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天上问路
当我们出门在外来到一个陌生的地方，询问路人路在何方已经成为过去式。
当然，如果想要遵循一下传统，体验当地的人文景色，向当地人询问路径仍然是一个不错的方式。
问路这事可能还得看点运气
手机导航如今已经成为最便捷的一种出行方式体验，得益于全球定位系统（GPS）的开发，人们在今天可以通过GPS完成路径目标的查询。
甚至这方面的功能做得越来越人性化和专业化，除了抗干扰能力比不上军用外，民用GPS在过去二十年前是难以十分艰难的一件事。
方便快捷的手机导航
国内最知名的便是北斗卫星导航系统，它以北斗卫星命名，并为全球用户提供全天候、全天时以及高精度的定位导航实时服务。
从2000年起，最早的北斗导航系统主要在中国境内提供导航。
不过这一时期由于没有智能机，使用卫星导航还是不太方便。
卫星定位导航服务
此后的第二代北斗系统的开发趋于成熟，2012年的时候完成了在亚太地区的区域定位服务。
如今的第三代北斗系统在2020年正式完整开通，不仅是中国，全球任何用户都能享用这份服务。
从1994年开始，中国正式开启北斗卫星导航实验系统的研制，并在2000年初完成静止卫星地发射，这让区域性功能得到实现。
关键的地方在中国加入欧盟的伽利略计划后，由于中国遭到排斥，这让我们不得不研发新一代的北斗系统在国际定位系统中进行竞争。
欧盟的伽利略计划
最初的北斗一号作为国内第一代卫星导航系统，卫星导航采用有源定位，定位精度在100米，使用地面参照站的校准后为20米。
当时的表现可以说比较出色，已经和全球卫星定位系统的民用版相当。
但是考虑到第一代系统的精度无法得到保证，国内进而研究起了新一代的卫星系统。
为了实现覆盖全球的目标，我国在卫星导航这块的开发成本在早期便已经达到数百亿人民币。
北斗3号和二代系统如今仍是保留下来的卫星导航系统，目的在于逐渐升级对全球的覆盖。
如今卫星系统已经完成更新，定位导航服务也十分成熟。
在全球卫星导航系统中，北斗卫星导航系统、美国全球定位系统、俄罗斯全球导航卫星系统以及欧盟伽利略定位系统是今天公认的全球卫星导航系统的4大核心供应商。
国内卫星早期的服务范围
美国GPS的全球地位
可以看出，我国这么多年的努力换来了可喜的成果，随之而来的商业经济也是与日俱增。
我国开发卫星系统除了满足国人的需求，更重要的是打破美国GPS的霸权垄断地位，以及提升相关的军事能力，增强国防建设。
如今的卫星导航基本与GPS大致相同，细节上略有差异。美国从60年代中期便开始进行卫星导航实验。
美国早期的卫星导航实验
同时应美国国防部在70年代的需求，GPS必须是一个强大、稳定的卫星导航系统。
卫星导航的应用来自多普勒效应的发现，科学家发现人造卫星发射的无线电信号频率会随着卫星的接近而增加，又会随着卫星远离而减弱。
于是科学家决定针对这一现象进行实验，来确定是否可以通过卫星增强地面的无线电信号。
GPS的成功让美国想出了一个更强大、更准确的系统。
美国70年代初的621B项目的测试使GPS这东西逐渐和军事结合在一起，基于621B实验项目产生的架构，在已有的4颗卫星中，每颗卫星都有自己的时钟。
通过地面站的信号进行更新，从而以高精度和准确度监控GPS卫星的位置。
美国当时的621B项目
要说最具有开创性的想法，还是美国在后来设想的小型GPS设备中，这几乎可以说是手机GPS的原型。
在此后的多年里，美国拼了命的发展固态微处理器、计算机以及带宽利用技术。
这里面的每项技术都与GPS有关，随后在1974年为第三颗卫星发射的原子钟则极大的提升了精度和三维位置的覆盖。
今天的卫星导航使用的12小时制基本也是来自美国这一时期设定的概念，当时由美国空军上校布拉德福德·帕金森搞了一个概念项目，这为此后的卫星系统中添加了12小时周期的原子钟。
原子钟的内部
GPS能被美国如此重视，当然不仅是它能够探图寻路，而是商业航空经济与国家安全的表现。
上世纪80年代，美国已经完成了民用GPS装置的下放。
但是这里面的成本开销不是一般人能用得起的，麦哲伦公司旗下的麦哲伦NAV1000型GPS的电池寿命只有几个小时。
即便如此，每台手持GPS的售价在3000美元。
到了20世纪初，GPS接收器核处理器芯片的价格暴跌，从3000美元降至1.5美元。
基于GPS精准度的提升和成本下降带来的福利，民用和军用GPS已经十分成熟，并且在其他行业的使用呈指数级增长。
这样一块芯片当时可以卖上千美元
在军事领域，美国GPS的应用主要包括导航、目标跟踪、导弹和弹丸的制导、侦查等。
美国花精力研制出来的GPS全球市场中占据着主导地位，除了欧盟和俄罗斯，几乎全球所有地区使用率最高的导航系统就是GPS。
有了这套系统，美国在侦察和情报收集方面更加便捷。
依赖GPS的国家只要美国说一声不，就可以马上切断相关的服务。
基于GPS系统，美国还能在制导打击中获得先机。
美国的军事行动十分依赖GPS
俄罗斯有自己的卫星可以进行反侦察行动，但在国内早期，美国GPS卫星在天上收集数据我们几乎很难有办法反制。
并且美国也曾多次利用GPS系统在南沙群岛进行军事情报收集，为此国内也经常在此地进行演习来阻止美国侦察机的活动。
北斗卫星崛起
面对美国的这种霸权行为，我国深受其害，“银河号事件”让我们决定搞出自己的卫星系统。
不仅是要反制美国的GPS，同时也要发展自己的卫星经济。
在北斗卫星系统的开发道路中，我们不仅要面对技术上的难题，还有时间上的紧迫。
2000年4月，在北斗系统和伽利略系统成功申报后。
按照国际电联的规则，我们必须在7年的有效期内成功发射导航卫星。
实际运用的卫星状态
万幸的是，北斗二号在成功升空后，卫星信号在距离时间结束前的4个小时成功发出。
我国也是在这一时期加速了卫星通讯的发展，截止2011年的时候，北斗系统二代已经包含了10颗卫星，并且开始在中国服务。
有了卫星系统，自然也就需要一套实行方案，当时我们给国际电联拿出了4套方案。
北斗卫星导航系统的无线电频率的通信段为S和L频段，导航为2个或者4个L频段。
其中有3套方案为亚太地区服务，方案4则是为全球进行服务。
为定位服务的卫星星链
不过，仅是完成对亚太的地区的服务还不足以与美国抗衡，北斗3号系统的建立才是真正的重头戏。
这套系统需要在两颗全球系统实验卫星中建立星链，国内在2015~2017年多次对卫星系统进行链路实验，并且还完成了异轨道面实验。
如今的北斗卫星导航使用三球交汇定位，采用有源与无源进行定位。
精度方面参照三球定位的原理，根据3颗卫星到用户终端的距离信息，通过三维距离公式，求得相关方程获得用户终端的位置信息。
三球交汇定位
除此之外，信号结果多次选择，地面基站提升精度，如今的北斗卫星导航在精度方面可以达到5米左右。
我国花费几十年的时间终于打破了美国的行业垄断，国人也有自己的卫星系统导航。
今天我们使用的导航应用中，离不开曾经为此付出心血的工作人员，中国的全民卫星时代也正式开启。
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