“北斗”因何而生（新知·卫星导航与中国北斗①）
杨元喜
　　更多卫星导航系统的存在，增加了精度，提高了稳定性，提高了可靠性。美国GPS，俄罗斯格洛纳斯，欧洲伽利略，中国北斗，群星璀璨的星空，北斗仍然会闪出它的光芒。

　　一个人、一个国家都需要卫星导航

　　我们最常见的问题是，打电话，我在哪儿？你在哪儿？我怎么去你那儿？遇到危险了，需要救援，我们怎么到你那儿？因此需要定位。

　　北京西站在什么地方？如果你的回答是在地球上，你是正确的，如果说在地球的什么地方，你说在中国，更正确了。在北京，又精确了一步。在北京什么地方？大概是北纬39度53分，东经116度19分。这时候还不知道在哪儿。我们不仅需要定位，还需要一个参照物，要引导，要参照，这才叫导航，不仅仅是定位。所以，导航和测绘是密不可分的。

　　我们行人借助地图，飞机利用无线电、航标导航，舰船利用无线电、航标、天文进行导航，汽车利用各种卫星导航系统和地理信息系统导航。所以，我们的日常生活离不开导航。汽车变成我们的代步工具，当你到一个陌生的地方，不仅需要卫星的导航，可能还需要很多参照物。我们其他的载体，比如我们的飞机、导弹、坦克、火车、舰船等等都需要导航。

　　我们生活在地球，大家知道，地形是极其不规则的，我们看到的地图又是极其规则、美丽的。从不规则的地球到规则的地图，我们最核心的一步是要定位，要做控制，否则这个地图是不精确的。我们定完位，把它移到一个球体上再到一个圆柱体上，然后再展开成一个平面，再做纠正，这样才能拿到我们手上的地图，所以关键环节是定位。

　　一个国家必须有自己独立的坐标系统，我们的卫星都在围绕地球运行，要确定这个坐标系统，卫星导航是最最重要的手段之一。我们生活在一个始终变化着的地球，日本去年刚发生过大地震，可以说每时每刻我们脚踩着的地球都在变化，监测这个变化的手段就是卫星导航。我们每时每刻每秒都在观测，把这个数据处理完以后，我们就会给大家提供这样一张图出来——中国的地壳是这样运动的。这就是导航定位。

　　导航原理简单，卫星导航工程很复杂

　　导航的基本原理是什么？其实导航简单得不能再简单。古代，我们的猎人们根本没有什么知识，更没有导航知识，他走到森林里，他会做很多记号，这就是做导航，然后返程时通过记号回来。郑和下西洋，他用的是罗盘，也就是指南针，航海要进行导航。我们用地图、影像、地形做了这么多导航，还可以用星辰。我们看太阳，用脉冲星射线，还有无线电导航等等。

　　如果有两个观测者，他们两人的坐标已知，相互距离也已知，测一个角度，就可以把位置点算下来，这大概是中学生也学过的知识。卫星导航的原理也是如此。利用已知多个卫星的位置，将所需的点的位置计算出来（全球四大卫星导航系统都采用三球交会的几何原理来实现定位——编者）。

　　当然，原理即使简单，但是科学构成极其复杂。因此卫星导航是极其复杂的工程。大家知道，卫星在我们大气层之上，无线电信号是要通过大气层的，你不得不考虑大气各种因素对信号的影响；人生活在地面上，可能还有楼房等固体物体遮盖；我们还生活在电磁场当中，还有很多高压线，都可能产生干扰，你就不得不考虑这么多障碍物的影响。此外，还要考虑频率问题、信号捕获问题、时钟精度和稳定性的问题，这是一个极其复杂的科学工程。

　　中国最初的北斗卫星导航试验系统，原理就是双星定位，已知两个卫星的位置，测一个点测不下来，就加上地面高程，就能计算出这个点的三维坐标。它的导航原理就这么简单。但是，我们这个试验系统应该说解决了国家当时的急需，解决了有无问题，为北斗卫星导航系统发展积累了经验，也为中国电子产业的发展注入了新的活力，为中国卫星导航争取了国际地位。

　　北斗卫星导航系统工程总设计师孙家栋院士说，中国的北斗是世界的北斗，中国的北斗不仅为中国人作出贡献，也为世界人作出贡献。更多的卫星导航系统的存在，增加了精度，提高了稳定性，提高了可靠性。美国GPS，俄罗斯格洛纳斯卫星，欧洲伽利略卫星，以及北斗，群星璀璨的星空，北斗仍然会闪出它的光芒。

--来源:人民日报 　（作者为中国科学院院士，本报记者余建斌整理）