美国的GPS，被中国打败

上世纪，美国与苏联上演“星球大战”，争夺太空霸权。而在新世纪，美国正在落后。

GPS（全球定位系统），这个曾经无可争议的卫星导航之王，是美国软实力的关键工具。而现在，中国的北斗正在取代GPS，成为世界上占主导地位的卫星导航系统。

为此，最近，美国天基PNT咨询委员会（PNTAB）还警告说，“美国的GPS能力现在远不如中国的北斗”，并敦促美国在未来十年内重新获得PNT的领导地位。

付斌｜作者

电子工程世界（ID：EEworldbbs）｜出品

与世界上一直大力投资的GNSS（全球导航卫星）系统不同，美国只是对GPS进行了适度的改进，说白了，就是在“吃老本”。

目前，美国正在使用GPS 3卫星取代1990年代的GPS卫星，这些卫星在2014年开始逐步发射。

然而，GPS 3不是什么很有开创性的技术，只是对GSP 2改进的技术，比如，讲精度提高1～3米，技术先进性和GNSS差远了。

而且，更为关键的是，美国紧随其后的下一代技术是GPS 3F，虽然美国对它寄予厚望，并且预计能够提供很多额外功能，比如实现全数字化导航有效载荷。

不过，GPS 3F可能要到2030年代中期才能完成，到那时候，可没准又要有什么新技术了。

还有被美国视为希望的下一代PNT系统NTS-3仍然处在研发阶段，第一颗测试卫星将于今年晚些时候部署。目前尚不清楚NTS-3需要多长时间才能全面投入使用。

虽然美国正在努力更新GPS，但在全球PNT（定位、导航、授时）数据可用性方面，与北斗相比，已经存在明显劣势，很快它可能会在整体精度、信号强度和安全性方面落后于北斗。

虽然美国确实在LEO（低轨）通信卫星方面拥有许多商业合作，可能成为GPS的有效替代品，但依靠营利性，而非公共GPS存在明显缺点，最典型的问题，就是成本问题。

除非美国迅速采取行动，优先考虑GPS创新，否则技术力量平衡可能会向中国转移。

2000年，我国建成北斗一号试验系统，向中国提供服务；2012年，建成北斗二号区域系统，为亚太地区提供服务；2020年，建成北斗三号全球系统，开通全球服务……北斗已经成为中国“夜空中最亮的星”。

事实上，中国的北斗有56颗卫星在轨运行，几乎是GPS的两倍。此外，北斗还拥有十多倍的监测站，其中许多位于发展中国家。

北斗有多牛？日经亚洲在2020年报道中揭开真相：全球195个主要国家中，北斗导航系统对其中有165个国家的首都的观测频率都要高于GPS。北斗使美国的GPS黯然失色。

无独有偶，贝尔弗中心的一份报告指出，北斗更大的星座提供了更大的PNT（定位、导航、授时）数据可用性。在某些情况下，在世界许多地区都有更高的准确性。在非洲和东南亚的发展中国家尤其如此，这些国家历来没有得到GPS的服务。

中国还制定了一系列长远的计划，进一步提高北斗的准确性、安全性和可靠性，一部分通过发射低地球轨道（LEO）星座，另一部分则依靠实施新的惯性传感器和量子导航等未来技术。

2020年9月，中国卫星导航系统管理公布了5款RNSS射频基带一体化芯片、2款双频多系统高精度射频基带一体化芯片、6款多模多频宽带射频芯片；国产卫星导航芯片工艺也从130 nm提升到14 nm，尺寸从150 mm2缩小到5 mm2，具有良好的市场竞争力。

最新数据显示，北斗在国内导航地图领域实现主用地位，北斗定位服务每天被使用超过3600亿次。今年，北斗已成智能手机的“标配”，申请入网的300多款智能手机都支持北斗定位。

强大的，不只是北斗，3000亿的导航市场，也逐渐被撬动，变成“全产业链的北斗”。目前我国已构建起集芯片、模块、天线、板卡、终端和运营服务为一体的完整卫星导航产业链。

数据显示，2022年我国北斗产业总体产值达到5007亿元人民币，同比增长6.76％。

与卫星导航技术研发和应用直接相关的，如芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等产业核心产值同比增长5.05％，达到1527亿元人民币，在总体产值中占比为30.50％。

由卫星导航应用和服务所衍生带动形成的关联产值同比增长7.54％，达到3480亿元人民币，在总体产值中占比达到69.50％。

而与此同时，北斗的国际“朋友圈”也在不断扩大。

种种信息都在表明，中国北斗的发展日渐强大，也开始让美国开始害怕。

对于GPS和GNSS的概念，可能很多人并不太清楚。

GPS指的是美国的卫星导航系统，如果硬要说，也是GNSS的一种。GNSS是指能提供全球三维坐标、速度和时间信息的空基无线电导航定位系统。

因此，目前全球卫星导航系统形成了四大供应商共存的局面，包括中国的北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS）、美国全球定位系统（Global Positioning System, GPS）、俄罗斯格洛纳斯（Global Navigation Satellite System, GLONASS）以及欧洲伽利略（Galileo）。

中国北斗卫星导航系统（BDS）：1994年运行，中国自行研制的全球卫星导航系统，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，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

美国全球定位系统（GPS）：1973年运行，由美国国防部研制和维护，可为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度时间标准的卫星定位系统。

俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）：1976年运行，是前苏联在总结第一代卫星导航系统CICADA的基础上，吸收美国GPS系统的部分经验，自1982年10月12日开始发射的第二代导航卫星系统。

欧盟伽利略导航卫星系统（Galileo）：2003年运行，由欧共体发起，旨在建立一个由欧盟运行、管理并控制的全球导航卫星系统。

民用导航信号方面，GPS通过增量方式实现信号现代化，GLONASS在频分多址（ FDMA）基础上增加码分多址现代化信号，Galileo后发优势直接采用现代化信号，而北斗系统逐渐形成独具特色的导航信号体制。

四大全球卫星导航系统民用导航信号体制设计，图源｜前瞻科技

 各系统星基精密单点定位服务，图源｜前瞻科技

当前，世界卫星导航已进入多系统共同服务崭新时代，各大卫星导航系统相互参考借鉴，在演进发展方向上逐渐出现同质化倾向。

而未来，以北斗系统为核心的，更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系，将会是北斗的重点。

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