是美国临时增发了一颗卫星，又适当地调正了个把卫星的位置，以保障能有更多的卫星工作在中东地区，让缺少参考目标的沙漠地区充分利用卫星导航于服务车辆、飞机、单兵与远程打击弹药，取得了良好的战果。从而在战后，GPS支持派大力宣扬，海湾战争的胜利是GPS的胜利，这样GPS打了一个翻身仗，从此以后一路绿灯，GPS终于在1993年宣布实现初始服务，至1995年实现完全服务。鉴于一架韩国的民航机误入苏联领空，被打下了，造成200余人丧生，所以1995年美国总统里根宣布GPS投入军民两用模式，并且实施不收终端用户费的承诺。1996年美国开始推进GPS现代化，在2000年5月1日晚上12点钟起，取消人工恶化定位精度的可用性选择（SA）政策，把卫星导航的精度真正实现有效释放。从卫星导航系统，特别是GPS的发展过程中，我们看到真正的需求牵引，看看现在的低地球轨道（LEO）全球星座，一旦策划动辄就是几千颗，甚至几万颗，需要那么多吗？在海上、在荒郊野外、在无人区又有多少人会用这样的系统，能够有那么多投入能力和维护能力，能够赚钱养活系统吗？需求，真正的需求，才是所有大系统大工程的根本所在。卫星导航系统才有这样的底蕴和资本，其他系统只能够东施效颦而已。这是卫星导航奇迹无法简单拷贝的理由之二。

还有一个卫星导航奇迹无法简单拷贝的理由之三，这就是卫星导航系统及其应用服务技术与产业发展与时俱进、日久弥新的特征，而且成为低碳绿色的样板，成为具有强大群众基础的百年老店式的高科技产业，成为人类共有共建共享共赢的财富和产业平台。当前，四大全球卫星导航系统，都在运营推广应用服务的同时，均在考虑下一步的发展，GPS和GLONASS都在积极推动其现代化的进程，而且时间都安排到2030年后，北斗系统和伽利略系统，都在考虑新一代系统，中国的综合时空体系和伽利略二代，均把卫星导航系统的升级换代作为主要任务，看来中地球轨道（MEO）的GNSS系统，在未来相当长一段时间内，仍然是PNT服务的强大支柱，这个地位在今后十至二十年内，可能不会被撼动。但是，作为单项技术的本身，显然GNSS存在其不足，特别是在室内，在有物理遮挡和严酷的电磁环境下，需要低地球轨道（LEO）和其他的无线电与非无线电的PNT技术手段，加以补充、备份、互补，甚至替代，这是融合发展与优势互补的需要，这是历史的必然。值得指出的是，由于卫星导航技术与产业的长期发展，人们已经在深层次地挖掘开拓卫星导航相关的方方面面，例如，利用双频技术消除电离层影响的同时，又研究了电离层全球和局部的变化，形成与地球物理密切相关的空间气候学，同理利用卫星导航研究对流层，形成了新兴的GNSS气象学，成为新型的一种手段，直接应用于现代的天气预测预报。卫星导航的引领性，直接打开了无线电导航的广阔天地，利用多种多样的机会信号实现PNT应用服务，这是一种独特的创造性思维，有着极其出色的发展前景，还有原先的反射信号和多径效应，乃至信号盲区，都可以被拿来开发应用。这是“废物利用”的高原立峰，实在是无限风光在险峰，令人拍手叫绝，叹为观止。时空信息，时空数据，与时空价值，在卫星导航领域发挥得淋漓尽致，是卫星导航真正让时空科技摆脱了科学殿堂束缚，摆脱了所谓的“基准参照体系”的框框，走向了寻常百姓家，走向了人民大众，真正成为一种文化，这种文化就是“为人民服务”，让人手一机的智能手机，成为时空信息消费工具的同时，又成为时空信息的生产工具，人人是消费者，人人是生产者，“人人服务，服务人人”成为社会风尚，成为一种生活方式，这是典型的新时空，新时尚，新文化，新文明。在这里，科技与文化的融合发展，呼之欲出，显而易见。让我们举起双手，欢迎这一新时代的到来。

本文转自斗室智库

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