什么是北斗卫星导航系统（BDS）？
中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
（一）概述
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。
卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。
（二）发展历程
从上世纪80年代提出设想，到1994年北斗一号建设正式启动，几代北斗人经过30多年的实践探索，走过了北斗系统建设“三步走”的发展历程。“数”说北斗，一起来了解一下北斗系统从无到有，从有源定位到无源定位，从服务中国到服务亚太，再到全球组网的发展历程。
第一步，建设北斗一号系统，又叫北斗卫星导航试验系统，实现卫星导航从无到有。
1994年，北斗一号系统建设正式启动。
2000年，发射2颗地球静止轨道（GEO）卫星，北斗一号系统建成并投入使用。
2003年，又发射了第3颗地球静止轨道（GEO）卫星，进一步增强系统性能。
北斗一号系统的建成，迈出了探索性的第一步，初步满足了中国及周边区域的定位、导航、授时需求。当时采用的是有源定位体制，也就是说，用户需要发射信号，系统才能对其定位，这个过程要依赖卫星转发器，所以有时间延迟，且容量有限，满足不了高动态的需求。但北斗一号巧妙设计了双向短报文通信功能，这种通信与导航一体化的设计是北斗的独创。北斗一号的建成，使中国卫星导航系统实现了从无到有的跨越，中国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有卫星导航系统的国家。
第二步，建设北斗二号系统，从有源定位到无源定位，区域导航服务亚太。
2004年，北斗二号系统建设启动。北斗二号创新构建了中高轨混合星座架构，到2012年，完成了14颗卫星的发射组网。这14颗卫星中，有5颗地球静止轨道（GEO）卫星、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4颗中圆地球轨道（MEO）卫星。
北斗二号系统在兼容北斗一号有源定位体制的基础上，增加了无源定位体制，也就是说，用户不用自己发射信号，仅靠接收信号就能定位，解决了用户容量限制，满足了高动态需求。北斗二号系统的建成，不仅服务中国，还可为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。
第三步，建设北斗三号系统，实现全球组网。
2009年，北斗三号系统建设启动。到2020年，完成30颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。这30颗卫星中，有3颗地球静止轨道（GEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星，和24颗中圆地球轨道（MEO）卫星。这次发射的卫星，是一颗地球静止轨道（GEO）卫星，也是北斗全球卫星导航系统星座部署的收官卫星。
北斗三号系统继承了有源定位和无源定位两种技术体制，通过“星间链路”——也就是卫星与卫星之间的连接“对话”，解决了全球组网需要全球布站的问题。北斗三号在北斗二号的基础上，进一步提升性能、扩展功能，为全球用户提供定位导航授时、全球短报文通信和国际搜救等服务；同时在中国及周边地区提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信服务。
目前，北斗的服务由北斗二号系统和北斗三号系统共同提供，2020年后，将平稳过渡到以北斗三号系统为主提供。下一步的计划是到2035年，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合时空体系。
（三）发展目标
建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求，为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务；发展北斗产业，服务经济社会发展和民生改善；深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益。
（四）建设原则
中国坚持“自主、开放、兼容、渐进”的原则建设和发展北斗系统。
——自主。坚持自主建设、发展和运行北斗系统，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力。
——开放。免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际合作与交流。
——兼容。提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际合作与交流，致力于为用户提供更好的服务。
——渐进。分步骤推进北斗系统建设发展，持续提升北斗系统服务性能，不断推动卫星导航产业全面、协调和可持续发展。
（五）基本组成
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
——空间段。北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成。
——地面段。北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。
——用户段。北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。
（六）系统功能
我们都知道北斗卫星导航系统最核心就是进行全球定位导航，那么它是如何实现对我们进行对位的呢 ?当你在地球上某个位置手持着可以接收到信号的设备，那么天上飞着的卫星此时想要求取你在空间的坐标，关键就在于测量出卫星和你之间的距离，一般会通过电磁波信号传播时间差进行测距。只需有三颗卫星知道距离就求出你所在位置的坐标，并进行定位。
1.民用高精度定位和导航服务，这是北斗业务的核心。对于普通用户设备，例如手机、共享单车、汽车导航等，可以轻易实现米级定位精度。当定位信息上传至共享平台时，用户可以在驾驶时获得实时路况，进行最优路径规划。享受快递服务时，也能实时跟踪包裹货物动态。将会改变人类出行前景的自动驾驶技术，其中一个重要技术也是卫星定位和基于差分的加强服务。许多现代农业播种、撒药、收获、放牧等方式，也需要北斗提供的精准位置。
依赖卫星导航的农用机械已经在逐步颠覆传统农业形式（图片来源：司南导航）
2. 科学研究。对于科学应用，高精度接收机可以利用载波相位信号和差分技术等轻松实现厘米级定位精度和毫米级基线精度，甚至科学类卫星在太空中飞行时也能获得这种精度。过去这些年来，重力场、磁场、板块运动、自转、地球质心、海洋潮汐、冰川、极地、大气科学等多种地球科学的研究达到了前所未有的高度，GPS和北斗等卫星导航系统等功不可没。
北斗GNSS高精度技术在南极科考中协助科考站选址（图片来源：司南导航）
3.大型工程建设。作为基建强国，中国这些年在高铁网、高速公路网、港珠澳特大桥、北京新机场等大型工程中取得了举世瞩目的成就。北斗的出现，使得大尺度范围施工的精度大幅提升，最高达到毫米级。这不仅使得工程的超高质量得以保证，也极大降低了传统测绘方式达到类似精度的巨大开支。
北斗高精度技术保障京张高铁稳定运行（图片来源：司南导航）
4.高精度授时。时间是现代社会的核心要素之一，甚至可以叫做生产要素的重要组成。北斗卫星携带了数百万年才会出现1秒误差的高精度原子钟，用户完全可以信赖它提供的时间。在一些需要时间高精度同步的场合，例如大型电网输送电、超高频金融交易、大型科学实验并机联调等方面，北斗也能发挥出无法替代的作用。
5.短报文通信，这是北斗绝活之一。可以通过北斗卫星实现天地双向通信，北斗可以向拥有此项授权服务的接收机发送专属讯息，用户也可以向北斗提供信息，类似"发短信"的功能。这在根本没有通信基站的特殊环境中，例如远洋，荒漠，深山和极地等地点，甚至灾难救援和军用环境下，有着巨大的意义。
6.防灾救灾减灾。单台北斗接收机可以获得高精度的位置信息，多台组网后就能获得大片区域的精确细节变化。对于农林牧渔，形变监测，水文监测，气象预报，地理测绘，森林防火和面积测算等需求，都能得心应手实现，远超任何一种传统测绘技术。此外，部分北斗卫星还携带了国际Cospas-Sarsat卫星辅助搜索和应急救援计划的有效载荷，在发生紧急情况时，可以参与国际合作的应急救灾工作中。
7.带动巨大的产业链条。北斗在完全建成之后，将会常态维持至少30颗的全球服务星座，这意味着将继续保持一定频率的卫星发射，以替换逐渐退役的老卫星。北斗卫星本身就需要一系列航空航天、通讯、微电子、芯片、信息论等产业的支持，能长期带动对多个行业的科研需求，也需要科研院所研究新一代前沿科技。
目前，人类社会对物流和定位的需求越来越高，随着北斗的日趋成熟，北斗的商业应用价值也会被极大开发。按照欧洲全球定位研究中心的估计，2025年左右世界范围内的卫星导航定位设备需求量将超过92亿部，年产值将超过2680亿欧元，其中亚太市场的增长速度更将傲视全球。在这片红海中，北斗无疑是最有潜力的一个。规模化的应用会大幅降低硬件收费水平，进一步确定商业市场领先优势，从而形成正循环，最终达到一个理想的状态——实现系统长盛不衰的同时依然能快速迭代。
