罗运刚 何蔚 罗玉婷 胡松林 成都理工大学 核技术与自动化工程学院电气工程系

一、北斗导航系统发展简介

“北斗卫星导航系统”（英语：Beidou Navigation Satellite System，简称“北斗系统”，BDS）是中华人民共和国独立建造的一种卫星导航系统。它可以为全球用户提供全天候、无差别的高精度定位、导航及授时服务。中国的北斗（BDS）、美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）和欧盟伽利略（Galileo）是联合国卫星导航委员会确认的四个全球卫星导航系统核心供应商。

目前，北斗系统的发展已经来到了第三代，第一代也被称为“北斗卫星导航测试系统”，其在国产卫星导航系统发展规划的战略意义上主要表现为测试性质。自第二代以来，北斗系统才被正式称为“北斗卫星导航系统”。

“北斗一号”（“北斗系统”第一代）由三颗卫星组成。从2000年起，该系统主要在中国提供导航服务。随着北斗卫星导航试验阶段的结束，试验系统逐渐开始停止运行，北斗一号上最后一颗卫星于2012年12月到期。第二代北斗系统是一种全球卫星导航系统，由16颗卫星，6颗对地静止轨道卫星，6颗倾斜轨道卫星和4颗中程地球轨道卫星组成。在2012年11月，第二代北斗系统开始在亚太地区提供区域性定位服务。“北斗三号”（第三代）系统由三种轨道不同的卫星组成，其中包括24颗（环绕地球的）中圆地球轨道卫星、3颗倾斜的地球同步轨道卫星（覆盖整个亚太地区的大部分）和3颗对地静止轨道卫星（覆盖中国）。2018年，北斗三号提前启动北斗全球定位功能。2020年6月23日，北斗三号全球组网卫星成功进入预定轨道，发射任务成功完成。

国家统计局数据显示，在2018年，中国卫星导航定位产业总产值达到3450亿元人民币。随着物联网、大数据分析、AI机器人等新技术的集成与发展，以北斗时空信息为主要媒介的新兴技术生态链正在形成，正在成为新的引擎和新的驱动力。为北斗产业的快速发展提供动力，促进生产和生活方式的革新以及商业模式的创新。

二、5G背景北斗系统的发展前景

自第二代北斗定位导航系统开始运行，北斗便在国民经济的各个领域发挥作用，但主要都是涉及传统测绘和气象领域。值得注意的是，在北斗一号和北斗二号卫星定位产品的应用中，似乎它们仅在国家或战略层面上使用。卫星定位产品的应用技术与普通人相距甚远。然而现如今，随着经济市场的发展以及人民生活水平的提高，卫星定位产品与服务早已不再是空中楼阁，遥不可及。近年来，我国的5G移动通信技术、AI人工智慧、大数据计算等技术的取得了蓬勃和突破性发展。这为北斗导航定位产业进入终端消费者市场注入的新的活力。

目前，我国卫星导航产业市场前景十分广阔，在安全、消费和专业应用三大市场中都具有良好的发展前景，特别是在我国的移动通信和汽车制造消费领域具有重大的商机，这使得它逐步发展为继通信，互联网之后的第三个IT新增长点，主要原因体现在以下几个方面：（一）5G（第五代移动通信技术）是智能化时代的重要基础设施，其“超高速、超大容量、极低时延”的特征可以满足未来虚拟现实、智能制造的需求，为自动驾驶等应用需求提供基本的技术支持。（二）北斗系统可以实现全球时间的精确同步，并且可以通过广域甚至全球范围内的5G基站像网络环境分配自然生物情报。例如导航、定位和定时。北斗和5G互为力量，相互赋能，彼此增强，它们可以产五大能力：感知、学习、认知、决策、调控。让广域或全球性分布的物理设备可以具有基于感知的计算、通信、远程协作。功能强大，例如精准控制和自治。北斗+5G将充分利用北斗系统本身具有的技术特性，实现北斗系统在信息交互领域的深入应用。

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仅在汽车制造领域，国内外市场对此就展现出了巨大的发展前景。在国内，以百度，阿里为首的多家科技公司对自动驾驶领域一直很乐观；同样，在国外，以日本丰田，美国特斯拉和谷歌为首的科技公司也早已在自动驾驶领域深耕多年。2018年百度更是完成了自动驾驶汽车的上路测试，并获得了非常可观的实验数据。可以看出，随着北斗三号最后一颗全球组网卫星的部署完成，北斗系统通过与5G之间的协作，让我们预见汽车行业的转型升级时代已经来临。

北斗高精度定位是智能联网汽车感知和高精地图采集的关键基础技术。北斗将与汽车产业紧密融合，以支持我国智能联网汽车产业的快速发展。5G与北斗的结合还将为人们的生活和旅行带来更多便利和可能性，同时撬动万亿车联网市场。与基础设备设施的融合，使用移动通信网络引入诸如高精定位的功能。在5G和北斗基础设施整合下，可以通过通信网络模拟卫星信号，可以实现室内接收到卫星信号，将5G的低时延、大带宽、宽覆盖范围与北斗的高精度定位结合。5G的低时延实现依赖于目前在5G网络中非常热门的边缘计算，也就是把部分计算能力放到基站，这样基站既实现了网络通信能力，又提供了计算能力。这时北斗定位能力与5G通信计算能力的融合就顺理成章了，毕竟定位与高精地图紧密相连，而高精地图对算力要求极高。

在以上技术特点的加持下，可以预见的是，在不久的将来，5G+北斗也将在地铁检测、高铁轨道精密度检测，AI智能教育和智能电网等方面发挥巨大作用，服务于人民日常生活的方方面面。

三、北斗产业发展存在的问题

（一）没有完善的卫星导航政策

卫星导航系统是一项庞大烦琐的工程，其应用市场的良性发展必须要有相关政策进行规范和监督。与1943年即开始大力开发和应用 GPS的美国相比，中国的北斗研发起步相对较晚。陈芳允院士在1983年才提出发展中国人自己的导航系统，尽管北斗在过去20年来实现了技术赶超，但由于国家没有明确的完整的针对北斗系统民用开发规划和应用市场准入制度，市场完全是自由化的竞争，在一定范围内对北斗系统的健康发展与推广应用造成不利影响，进而导致市场的发展受到限制。国家应支持和指导大型领先的卫星导航公司企业，并努力在最短的时间内构建完整的产业链，将优秀企业打造成为行业标杆，供其他后继公司学习。

（二）在社会领域的渗透不足

北斗导航虽已具备全球定位能力，服务于80多个国家，并逐步形成了一定程度上的自主研发产业链，但其在社会生活等领域的渗透程度还不高，作为一项新技术，一种新产业，相关部门缺乏宣传和普及，各种媒体报道介入也不多，广大的普通人民群众对国产自主导航系统了解甚少，甚至单纯认为全球定位系统的英文简称“GPS”就是指的美国的GPS。

（三）卫星导航芯片依赖进口，北斗系统的生态尚未形成

在中国，只有特定领域、海事领域由北斗导航主导，其他大多数领域都还大多依赖美国GPS系统，例如，在通信领域，中国绝大多数的通信基站都依靠GPS进行定时和定位，而这将存在较大的风险和不确定性。目前，除了军工积极应用北斗系统外，其他的政务、通信、铁路、船务等基础设施领域，以及一些新兴的产业如互联网+、车联网、银联网、无人机等，很大程度上还是依赖GPS进行授时和定位，安全风险很高，我国应加大核心芯片等基础产品的研发力度，掌握自主知识产权，以降低成本，为“大众北斗”的产业化和应用奠定基础。

（四）中国科技产业链环境亟待改变，创新理念深入人心需要时间

2020年10月26日中国共产党十九届五中全会于北京召开。制定出我国的社会主义初级阶段的主要发展任务。同时，会议将创新理念放在了重要位置，明确了我国今后将建设创新驱动型国家。随着改革开放40年的发展，我国的经济水平取得了较大发展，赶上了互联网时代潮。互联网大数据等技术取得了巨大的成功。诞生了例如阿里巴巴、字节跳动等为新老代表的巨大体量科技公司。但是，由于我国的基础芯片设计及制造技术缺乏政策，以及造不如买等观念的影响，使得我国的基础科学包括重要芯片技术的发展缓步不前，芯片进口的高额成本以及西方国家的出口限制令进一步影响我国北斗产业技术的多元化和高质量发展。在党的十九届五中全会之后，国家势必将加大对科技新、科技自立和基础科学发展领域的政策与财政支持，但是科技的发展是长足累积的过程，基础科学的发展更是如此。且让我们拭目以待，不畏将来，静待花开。

四、结论与展望

“北斗”系统作为我国在未来建设数字工业化强国所必备的新型基础设施之一，是帮助我国实现从传统工业化到社会信息化的重要手段，也是我国国家经济实力进步、自主科研攻关水平取得突破性进展的重要标志。北斗三号卫星的建成，标志着我国卫星导航领域取得了巨大成功，北斗也因此成为一张中国名片，享誉海内外。为了更好的开发和利用北斗，充分发挥北斗卫星的力量，为我国的社会经济建设提供有力的支撑和保障。中国政府应以合理的调控措施引导和支持经济市场上的北斗产业和北斗应用的良性发展，充分挖掘“北斗”的市场潜力。同时，根据我国国情，在北斗的民用发展规划上，充分借鉴欧美国家的导航系统的市场经验，积极适当的开放卫星导航政策，增加市场活力。以巨大的经济力量和政策保障和推动北斗导航核心技术的研发进程，早日形成完整的、具有风险抵御能力的配套产业链，促进我国“北斗”产业的大规模有序化的发展，以开发更广阔的市场，从而为人们的日常生活以及社会经济的持续发展注入更多活力源泉。

北斗三代卫星的成功组网，不仅标志着中国人在卫星航天的尖端技术领域实现了对西方国家的突破和追赶，更是在中华民族实现伟大复兴的过程中迈出了重要一步，感谢每一位北斗人为实现国家复兴，核心技术自立做出的牺牲与贡献，这种不甘人后，敢为人先的奋斗理念正是对中华民族五千年来自强不息的民族精神最好的诠释。