北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。與美國的GPS，俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統并稱為全球四大衛星導航系統。
該系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。
北斗星，亙古以來，一直為人類辨識方向提供著最簡便清晰的“指引”。
1994年，一個名為“北斗”的衛星導航工程在中國啟動。
今年10月下旬，一顆新的北斗導航衛星即將發射升空。屆時，一個導航衛星網絡將構建完成，覆蓋中國以及大部分亞太地區。明年上半年，北斗將正式提供服務。
到2020年，北斗衛星導航系統將擁有35顆衛星，形成覆蓋全球的衛星網絡。
這是中國歷史上規模最大的航天工程。
北斗初上
提起衛星導航系統，很多人認為就是GPS。其實，GPS是美國“全球定位系統”（GlobalPositioningSystem）的簡稱。
據統計，GPS在我國導航市場上所占份額在95%以上。在電力傳輸、通信、金融等領域，嚴重依賴GPS提供的精準時間。
北斗衛星導航系統總設計師孫家棟認為：和平時期，可以用GPS；但應對“不可控局勢”，“必須未雨綢繆”，發展本國的衛星導航系統。
即便是在和平時期，美國對各國開放的精度并不一樣。這意味著，美國的GPS不能滿足高精確的需求。
參加了北斗項目總體設計的郭樹人告訴記者，國際上衛星導航的定位是“重大空間基礎設施”，就像供水供電系統一樣。
限于國家的財力、技術能力和實際需求，北斗建設分“三步走”：先建立試驗系統，再實施區域服務，最后建立全球網絡。
2000年10月，試驗系統第一個衛星被送入軌道。2003年5月，第三顆北斗衛星成功發射，這是一顆備份衛星。
這三顆衛星組成完整的試驗系統。至此中國成為繼美國、俄羅斯之后，世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。
北斗織網
2005年，北斗衛星導航系統工程項目啟動，這將是一個由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成的龐大衛星網絡。
2007年4月，第一顆北斗衛星導航系統衛星成功發射。從此，北斗衛星開始了高密度發射。尤其是2010年以來，保持了每年4顆左右的發射頻率。
從2011年12月27日起，北斗向中國及周邊地區提供連續的導航定位和授時服務。
此時，北斗衛星導航系統的在軌衛星已經有10顆。
進入2012年，北斗衛星導航系統的組網進程加速。2月發射第11顆衛星后，4月和9月，均用一箭雙星的方式，將第12至第15顆衛星送入太空。
到2012年底，北斗系統基本建成后將提供正式運行服務，屆時覆蓋區內定位精度達到10米。
記者了解到，本月下旬，還將有一顆北斗導航衛星發射。屆時，一張覆蓋亞太地區的導航網絡將織就。這張網將覆蓋東亞、東南亞、南亞、澳大利亞、西太平洋以及部分西亞地區。
北斗“指路”
正式運行后，北斗衛星導航系統的接口控制文件（ICD文件）將對外公布，有了這個代碼，外國公司將能夠進入北斗衛星導航產業。
北斗將提供的服務分為兩種：開放服務和授權服務。開放服務是向服務區內的所有用戶免費提供的，定位精度為10米，測速精度為0.2米/秒，授時精度為50納秒。授權服務面對授權用戶，安全性和精度都更高。
目前，國內近10萬艘出海漁船上，安裝了北斗導航，它不僅可以為船只導航，還可以通過北斗獨有的短報文技術，報告船只位置。
孫家棟說，北斗的應用只受想象力的限制。行業預計，北斗導航每年將帶來的產業效益可達到5000億元。
今年11月，全球衛星導航系統國際委員會大會將在中國舉行，與周邊國家探討在境外建站以及與其他系統兼容互操作，將是一項重要內容。
郭樹人介紹，目前北斗的車載導航終端已經和GPS終端大小相差無幾。在不遠的將來，普通用戶就可以使用北斗終端，這個終端將同時兼容GPS。
1994年
【啟動】北斗衛星導航系統工程啟動。在此之前，進行了歷時8年的理論推演和重大專項實驗等前期論證工作。
2003年
【試驗】2003年完成。用少量衛星利用地球同步靜止軌道完成試驗任務，為系統建設積累經驗，培養人才，研制地面應用基礎設施和設備。
2012年
【亞太組網】2012年完成。建成由12顆衛星組成的區域星座，形成覆蓋亞太地區的區域服務能力，并正式提供服務。
2020年
【全球覆蓋】2020年左右完成。建成由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組成的網絡，開展全球定位、導航、授時服務，及區域增強服務。
（感謝北斗衛星導航系統政府網站、神舟傳媒提供幫助）
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【北斗導航揭秘】
今年9月19日3時10分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號乙”運載火箭，采用一箭雙星方式，成功將第十四顆和第十五顆北斗導航衛星發射升空并送入預定轉移軌道。
與之前發射的北斗導航衛星，一起構成“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座結構。
其中，“5+5”是核心，一旦有衛星失效或者處于在軌維修狀態，4顆中圓軌道衛星可以起到部分替代作用。
北斗衛星導航系統衛星系統總設計師楊慧表示，對于限定區域的服務區而言，“5+5+4”的混合星座結構具有最佳的“魯棒性”和經濟性，最符合“少花錢多辦事”的原則。
【北斗“混搭”星座結構】
與神舟載人航天、嫦娥探月相比，北斗衛星導航工程，顯得非常低調。北斗雖然低調，但是技術含量并不少。而且，它與普通人的生活關系更為密切。
參與北斗衛星導航系統方案設計的郭樹人，向新京報介紹了北斗衛星導航系統的幾個關鍵環節。
星座結構獨特：用IGSO衛星定位
北斗衛星導航系統的星座結構，和其他導航系統的星座結構有明顯區別。美國、俄羅斯的導航系統采用的是中圓軌道，衛星均勻分布在軌道面上，都是MEO衛星。
郭樹人說，這樣的對稱星座，軌道面均勻，相位也均勻，是覆蓋全球的最優星座。
中國首先要組建一個區域導航服務星座。郭樹人說，北斗沒有以MEO衛星為主。MEO衛星繞地球旋轉，每天只有30%的時間位于中國的國土上空，其他時間不能為中國提供服務。因此，北斗更多采用了傾斜地球軌道衛星（IGSO）、地球靜止軌道衛星（GEO）。這兩種衛星的活動范圍，相對固定。
郭樹人說，GEO同步衛星，軌道傾角為0度，相對地面是不動的，但是只用這一種衛星，定位有問題，因為它們有時會處于同一直線上，不能計算定點的位置。于是，還需要IGSO衛星，這也是同步衛星，但軌道傾角是55度。它的軌跡呈8字形，有70%-80%的時間停留在中國的國土上空。
用IGSO衛星進行定位，這在世界上是第一次。
組網要求高：雷雨天發射衛星
與之前的衛星發射不同，北斗不是單顆衛星，而是需要發射30余顆衛星，組成一個網絡。星座的設計要求是，既要保證同時可以看到4顆星，但衛星又不能離太近，要分散開，間隔越遠越好。
郭樹人說，衛星組網，最關鍵的就是衛星之間的位置關系，它們的距離必須是確定的。這就要求，衛星發射不僅要進入軌道，還要保證進入軌道的某個位置。對于MEO和IGSO衛星來說，這樣的要求，需要等待為數不多的發射窗口。
2011年7月27日5時44分，第九顆北斗導航衛星在暴雨雷電中成功發射。
郭樹人說，如果是別的衛星發射，遇到惡劣天氣就取消發射任務。當時，發射準備工作都做好了，現場人員準備撤離。發射前2小時，突降大雨，且伴隨雷電。
如果不進入發射程序，損失很大，很多程序是不可逆的，而且一旦錯過發射窗口，就會再等很長時間。隨后的兩個小時里，每15分鐘就進行一次天氣會商。
最終決定，發射。
在兩次雷電的間隙，火箭騰空而起。郭樹人說，火箭升空不久，就聽到了雷暴。
用戶救命法寶：120字短報文
北斗衛星試驗系統的“有源定位”功能，被北斗衛星導航系統繼承了下來。這讓北斗系統有了一項其他衛星導航系統所不具備的功能——短報文功能。
郭樹人說，短報文是北斗導航系統的一個特色。
北斗的短報文每條可發送120個漢字。短短的120個字，在很多時候是“救命”的法寶。通過GPS，用戶只能知道“自己在哪”。但是通過北斗，用戶還能讓別人知道“自己在哪”。
汶川地震時，震區通信中斷。中國衛星定位應用管理中心為救援部隊配備了1000多臺北斗終端機。北斗的短報文功能，讓救援部隊和指揮部的聯系保持順暢。
據介紹，北斗正式運行后，短報文通信的服務功能將覆蓋中國大陸及周邊地區。
國產原子鐘：精確到十億分之一秒
衛星定位是通過測定時間來測定距離的。郭樹人說，衛星導航系統最核心的是時間，定位的精度取決于時間的精度。北斗系統的精確時間，來源于衛星上搭載的原子鐘。長期以來，中國星載原子鐘的研制一直備受海內外業界人士關注。
北斗衛星導航系統工程副總設計師李祖洪曾透露，當時，我國準備從歐洲進口星載原子鐘，也同歐洲公司簽訂了合同。但對方提出了一個合同履行的前提條件，必須先取得瑞士政府頒發的對華銷售許可證，至于何時可以獲得許可證、能否取得許可證，對方不作任何承諾。
李祖洪說，當時大家已經意識到衛星原子鐘必須依靠自己。于是，由北京大學、中科院、中國航天科技集團等多個部門空間物理、空間無線電等領域專家組成的課題組，經過兩年研究試驗，終于造出了自己的原子鐘，可以精確到十億分之一秒。
【設計參與者郭樹人：艱巨在后頭】
郭樹人辦公室里滿滿兩書架的書，都和衛星有關。
他是中國衛星導航系統管理辦公室研究員，從1993年加入北斗導航系統團隊，至今已與北斗“并肩”近20個年頭。
1993年，郭樹人調入北斗初建團隊工作，那時，整個團隊的核心人員不過10人左右。由于西方國家在衛星導航系統方面對中國封鎖，中國只能靠自主研究突破關鍵技術。經過演示實驗驗證北斗系統總體方案的原理可行后，他們開始了設計之路。
當時才30歲出頭的郭樹人，已經是北斗系統總體方案設計的核心成員。
“坦誠講，一開始壓力很大。”郭樹人回憶。由于我國第一次搞北斗項目，設計沒有任何經驗可以借鑒，他每天都要和航天界的權威院士們一起開會，解答院士們的每一個疑問。
“我還記得第一次上臺，面對那么多德高望重的院士們，回答他們的問題時，我很緊張，他們都是航天界的泰斗。”郭樹人說。
答辯結束后，同事開玩笑說，他在臺上的聲音有點哆嗦。
郭樹人告訴記者，經過多次完善和修補，北斗的衛星網絡結構仍然堅持了原有的思路，現在回過頭來看，這個思路是正確的，符合國家戰略和建設實際。
現在，郭樹人一周要參加北斗系統大大小小的會議5、6個，一年365天200多天都在開北斗系統的會。他曾經計算過，從1993年加入團隊到2009年，他開過的會議已經超過1000個。
“雖然現在北斗的進展很順利，但是艱巨的都在后頭，還有很多事情要做，絲毫不敢怠慢啊。”他笑著說。
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