想破解中国的北斗导航?“80后”科学家:只有一个办法

2017-06-02 11:04 测控要闻   来源:央视新闻、央广网、中国科普博览

导读如今,定位导航对很多人而言是是居家旅行必备良品。可是说起定位导航,大家还是首先想到GPS,美国的GPS由于资历老、名气大,甚至成了导航定位的代名词,几乎处于垄断地位。但是现在,这张垄断几十年的“大网”终于要被中国打破了!那就是我国自主研发的北斗导航系统。  

如今,定位导航对很多人而言是是居家旅行必备良品。可是说起定位导航,大家还是首先想到GPS,美国的GPS由于资历老、名气大,甚至成了导航定位的代名词,几乎处于垄断地位。但是现在,这张垄断几十年的“大网”终于要被中国打破了!那就是我国自主研发的北斗导航系统。

 

在上周刚刚结束的第八届中国卫星导航学术年会上,我国北斗导航系统再次成为瞩目的焦点。据透露,目前有15颗北斗卫星在轨稳定运行,已经完成了对亚太区域的服务覆盖。5颗新一代北斗卫星已经完成在轨调试,即将入网工作。这意味着,从今年下半年开始,我国北斗卫星将正式开始全球组网,拉开北斗系统面向全球服务的帷幕。预计到2020年,最终形成全球服务能力。

 

那么,中国的“北斗”未来能否顺利进入欧美国家的市场?“北斗”在全球卫星导航系统中会排在第几位?想了解这些问题,不妨来看一段演讲视频。演讲者名叫徐颖,1983年生,导航系统科学家,从事北斗相关研究工作十余年,中科院光电研究院建院以来最年轻的研究员和博士生导师。

 

这场演讲的题目叫《来自星星的灯塔》。在徐颖的讲述下,北斗系统的故事变得通俗易懂。相信在看完这段十几分钟的视频后,你将刷新对这个“国之重器”的认识↓↓

△徐颖演讲视频:来自星星的灯塔

演讲核心内容摘录:

“北斗”是什么?

卫星导航系统,是一群距离我们两万公里的星星,为我们提供位置服务。卫星导航系统简称为 GNSS系统,在GNSS俱乐部中一共有4位VIP会员,除了大家所熟知的美国GPS系统以外,包括俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略系统以及我们国家自主建设的北斗卫星导航定位系统

北斗卫星导航定位系统,是我们国家自主建设的卫星导航定位系统,现在正处在建设和应用推广的阶段,由五颗静止轨道卫星,和30颗非静止轨道卫星组成,北斗卫星导航系统预计将在2020年左右提供一个全球性的服务。

 

为争抢频率资源,抢发卫星

在GNSS俱乐部中,会员小伙伴们最关心的就是频率资源问题。所有频率资源都要向国际电联提出申请,由国际电联进行划分。在卫星导航系统建设的初始阶段,频率资源相对比较充沛,建设相对比较早的GPS系统和GLONASS系统不存在频率资源的冲突问题。到了北斗系统和伽利略系统建立的时候,频率争夺战就非常明显了。当时伽利略系统其实提前申请了这个频率资源,但是由于后来欧洲出现了经济危机,导致伽利略系统资金链断了,他们虽然当时发射了卫星,占领了轨位,却并没有发射这个频率的信号。根据国际电联“先到先得”的规定,哪一个国家能够先把这颗卫星发射上去,并且卫星向下发射了这个频率的信号,以后这个频率资源就是你的了。

因为2007年4月17日就是北斗所申报的频率资源的最后期限,所以要求北斗试验星必须提前发射,这在我国航天史上是非常罕见的。因为提前会带来一系列的问题。但是经过各个部门的配合之后,为了争夺这个频率,我国在4月14日成功发射了北斗试验星,4月15日卫星实现变轨,4月16日卫星开始向下发送信号,在距离4月17日北斗申请的频率资源失效前24个小时内,中国正式启用了北斗申报的频率资源,也就此拉开了北斗全球系统建设的帷幕。

 

“北斗”到底有多好用?

业内有这样一句名言:“卫星导航定位系统的应用只受想象力的限制”,毫不夸张的说,作为典型的国家重器,它就像我们水、电、还有公路一样,是我们社会建设基础的保障。

北斗系统不仅提供位置、导航和授时这样的基本功能,还提供通信功能。举个例子,有一天一个人漂流到了孤岛上,如果他选择的是GPS,他只能知道自己在什么位置,无法通知别人前来救援,所以他还是只能够在荒岛上求生。如果他用的是北斗系统,情况完全不一样了,他既可以知道自己位置在哪里,而且还能够把自己的位置发送到方圆几十公里、几百公里甚至千里之外的人,这样你很快就可以在救援船上和你手持GPS的小伙伴说再见了~

 

为什么少有人用“北斗”?

北斗系统非常好用,为什么现在在生活当中大家似乎很少用北斗,好像GPS多一点。GPS卫星导航定位系统比北斗系统早建设了大约20年,20年的历史鸿沟不是我们一朝一夕技术能够填补的,GPS系统的应用推广都已经非常成熟,比如现在最便宜的GPS芯片可能大约两美元左右,而北斗系统的芯片价格由于量产等原因可能仍然普遍在百元左右。“用不起”制约着北斗的发展,但是用不起不是制约主要因素,不敢用、不想用,这才是制约北斗发展的重要原因。

 

想破解北斗?不如去穿越吧

2011年左右有一则新闻在网上传得沸沸扬扬,当时媒体使用的标题是“清华女生破解北斗送给美国”,或者是“北斗上百亿的投资打水漂”等等,比较耸人听闻。那么北斗真的如此不堪一击吗?当然不是。事实上真正不可靠的是GPS系统。因为GPS系统只对我们开放了民码,而且GPS民码信号战争时候很容易说变就变,美国就曾经在海湾战争的时候对欧盟关闭了GPS的信号,欧盟也非常的不满意,所以为了保障自主权,欧盟才开始建伽利略系统。对我们来讲也是如此,为了保障可靠性,我们国家开始建设属于自己的北斗系统。

 

△2011年,高杏欣因“破解”北斗,获得美国航空无线电委员会的表彰

回到清华女生破解北斗这个新闻上,实际上她只是破译了北斗的民码信号的伪码序列。首先第一点,北斗建设过程当中,我们为了兼容和互操作的考虑,北斗的民码设计和GPS、伽利略都是一脉相承的,并没有特殊设计。我国希望全世界人民都能使用北斗,不仅是中国的北斗,也是世界的北斗。她想破解这个没有经过加密的民码信号,其实是没有技术难度的。从科学研究的角度来讲就是一个信号检测与估计的问题。事实上2012年的时候,我们国家已经公布了北斗的ICD文件,告诉了大家我们的民码格式,希望全球的接收机厂商都能用这个ICD文件来生产相应的北斗接收机。

 

除了民码之外,北斗还有军码,军码经过了加密等特殊设计等,这是稳定可靠的。如果想破解军码系统,我们可能建议一些更简单的方式。那就是造时空穿越机穿越回到北斗军码设计的时候在旁边偷听好了。这个技术难度都比从技术上来破解北斗军码更容易一些。所以,大家要相信我们北斗系统非常好用,而且非常稳定的。

 

在演讲的最后,徐颖呼吁大家能够多多支持北斗系统,而她和所有致力于北斗卫星导航的科研工作者也会不懈努力,让北斗这艘巨轮继续乘风破浪走向世界。

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