全球四大卫星定位比拼，国之重器背后|亮点研讨

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“北斗三号最后一颗全球组网卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功”的消息举世瞩目。这意味着，历经26年艰苦卓绝的建设，中国人自己的导航系统——北斗即将全面建成！

目前，全世界有四大全球卫星导航系统，即，美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航定位系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航定位系统（Galileo）、中国北斗卫星导航系统（BDS）。除此之外还有区域系统及增强系统。目前影响力较大的就是上述四大系统。

据UCS 和北斗网统计，截至2019 年4月1 日，全球在轨卫星总计2,062 颗，其中共有138 颗为导航卫星，占比7%。

从国别来看：美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo、中国北斗导航在轨卫星数量占比分别为23%、20%、19%、29%。

01

美国全球定位系统（GPS）

GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。

该系统主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。

从20世纪70年代到1994年，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，GPS全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座布设就已完成（另外还有三颗备用卫星）。此后就是根据计划更换失效的卫星。

截至2018年06月21日，空间段新老卫星数为32颗，其中31颗运行、1颗维护。

GPS已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米，开阔地带定位精度在4-7米之间。

据欧盟2018年的统计、GPS占据了全球60%以上的市场份额，也有数据显示目前GPS占据全球定位市场95%的份额。由于该领域的保密性，相关数据仅作为参考。

但不管怎么样，GPS占据无可争议的霸主地位，而GPS发展到今天，美国政府给予了强有力的支持。

这首先表现在美国政府制定了一系列的法规政策来扶持GPS卫星导航系统的发展。在系统的商业航天相关法规支持方面，1998年出台《商业航天法》；2004年出台《美国国家天基定位、导航和定时政策》。在财政支持政策方面，2004年出台《天基定位,导航和计时政策》规定协调各部门预算和政策，评估资金和充足性。自此,美国每年颁布的国防授权法和拨款法中都包括了对GPS系统的拨款计划。也就是说，在具体法律中规定了对GPS系统的财政支持政策，并根据GPS系统发展状况及时调整；对于GPS系统的研发、零件采购和后续发展等多个方面也有相应的财政拨款政策。

总体上，为有效引导系统及其产业发展，切实保护美国国家安全利益，同时最大限度促进GPS系统在世界范围的应用，美国政府和国会制定了一系列政策法规，形成了套完整、系统的体系，且有关产业发展的法规和政策具有持续性、系统性、综合性，这些扶持性和引导性政策为美国在全球卫星导航领域的霸主地位奠定了重要基础。

02

俄罗斯格洛纳斯卫星导航定位系统（GLONASS）

GLONASS是苏联在1976年颁布法令开始建设的。当时，由于苏联的火箭发射能力强大，一开始计划就是用一箭三星的方式发射卫星。由于多次发射失败和卫星工作寿命较短，所以一直发射到70多颗卫星时，到1996年格洛纳斯卫星星座才达到额定工作的24颗，宣布正式投入完全服务。

但随后由于苏联解体和俄罗斯经济动荡，格洛纳斯星座的卫星数量至2002年最低降到7颗卫星，维持正常工作的卫星为6颗。之后，从2003年开始进入全面升级和发展阶段，以每年差不多发射6个卫星的速度回归，加上卫星寿命有所增加，所以到2011年12月8日，格洛纳斯星座又恢复到24颗卫星的完全工作状态，实现全球覆盖。

这24颗MEO卫星平均分布在3个轨道面上。截至2018年6月21日，GLONASS系统在轨卫星26颗，其中24颗GLONASS-M处于运行状态、1颗退役卫星用于主开发商测试、1颗GLONASS-K进行飞行参数测试。

值得强调的是，格洛纳斯在设计的时候就采用频分址体制，卫星靠频率不同来区分。所以，格洛纳斯可以防止整个卫星导航系统同时被敌方干扰，具有很强的抗干扰能力。

格洛纳斯定位精度为1.2米，开放服务定位精度为2-8米。

格洛纳斯在经历波折之后，如今仍能在全球卫星导航领域占据一席，政府的强力支持同样功不可没。

格洛纳斯（GLONASS）全球卫星导航系统是俄罗斯航天领域的一个优先发展项目，它被写进了俄联邦国家目标计划的总体规划中。为了保障“格洛纳斯”计划的顺利进行，俄罗斯每年都会投入巨额的资金，并且出台相应政策确保该系统的使用。

俄罗斯在2001至2011年间实施了一个专项计划，为发展“格洛纳斯”系统投入1071亿卢布。

2009年2月4日，俄罗斯联邦委员会批准了《导航活动法》，对俄罗斯“格洛纳斯”全球导航定位系统的部署和使用作出了明确规定。《导航活动法》要求公路、铁路、海洋和航空等所有国有及商业公共交通工具在2010年年底前安装“格洛纳斯”全球卫星导航系统导航仪，同时所有新出厂的交通工具也要安装这种导航仪。 

俄联邦航天署和经济发展部随后制定了《2012至2020年“格洛纳斯”系统维护、发展和利用》，在该政策中，俄罗斯计划在随后的8年为开发俄全球卫星导航系统(即“格洛纳斯”系统)提供约3466亿卢布(约合115.5亿美元)的国家拨款。

不过，由于没钱更新系统，且买不到卫星制造所需的零部件，格洛纳斯目前的发展也遭遇困难，因此，近年来俄罗斯开始加大与中国合作的力度。2014年7月，中俄双方正式签署卫星导航合作谅解备忘录，标志着“北斗”和“格洛纳斯”的系统兼容开始启动。

2015年1月，成立中俄卫星导航重大战略合作项目委员会，建立起政府间推动“北斗”与“格洛纳斯”两系统深度合作的平台和机制；5月，两国签署了《中国北斗和俄罗斯格洛纳斯系统兼容与互操作联合声明》。

2018年11月，中俄两国又签署了《中华人民共和国和俄罗斯联邦政府关于和平使用北斗和格洛纳斯全球卫星导航系统的合作协定》，从制度层面为双方合作提供依据。

03

欧洲伽利略卫星导航定位系统（Galileo）

为了确保安全，建立欧洲自己控制的民用全球导航定位系统，1999年初欧洲正式推出伽利略计划，该计划旨在建立独立于GPS和GLONASS的全球卫星导航系统。

2002年3月24日，欧盟决定研制组建自己的民用卫星导航定位系统—Galileo系统，伽利略卫星星座由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这30颗卫星均匀分布在3个轨道面上，卫星高度为23616km，轨道倾角为56°。

2005年，欧盟发射了首颗伽利略导航卫星。

2016年12月，“伽利略”系统投入初始运行，提供初始定位、导航与授时（PNT）服务，提供PNT服务的卫星数量为11颗。

至2019年5月，提供PNT服务的卫星数量增加至22颗，服务覆盖、服务性能等得到明显提升。

伽利略系统可以更加实时的发送地理位置信息，这是其他卫星所没有的功能，与美国GPS对比之下，显得更安全，更可靠。

伽利略系统开放服务精度民用免费开放版为1米，商用加密版为1厘米。

为了独立于美国GPS，欧洲在伽利略系统的建设中可谓不遗余力，最初的预算是29亿欧元，现在已突破100亿欧元。

尽管如此，伽利略系统的建设依然没有摆脱美国的压力。由于“伽利略”的设计精度远远高于GPS，美国担心所谓敌人会使用“伽利略”来对付美国，因此，在建设中美国不断施压，甚至暗中威胁，如果敌人在冲突中使用装备了伽利略系统的武器攻击美军，美国也许会考虑击落伽利略卫星。

在美国压力下，尽管起初欧盟强调其技术中立，但最后还是不得不妥协而改用了不影响GPS的频率，这使得对一个系统的屏蔽不会影响到另一个系统，同时使美国在冲突中尤其是电子战能力上拥有巨大的优势。

此外，由于伽利略系统是由欧洲各国共同研制的，因此，在研制过程中往往因为参与的国家多，导致经费方面问题层出不穷，造成伽利略系统具体推进过程迟缓。

2019年7月伽利略系统曾出现故障，停止服务5天，经过中国千寻位置网络有限公司48小时的救援，该系统得以被恢复运转。

04

中国北斗卫星导航系统（BDS）

中国从1994年开始北斗一号的研制，2003年北斗一号完工，基本形成了覆盖全中国的区域导航和定位系统。

2003年，欧洲人主动“邀请”中方加入全球卫星导航系统建设，并于年底，在中方实际完成了区域导航系统“北斗”一号之后，中欧草签合作协议。2004年中欧正式签署技术合作协议，中方承诺投入2.3亿欧元的巨额资金，第一笔7000万欧元的款项很快就打到欧方账户上。

2005年，欧洲政治转向亲美，在导航系统的推进过程中开始排挤中国，很多核心技术并不开放。在这种背景下，中国退出了伽利略计划，再次把重心放到沉寂多年的北斗系统，推进“北斗二号”，2007年发射的第四颗“北斗”一号导航卫星，替换了退役的卫星，“北斗”系统开始激活。到2007年底，中国成功发射了第一颗“中轨道”导航系统，标志着“北斗”系统在技术和规划上的重大突破。

2009年，北斗三号工程启动；2020年6月23日北斗全球卫星导航系统星座部署全面完成，建成了我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务性能要求最高、与百姓生活关联最紧密的全球卫星导航系统。

北斗三号组网结构由3 颗静止轨道卫星（GEO）、3颗倾斜轨道卫星（IGSO）、24 颗中轨道卫星（MEO）组成，此外还包括5 颗试验卫星；MEO 卫星均匀分布在3 个轨道面。

从定位精度来看，北斗系统在全球范围内民用定位精度在10米以内，亚太地区精度在5米以内，在增强系统加持下，其定位精度可达1米，已优于GPS全球定位均在10米以内的精度水平。

除了拥有和GPS一样的卫星精确定位功能以外，还具备了通讯功能，领先欧洲的伽利略、美国的GPS以及俄罗斯的格洛纳斯。

原来的北斗二号只能定位到10米左右的位置，而北斗三号已经把这一范围缩小到厘米的级别。

从用户等效测距误差（UERE）来看，当UERE为1米时，BDS-3系统全球定位精度预计在1.3~2.7米，水平定位精准度预计在0.7~1.5米，高程定位精度预计在1.1~2.4米。

北斗是全球第一个实现三频发播的卫星导航系统，其优势是可以更准确掌握地面终端的位置信息，在海洋、沙漠和野外等没有网络的地方，装有北斗系统终端的手机、车船等就可定位自己的位置，并能够向外界发布短报文信息。

除了导航以外，北斗系统形成的星基增强、精密定位、短报文通信、国际搜救服务能力、已提供地基增强完全服务能力有利于商业化扩展。

此外，北斗系统相比于GPS来说还具有明显“性价比”优势，北斗芯片和设备终端要比GPS便宜，虽然不能全面赶超GPS，但是在特定区域内要比GPS新更能更优越。

中国北斗系统的发展更是举国之力的成果，除了财力上的鼎力支持，自1994年开始搭建北斗卫星导航体系，配套政策持续跟进。

2013年国务院发布《国家卫星导航产业中长期发展规划》，2015年国防科工委和国家发展改革委员会发布《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》。立法方面，我国将《中华人民共和国卫星导航条例》列入《国务院2016年立法规划》，2018年5月宣布完成《卫星导航条例》征求意见稿。此外，在卫星导航的主要的行业应用场景、大众应用等多方面都提出相应配套政策进行扶持。

综合世界各国的发展经验来看，在涉及国之重器的重大项目中，国家力量必不可少。

过去，国内有一种误解，往往认为欧美科技创新主要依靠市场力量。但实际上，长期以来，欧美国家政府在重大科研项目中从未缺位。

以美国为例，美国科学研究发展局局长维瓦尔·布什1945年向时任美国总统杜鲁门报送了名为《科学：没有止境的边疆》的研究报告，强调了政府在科技创新中的责任，这也奠定了美国政府在科技创新中发挥作用的基础。由此之后，美国政府通过不断调整自身对科技创新活动的介入方式和介入程度，逐步全面介入科技创新活动之中，成为推动美国科技创新发展的重要力量。

为了推动科技创新发展，欧美国家政府除了通过制定完善法律体系、健全科技政策来营造良好的创新环境外，还通过对科学技术研究工作进行投资、建立各种服务平台和服务机构等方式支持科技创新项目。

中国在重大科研项目中历来重视发挥政府的作用，今后在相关领域里，如何既要发挥政府的作用，同时也要发挥市场的作用，依然是一项重要命题。对此，进一步深度分析和预判将发布在福卡智库后续内部报告中。

本次会议还讨论了以下问题：

北斗+5G，第二张互联网？

“超算”背后的未来

芯片竞争发展趋势

文旅体验发展趋势

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从“拉美化”到“日本化”——全球经济恶性循环

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