序言
北斗卫星导航定位系统（简称北斗卫星或北斗）是我国现在谈论最多的科技话题之一，也成为我国一张重要的国家名片，北斗导航卫星系统对于我国国家安全和国民经济建设都有非常重要的意义，同时具有广阔的商业价值。
但是，我国很多民众对我国北斗卫星系统不甚理解，甚至有些理解存在误区，特别是近日来众多媒体、微信公众号和微信群普遍转发一篇文章——《告别GPS，北斗地图APP预计5月1日上线》，文中提及“北斗地图APP上线”以及“北斗地图导航精确到1米甚至厘米”等信息，引发民众一篇叫好和兴奋。然而之后很多媒体和专业的卫星导航技术公众号指出文中技术概念错误、指标夸大、误导读者等问题，最后指出该报道只是广告，“北斗地图”与北斗导航卫星定位系统无关。
这也反映我国在科普特别是新技术科普领域存在缺漏。随着我国北斗三号卫星的发射，全球组网开始，未来我国北斗卫星导航卫星服务系统将实现全球定位服务，对于我国乃至全球都有重大意义，也是实现我国“一带一路”战略重要的基础设施。因此，我国大众特别是活跃在我国各个领域的工作者，需要掌握北斗卫星导航定位系统的基本知识，推动北斗卫星导航定位系统在各个领域的应用。
本文将试图以浅显易懂的基本知识和语言，讲授北斗卫星导航定位系统的基本原理和各方面的知识，以推动北斗的科普和应用。
无论是GPS 还是北斗等导航卫星，只能告诉你一个信息，就是用户终端在空间所处的位置。除此之外不能直接告诉用户任何其他信息。
卫星定位有两个原理，即测距原理和三已知点、三已知线，从而确定点位置原理。即用户通过接收终端接收卫星位置和距离，每个位置坐标（X0、Y0、Z0）和距离S为已知数，则根据空间中两点的距离公式(X-X0)2+(Y-Y0) 2+(Z-Z0) 2=S2，有三个以上的卫星已知坐标和距离，可以与用户未知位置的（X,Y,Z）建立一个三元二次方程组，便可以解算出用户未知位置坐标（X,Y,Z）。
如何获得卫星的位置以及与用户接受终端的距离？卫星是飞行在固定的轨道，其位置是通过轨道参数获得。而距离是通过多普勒效应测算，可以简单理解为最传统的公式，即S=v（t-t0），即从卫星传送到接收机上传送信息号的时间差乘以多普勒信号传输速率获得。
北斗卫星如何应用？
所有的导航定位卫星，无论是北斗、GPS、格洛纳斯（GLONASS）还是伽利略，只能告诉你一个信息，即位置信息。卫星是引路的，能够引路的是应用终端。应用终端接收信号，解算获得位置，并展示在终端内部存储或网络获取的地图上，再根据用户的目标地导航。要实现北斗的应用，必须有终端，否则北斗是无法发现你的位置。其中，电子地图是提供位置服务的关键。可以说，卫星定位系统是装菜的盘子，电子地图是盘子中的菜。
接收终端包括专业终端和大众终端，专业终端指各个领域专业设备，而现在应用最广的大众终端是手机。
人类活动70%以上的内容与空间位置相关，指南针、六分仪等定位导航设备都是推动人类文明进步的重要工具。获得准确的空间位置，其应用不仅仅是导航定位，而是可以应用于地理空间关联的各个方面，可以基于定位进行测量，从而绘制地图，量取距离、面积和体积，可以跟踪获得其他实体的位置，可以对各种终端用户进行统计从而获得流量、流向和速度等信息，而更高精度的定位还能实施精准应用，如精准农业、精准工业、精准建筑，可以用于智慧机器人实现更高精度的施工等。因此，准确获得空间位置的技术和设备，对于国家、集体和个人都有重要意义。
北斗与地理信息和卫星遥感的关系？
北斗导航卫星告诉你的只有位置信息，如何使用依赖于终端。而终端中最重要的则是地理信息，地理信息包括电子地图和各种地名地址以及链接信息，通过位置信息与地图以及地理信息的结合，才能实现北斗卫星导航定位系统的应用。而遥感卫星是获得地图以及各种地理信息的重要手段之一，三者有区别、有联系，同时也可以结合使用。北斗不是遥感卫星，不能发现你的位置，但是结合电子地图和卫星影像，可以展示你在地图和影像上的位置。
北斗卫星收费吗？
无论是北斗、GPS还是伽利略等导航卫星，发送的信号都是免费的广播信号，都是免费使用，不需要支付任何费用。同时，如果没有其他手段，北斗卫星是无法知道用户的位置。
媒体上有报道的北斗定位系统安装到卡车上收费，其实是一种商业行为，即某些公司为客户提供监控车辆服务，即车辆通过北斗或其他卫星导航定位系统实时获得位置信息，而位置信息传送到管理端进行监控的服务。
我国民众用上了北斗卫星吗？
这是我国很多民众困惑的问题，很多人疑问，北斗卫星发射了那么多，为什么普通民众没有用上呢？
其实很多人都已经用上了北斗卫星导航定位系统，只是很多使用者并不知道。前文所述，使用卫星定位系统最主要的设备是定位终端，各个终端是否能够使用某种卫星定位系统，关键在于其终端内的解码芯片。现在我们大多数人都是以手机作为导航定位终端，实际上，从2012年开始，以华为为代表的国产手机都逐步安装了解码芯片，使手机能够实现接收北斗卫星信号并实现导航定位。实际上，目前大多数能够接收北斗卫星的导航终端基本上都能接收美国GPS卫星甚至俄罗斯GLONASS卫星信号实现卫星导航定位，同时兼容多种导航卫星的终端，定位初始化时间更短、定位精度更高、更难失锁，同时可以在一些卫星信号较弱的地方实现定位。
未来随着北斗卫星的全球化服务，将有更多的专业终端或者手机终端集成北斗解码芯片，北斗应用广度和深度都不断扩大。广大民众需要知道，北斗已经逐步深入了生活和生产的各个方面，不过多数服务都是一种“密封式”服务或者间接服务，用户并不在乎服务的来源和设备。
为什么有GPS系统了，我们还要发展自己的卫星导航定位系统
众所周知，GPS卫星导航定位系统是第一个全球范围的卫星导航定位系统，在上世纪90年代中期已经部署完成并提供全球服务。
首先，GPS系统并不完善。在北斗投入服务以前，使用单GPS系统的终端，初始定位时间较长，在一些空间遮挡比较严重的地方，如墙角、屋内窗口福建和树下无法准确定位，北斗投入使用后，在这些仍然可以准确定位。
其次，卫星导航定位系统对一个国家的国家安全具有重大意义，拥有自主的卫星导航定位系统对于一个国家安全和经济独立都有重要意义，我国在上世纪90年代曾因为美国关闭区域GPS信号而导致了多起严重的军事问题。
最后，发展卫星定位系统，可以挖掘卫星定位市场巨大商机，卫星定位系统直接市场价值上千亿，而推动的市场可挖掘价值高达万亿元，我国政府和企业当然不能错过这样的商机。
北斗如何与GPS以及GLONASS等其他卫星定位系统兼容
北斗与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧洲的伽利略如何实现兼容共用呢？
其实，所有卫星的信号都是一个测距信息，只要用户的设备能接收这些卫星的信号，用户不用在乎哪个卫星提供的距离信息，更多的距离信息，则可以提高精度和定位稳定性。
北斗导航卫星商业价值在哪里？
北斗导航卫星的市场商业价值是巨大的，其商业价值包括直接商业价值和间接商业价值。
目前北斗导航卫星定位系统最直接的商业价值是北斗卫星导航定位硬件设备市场，从最小的芯片到专业级的测量型定位设备，都有巨大的市场价值，同时，集成在硬件设备中的软件也是商业链的关键环节。
而北斗导航卫星系统更主要的商业价值是其间接商业价值，即推动其他领域的商业价值。首先，在研发北斗导航卫星中，其研制过程将带动整个卫星相关产业链的发展。其次，高精度导航卫星定位服务将极大推动地理信息产业发展。最后，卫星导航定位服务带动空间位置服务产业链的发展。这些，都是巨大的市场价值。
如何理解北斗高精度定位？
对GPS和北斗等卫星定位系统有一些基础知识的人都知道，GPS和北斗卫星的定位精度都是米级，一般最高精度不高于3米（即数值大于3米）。但是为什么经常有报道或者专家说北斗的定位精度可以达到厘米级呢？厘米级高精度卫星定位是否真能实现？
要实现厘米级的高精度卫星定位，需要依赖于地基增强系统。在实现高精度定位的区域附近（30千米-120千米），有一个已知位置的定位参考站（也称为差分站），这个参考站协助卫星定位系统为该区域的用户提供高精度定位服务，也称差分定位技术。高精度地基参考站卫星定位增强技术虽然很复杂，但是可以简单这样理解，即在某个瞬间，在一定距离内的两个点，其接受到的卫星定位信号相同，那么其误差是相同的，如果其中一个点是在已知坐标点上，那么则可以知道定位误差，从而推算出另外一个点的坐标。即如已知点坐标为X，已知点上卫星定位坐标为X1，则误差为X-X1，在另外一个点上卫星定位坐标为X2，其高精度定位坐标则为X2+（X-X1），虽然差分定位技术很复杂，但是基本上可以这样解释。
北斗获得在坐标高是水准高吗？
不是。
无论在日常生活还是在工程建设以及科学中所使用的高都是指水准高，即在某点上实际水面距离地球0米水面的距离。但是，由于地球并非一个严格的球体或者椭球体，另外，地球各处的质量密度不均，导致地球水面并非一个球面，而是一个复杂的曲面。在任何一个高度的地球水平面都是一个虚拟的复杂曲面，而如第二点所述，卫星定位所获得的高是通过卫星运行轨道虚拟出椭球的椭球高，椭球高无法与水准高重叠或有统一的高差，因此，卫星定位中所获得的坐标高程并非水准高。
卫星定位一直无法获得正确的高程，而未来空间定位服务将发展到三维，需要获得水准高，如何解决这个问题？现在技术是通过复杂的数学模型（似大地水准面模型）虚拟出地球任何一定的水准面，卫星定位中，可以通过改点的椭球高获得改点的水准高改正数，从而计算出改点的水准高。目前全球似大地水准面模型已经可以达到较高精度，未来基于北斗卫星和全球似大地水准面模型的三维空间定位服务也将成为北斗卫星定位服务热点之一。
结论
目前我国的北斗导航卫星定位系统处于全球布网的关键时期，未来随着北斗卫星导航定位系统将深入社会经济、生产和生活的方方面面。同时也将发掘巨大的商业价值。但是，我们应该冷静面对两方面的问题。一方面，要认识北斗卫星导航定位系统应用的巨大价值，夯实产业基础，迎接挑战后的机遇。另一方面，也不应该过于夸大北斗卫星的作用和商业价值，似乎北斗无所不能、遍地黄金。北斗只是一个定位导航系统，其商业价值挖掘需要依赖于地理信息为主的各种技术和应用服务。目前我国各地都仓促上马各种北斗产业园，有些北斗产业园的泡沫以及显现，甚至已经停止运转，很大程度上就是领导决策层对北斗卫星的误解。因此，对北斗卫星进行科普是非常必要的。北斗卫星不是一个排他性的系统，并非有了北斗就可以不用GPS，北斗可以与世界上所有的卫星导航系统兼容，互相应用，从而更好服务经济与生活，推动国家繁荣和社会进步，建设生态美丽中国。
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