序言
北斗衛星導航定位系統（簡稱北斗衛星或北斗）是我國現在談論最多的科技話題之一，也成為我國一張重要的國家名片，北斗導航衛星系統對于我國國家安全和國民經濟建設都有非常重要的意義，同時具有廣闊的商業價值。
但是，我國很多民眾對我國北斗衛星系統不甚理解，甚至有些理解存在誤區，特別是近日來眾多媒體、微信公眾號和微信群普遍轉發一篇文章——《告別GPS，北斗地圖APP預計5月1日上線》，文中提及“北斗地圖APP上線”以及“北斗地圖導航精確到1米甚至厘米”等信息，引發民眾一篇叫好和興奮。然而之后很多媒體和專業的衛星導航技術公眾號指出文中技術概念錯誤、指標夸大、誤導讀者等問題，最后指出該報道只是廣告，“北斗地圖”與北斗導航衛星定位系統無關。
這也反映我國在科普特別是新技術科普領域存在缺漏。隨著我國北斗三號衛星的發射，全球組網開始，未來我國北斗衛星導航衛星服務系統將實現全球定位服務，對于我國乃至全球都有重大意義，也是實現我國“一帶一路”戰略重要的基礎設施。因此，我國大眾特別是活躍在我國各個領域的工作者，需要掌握北斗衛星導航定位系統的基本知識，推動北斗衛星導航定位系統在各個領域的應用。
本文將試圖以淺顯易懂的基本知識和語言，講授北斗衛星導航定位系統的基本原理和各方面的知識，以推動北斗的科普和應用。
無論是GPS 還是北斗等導航衛星，只能告訴你一個信息，就是用戶終端在空間所處的位置。除此之外不能直接告訴用戶任何其他信息。
衛星定位有兩個原理，即測距原理和三已知點、三已知線，從而確定點位置原理。即用戶通過接收終端接收衛星位置和距離，每個位置坐標（X0、Y0、Z0）和距離S為已知數，則根據空間中兩點的距離公式(X-X0)2+(Y-Y0) 2+(Z-Z0) 2=S2，有三個以上的衛星已知坐標和距離，可以與用戶未知位置的（X,Y,Z）建立一個三元二次方程組，便可以解算出用戶未知位置坐標（X,Y,Z）。
如何獲得衛星的位置以及與用戶接受終端的距離？衛星是飛行在固定的軌道，其位置是通過軌道參數獲得。而距離是通過多普勒效應測算，可以簡單理解為最傳統的公式，即S=v（t-t0），即從衛星傳送到接收機上傳送信息號的時間差乘以多普勒信號傳輸速率獲得。
北斗衛星如何應用？
所有的導航定位衛星，無論是北斗、GPS、格洛納斯（GLONASS）還是伽利略，只能告訴你一個信息，即位置信息。衛星是引路的，能夠引路的是應用終端。應用終端接收信號，解算獲得位置，并展示在終端內部存儲或網絡獲取的地圖上，再根據用戶的目標地導航。要實現北斗的應用，必須有終端，否則北斗是無法發現你的位置。其中，電子地圖是提供位置服務的關鍵?？梢哉f，衛星定位系統是裝菜的盤子，電子地圖是盤子中的菜。
接收終端包括專業終端和大眾終端，專業終端指各個領域專業設備，而現在應用最廣的大眾終端是手機。
人類活動70%以上的內容與空間位置相關，指南針、六分儀等定位導航設備都是推動人類文明進步的重要工具。獲得準確的空間位置，其應用不僅僅是導航定位，而是可以應用于地理空間關聯的各個方面，可以基于定位進行測量，從而繪制地圖，量取距離、面積和體積，可以跟蹤獲得其他實體的位置，可以對各種終端用戶進行統計從而獲得流量、流向和速度等信息，而更高精度的定位還能實施精準應用，如精準農業、精準工業、精準建筑，可以用于智慧機器人實現更高精度的施工等。因此，準確獲得空間位置的技術和設備，對于國家、集體和個人都有重要意義。
北斗與地理信息和衛星遙感的關系？
北斗導航衛星告訴你的只有位置信息，如何使用依賴于終端。而終端中最重要的則是地理信息，地理信息包括電子地圖和各種地名地址以及鏈接信息，通過位置信息與地圖以及地理信息的結合，才能實現北斗衛星導航定位系統的應用。而遙感衛星是獲得地圖以及各種地理信息的重要手段之一，三者有區別、有聯系，同時也可以結合使用。北斗不是遙感衛星，不能發現你的位置，但是結合電子地圖和衛星影像，可以展示你在地圖和影像上的位置。
北斗衛星收費嗎？
無論是北斗、GPS還是伽利略等導航衛星，發送的信號都是免費的廣播信號，都是免費使用，不需要支付任何費用。同時，如果沒有其他手段，北斗衛星是無法知道用戶的位置。
媒體上有報道的北斗定位系統安裝到卡車上收費，其實是一種商業行為，即某些公司為客戶提供監控車輛服務，即車輛通過北斗或其他衛星導航定位系統實時獲得位置信息，而位置信息傳送到管理端進行監控的服務。
我國民眾用上了北斗衛星嗎？
這是我國很多民眾困惑的問題，很多人疑問，北斗衛星發射了那么多，為什么普通民眾沒有用上呢？
其實很多人都已經用上了北斗衛星導航定位系統，只是很多使用者并不知道。前文所述，使用衛星定位系統最主要的設備是定位終端，各個終端是否能夠使用某種衛星定位系統，關鍵在于其終端內的解碼芯片。現在我們大多數人都是以手機作為導航定位終端，實際上，從2012年開始，以華為為代表的國產手機都逐步安裝了解碼芯片，使手機能夠實現接收北斗衛星信號并實現導航定位。實際上，目前大多數能夠接收北斗衛星的導航終端基本上都能接收美國GPS衛星甚至俄羅斯GLONASS衛星信號實現衛星導航定位，同時兼容多種導航衛星的終端，定位初始化時間更短、定位精度更高、更難失鎖，同時可以在一些衛星信號較弱的地方實現定位。
未來隨著北斗衛星的全球化服務，將有更多的專業終端或者手機終端集成北斗解碼芯片，北斗應用廣度和深度都不斷擴大。廣大民眾需要知道，北斗已經逐步深入了生活和生產的各個方面，不過多數服務都是一種“密封式”服務或者間接服務，用戶并不在乎服務的來源和設備。
為什么有GPS系統了，我們還要發展自己的衛星導航定位系統
眾所周知，GPS衛星導航定位系統是第一個全球范圍的衛星導航定位系統，在上世紀90年代中期已經部署完成并提供全球服務。
首先，GPS系統并不完善。在北斗投入服務以前，使用單GPS系統的終端，初始定位時間較長，在一些空間遮擋比較嚴重的地方，如墻角、屋內窗口福建和樹下無法準確定位，北斗投入使用后，在這些仍然可以準確定位。
其次，衛星導航定位系統對一個國家的國家安全具有重大意義，擁有自主的衛星導航定位系統對于一個國家安全和經濟獨立都有重要意義，我國在上世紀90年代曾因為美國關閉區域GPS信號而導致了多起嚴重的軍事問題。
最后，發展衛星定位系統，可以挖掘衛星定位市場巨大商機，衛星定位系統直接市場價值上千億，而推動的市場可挖掘價值高達萬億元，我國政府和企業當然不能錯過這樣的商機。
北斗如何與GPS以及GLONASS等其他衛星定位系統兼容
北斗與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS以及歐洲的伽利略如何實現兼容共用呢？
其實，所有衛星的信號都是一個測距信息，只要用戶的設備能接收這些衛星的信號，用戶不用在乎哪個衛星提供的距離信息，更多的距離信息，則可以提高精度和定位穩定性。
北斗導航衛星商業價值在哪里？
北斗導航衛星的市場商業價值是巨大的，其商業價值包括直接商業價值和間接商業價值。
目前北斗導航衛星定位系統最直接的商業價值是北斗衛星導航定位硬件設備市場，從最小的芯片到專業級的測量型定位設備，都有巨大的市場價值，同時，集成在硬件設備中的軟件也是商業鏈的關鍵環節。
而北斗導航衛星系統更主要的商業價值是其間接商業價值，即推動其他領域的商業價值。首先，在研發北斗導航衛星中，其研制過程將帶動整個衛星相關產業鏈的發展。其次，高精度導航衛星定位服務將極大推動地理信息產業發展。最后，衛星導航定位服務帶動空間位置服務產業鏈的發展。這些，都是巨大的市場價值。
如何理解北斗高精度定位？
對GPS和北斗等衛星定位系統有一些基礎知識的人都知道，GPS和北斗衛星的定位精度都是米級，一般最高精度不高于3米（即數值大于3米）。但是為什么經常有報道或者專家說北斗的定位精度可以達到厘米級呢？厘米級高精度衛星定位是否真能實現？
要實現厘米級的高精度衛星定位，需要依賴于地基增強系統。在實現高精度定位的區域附近（30千米-120千米），有一個已知位置的定位參考站（也稱為差分站），這個參考站協助衛星定位系統為該區域的用戶提供高精度定位服務，也稱差分定位技術。高精度地基參考站衛星定位增強技術雖然很復雜，但是可以簡單這樣理解，即在某個瞬間，在一定距離內的兩個點，其接受到的衛星定位信號相同，那么其誤差是相同的，如果其中一個點是在已知坐標點上，那么則可以知道定位誤差，從而推算出另外一個點的坐標。即如已知點坐標為X，已知點上衛星定位坐標為X1，則誤差為X-X1，在另外一個點上衛星定位坐標為X2，其高精度定位坐標則為X2+（X-X1），雖然差分定位技術很復雜，但是基本上可以這樣解釋。
北斗獲得在坐標高是水準高嗎？
不是。
無論在日常生活還是在工程建設以及科學中所使用的高都是指水準高，即在某點上實際水面距離地球0米水面的距離。但是，由于地球并非一個嚴格的球體或者橢球體，另外，地球各處的質量密度不均，導致地球水面并非一個球面，而是一個復雜的曲面。在任何一個高度的地球水平面都是一個虛擬的復雜曲面，而如第二點所述，衛星定位所獲得的高是通過衛星運行軌道虛擬出橢球的橢球高，橢球高無法與水準高重疊或有統一的高差，因此，衛星定位中所獲得的坐標高程并非水準高。
衛星定位一直無法獲得正確的高程，而未來空間定位服務將發展到三維，需要獲得水準高，如何解決這個問題？現在技術是通過復雜的數學模型（似大地水準面模型）虛擬出地球任何一定的水準面，衛星定位中，可以通過改點的橢球高獲得改點的水準高改正數，從而計算出改點的水準高。目前全球似大地水準面模型已經可以達到較高精度，未來基于北斗衛星和全球似大地水準面模型的三維空間定位服務也將成為北斗衛星定位服務熱點之一。
結論
目前我國的北斗導航衛星定位系統處于全球布網的關鍵時期，未來隨著北斗衛星導航定位系統將深入社會經濟、生產和生活的方方面面。同時也將發掘巨大的商業價值。但是，我們應該冷靜面對兩方面的問題。一方面，要認識北斗衛星導航定位系統應用的巨大價值，夯實產業基礎，迎接挑戰后的機遇。另一方面，也不應該過于夸大北斗衛星的作用和商業價值，似乎北斗無所不能、遍地黃金。北斗只是一個定位導航系統，其商業價值挖掘需要依賴于地理信息為主的各種技術和應用服務。目前我國各地都倉促上馬各種北斗產業園，有些北斗產業園的泡沫以及顯現，甚至已經停止運轉，很大程度上就是領導決策層對北斗衛星的誤解。因此，對北斗衛星進行科普是非常必要的。北斗衛星不是一個排他性的系統，并非有了北斗就可以不用GPS，北斗可以與世界上所有的衛星導航系統兼容，互相應用，從而更好服務經濟與生活，推動國家繁榮和社會進步，建設生態美麗中國。
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