北斗衛星小步快跑23年後　國際接納系統標準意義重大

自2000年10月第一顆北斗衛星發射上天之後，北斗衛星導航系統成為了GNSS系統中一顆冉冉升起的新星。它不僅僅繼承了恆古以來北斗星指引人類的使命，更是在世界範圍內扮演著越來越重要的角色。

而在距離首顆北斗衛星上天23年之後，2023年11月16日，北斗標準正式被國際民航組織採納，列入《國際民航公約》附錄10並正式生效，與GPS和GLONASS一同成為了國際公認的GNSS系統之一。

23年前，一顆北斗衛星孤獨的在星空中閃耀，而23年後，在地球的每一個角落都能看到北斗衛星，收到它的信號。這不僅僅是中國航天事業的一大進步，也是全球GNSS系統的一次重大革新，更是給全球民航體系增加了新的安全保障。

為什麼要構建北斗系統

作為廣袤地球上生活的一員，人類自文明起源之初就對定位與導航有著極為強烈的需求，也因此發明了一系列的手段來定向與定位，中國四大發明之一的指南針就是其中之一。

對幅員遼闊的中國來說，擁有一種可靠的、大範圍的、精確的導航系統尤為重要。早在上世紀七十年代，中國就立項了燈塔導航衛星項目也即691項目，利用衛星的無線電信標進行測向和定位，但由於各種原因燈塔項目在1980年下馬。而隨著美國GPS系統與蘇聯/俄羅斯的GLONASS系統投入使用，並在軍事及經濟領域發揮巨大作用，中國自己的GNSS系統又被提上日程。

GNSS系統對一般國家而言是個昂貴的奢侈品。一方面，建立一個全球GNSS星座，需要至少24顆衛星才能覆蓋全球，如果考慮到衛星到壽輪替、備用星、地面站以及巨額的研發費用，單獨建立一套GNSS系統對一般國家來說並不經濟。

另一方面，很多國家覺得有現成的美俄GNSS系統，並且民碼免費開放給所有用戶使用，為啥還要費大力氣自己再搭建一套呢？何況建立GNSS系統需要極強的航太能力。

也因此，對印度、日本這類國家來說，在現有GNSS的基礎上搭建一套輔助GNSS來提高區域精度，是更為現實的選擇，如日本的QZSS準天頂衛星系統是用來補充日本地區GPS精度，使用專用終端能達到極高精度。而印度的IRNSS（印度區域導航衛星系統）從名字上就可以看出是個專門用於南亞次大陸及印度洋地區的衛星導航系統，而非全球性衛星導航系統。

對於地區強國來說，基於現有GNSS系統進行針對性補充或者搭建區域性衛星導航系統，就已經足夠使用了，但是對於真正的大國來說，必須得有自己的GNSS系統。縱使目前美俄的GNSS系統在民用領域是開放的，但是這種新時代的「關鍵基礎設施」如果沒掌握在自己手上，就很容易受制於人。

而且考慮到GNSS在軍事領域的巨大用途以及各GNSS系統的軍碼是高度機密的，因此對於真正的大國來說，建立一套自己的GNSS系統不僅僅可以展示自己的航太技術實力，更是戰略自主性和國防及國家安全的關鍵。

事實上，依賴他國的GNSS系統意味著關鍵時刻會面臨服務受限或者中斷的風險，而對一直在進行東南方向軍事鬥爭準備的我國來說，依賴他國GNSS（尤其是GPS）將有極大可能在未來的攤牌時刻陷入巨大的被動之中。

也因此，上世紀九十年代初中國就著手立項建立自己的GNSS系統也即北斗系統。北斗系統也是秉持著中國一貫的「小步快跑」策略，除了實驗性的第一代北斗之外，投入實用並在2012年完成搭建的第二代北斗是先以中國及亞太地區為服務核心，並在隨後的第三代北斗（BDS3）中覆蓋全球，於2020年正式完成BDS3的搭建。這使北斗系統從一個區域衛星導航系統變成了真正意義上的全球衛星導航系統。

北斗算是什麼水平？

雖說是最新的GNSS系統，但是由於誕生的比較晚以及商業化開發不足，使得北斗系統在全球範圍內的民用應用並不大。尤其在幾十年GPS系統成熟的生態與產品所產生的路徑依賴之下，國外並沒有多少使用者使用北斗系統的動力，主要使用者還是集中在國內尤其是專業用戶。

但這並不代表北斗系統不如GPS與GLONASS系統，作為2020年才完成搭建的系統，本身就具備著一定的後發優勢，而且從客觀規律來說。更新的技術、更高的星座密度必然會帶來更好的導航精度。畢竟北斗三代是基於24顆MEO（中軌道）衛星、3顆GEO（地球同步軌道）衛星與3顆IGSO（傾斜同步軌道）衛星所建立的系統，相比GPS和GLONASS多了GEO與IGSO軌道衛星，而這6顆同步軌道衛星是為了加強區域信號以獲得特定範圍內更好的精度——當然我們都猜得到，這是用來加強東亞與西太平洋地區的北斗精度。

而目前由於處在北斗二代與三代同時使用的階段，這就使得天上的北斗衛星星座密度處於一個極高的水準，簡單點說就是目前天上北斗衛星數量（含6顆實驗星一共62顆）比GPS（32）和GLONASS（24）加起來還多。當然光說數量不夠具體，我們不看說明書看療效，畢竟GNSS系統最終還是得看定位精度，而某一區域裡有多少顆星覆蓋，也一定程度上代表著信號強度與定位精度。

如果我們查看中國衛星導航系統測試評估研究中心即時顯示的各GNSS系統關鍵指標，就能發現不少有意思的事。以可見衛星數這一指標為例，可以看到北斗系統除了南北美洲部分地區之外，其他地區可見星數都保持著一個極高的水準。而亞洲地區的可見星數格外高，一方面是北斗三代本來就加強了亞洲地區的衛星，另一方面則是專注於亞太地區的北斗二代也還在使用，導致可見星數密度極高。

而GPS系統可見星數分佈就較為均勻，作為使用最久也最成熟的GNSS系統，其32顆衛星構成的星座確保地球每一處都有著堪用的可見星數。而俄羅斯的GLONASS就顯得有些一言難盡了，大量地區處於可見星數較少的狀態，也算是側面反應了俄羅斯GLONASS系統的現狀。

當然可見星數只是一個側面指標，最直觀而且最重要的指標還是定位精度了，而在GNSS系統中所使用的指標就是位置幾何精度因數（PDOP），在使用者測距誤差一定的情況下，PDOP越大定位精度越差，PDOP越小定位精度越高。

從資料中可以看到，北斗系統在全球大部分區域定位精度高於GLONASS，與GPS相當，但在印太區域是精度最高的。這也是得益於北斗系統中GEO及IGSO軌道衛星對印太地區的區域性加強。以PDOP這一關鍵指標而言，北斗系統具備了全球大部分區域與GPS相當，印太地區強於GPS的能力。至於歐洲的伽利略系統，從測試評估研究中心未收錄其性能情況一事就可見一斑。

北斗標準被國際接納代表著什麼

自2010年中國向國際民航組織提交北斗系統標準開始，時隔13年之後終於納入國際民航組織的標準之中。此前國際民航所採納的GNSS系統標準只有GPS與GLONASS，但由於GLONASS在世界大部分地區的定位性能不如GPS，加上GPS有著更好的商業化應用，使得實際使用中依然是以GPS為主。

過高依賴GPS這一單一系統，使得民航飛機的GNSS導航系統在面臨一些特殊情況時就較為脆弱。例如在巴以衝突中，以色列對東地中海地區的GPS信號進行欺騙式干擾，導致該區域內民航飛機的GNSS定位產生了極大的偏差，明明飛行在海面上，定位卻出現在以色列北部地方，對區域航空安全產生了不小的影響。

而隨著北斗系統的加入，使得民航GNSS系統有了不亞於GPS的選擇，縱使以色列可以在某些大國的暗中協助之下，對GPS進行大範圍的欺騙式干擾，但對北斗系統進行大範圍欺騙式干擾就沒那麼容易了。

隨著北斗系統加入民航GNSS導航體系，使得全球航空導航體系不再局限于某一單一系統，極大的提升了整個系統的魯棒性和穩定性。一旦由於各種原因GPS系統或其他GNSS遇到干擾或者不可用的情況，北斗系統就可以提供備用的導航服務，增強整個航空體系的安全性。而且在亞太地區，北斗系統優於其他GNSS的定位精度，無疑可以更好地為該區域內飛行的民用航空提供定位服務。

北斗系統特有的短報文上傳系統，在航空領域也有著極大的應用空間。就以至今依然不知去向的MH370航班，如果在飛機的GNSS導航系統中配置北斗系統並定時上傳位置資訊報文（如每十分鐘一次），那麼對失聯飛機的搜索工作來說，就可以極大地縮小搜索範圍了，也就可以更快地開展搜索工作。更不用說在一些現有空地資訊交換系統（如ACARS、VHF等）無法工作的偏遠地區（如南印度洋、南大西洋等），北斗短報文可以充當一種緊急時刻的替代通訊手段。

而國際民航組織也意識到了單一依賴GPS系統所帶來的隱患，因此現在開始在航空GNSS系統上努力推廣DFMC GNSS系統（雙頻多模全球導航衛星系統）。DFMC
GNSS允許終端同時接受四個GNSS星座（北斗、GPS、GLONASS、伽利略）的雙頻信號，以獲得更高的定位精度與系統冗餘性，而且可以在更高精度的支持之下進行更為複雜和精密的飛行。

在國際民航組織的DFMC GNSS框架下，北斗的加入不僅意味著更精確的全球覆蓋，特別是在亞太地區，還意味著系統在抵禦干擾和信號失真方面的能力得到了增強。這為航空器提供了更為穩定和可靠的導航支援，從而提高了整個航空系統的安全性。

北斗系統成功的融入國際民航標準，也是一種國際合作與技術交流的典範。它促進了全球航空導航技術領域的合作，為全球航空導航技術的標準化和統一鋪平了道路。這種國際合作的深入，無疑將推動全球航空行業的健康和持續發展。可以說北斗系統的加入，不僅是對中國航太科技成就的肯定，更是全球航空導航系統向著更加全面、高效和協調發展的重要一步。

從遠古時代北斗星的簡單導航到現代北斗衛星系統的複雜技術，我們見證了人類導航歷史的一次偉大跨越。而未來，隨著技術的不斷進步和國際合作的深入，北斗系統將在全球航空航太領域發揮更大的作用，為全人類的交流與發展貢獻更多的力量。

本文獲《觀察者網》授權刊載。