2020年北京高考作文里提到：北斗系统一共有55颗卫星，每一颗都是北斗的“独一无二”，每一颗都有自己的功用。导航，其实大家都非常熟悉。我们国家的卫星导航定位系统叫做北斗，它是全球覆盖的卫星导航定位系统。那么不同卫星的信号到底是怎样实现区分的？如果你想全面认识北斗卫星，你需要听懂这7个“3”…
出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）
以下内容为中国科学院空天信息研究院研究员徐颖演讲实录：
大家好，今天特别荣幸来到上海，挑战一个以前从来没有挑战过的领域。我经常给大家做科普报告，但做脱口秀是第一次。
首先为大家介绍一下自己，我叫徐颖，来自中国科学院空天信息研究院，今天来给大家讲讲导航。
关于导航提到导航，其实大家都非常熟悉。对于很多人来讲，导航基本上等于我们手机上的地图软件。刚才在后台我们还在聊，大家今天是怎么到浦东图书馆的？有说打车的，有说开车的，有说坐公交车的，有说骑自行车的，还有开坦克来的。对，那位小朋友，把你手中的玩具坦克放下，不要再玩了，我们开始听脱口秀。
其实，这是一个误解，导航是一个体系化的科学，并不完全等价于我们手中的地图软件。今天为大家讲解导航，首先要给大家介绍一个数字，这个数字是多少呢？这个数字是3。
为什么说这个数字是3？《道德经》中讲到，一生二，二生三，三生三世十里桃花。所以我们只要把“3”这个问题说清楚了，我们也就了解了导航当中的科学。
首先，导航不仅仅等于我们的地图，作为一个体系化的科学，导航包含三个基本要素：一个是时间，一个是位置，一个是引导我们从一个位置到达另一个位置的精准控制的过程，这个三位一体的体系我们才叫做导航。
基本原理
接下来，我们要说的是导航的基本原理。我们至少需要几颗卫星才能实现定位？三颗。因为我们每一个人的位置都包含经度、纬度和高度三个未知数。我们需要三颗卫星得到三个测量值，列出三个方程，才能够求解出刚才的三个未知数。
当然通常来讲，我们至少需要四颗卫星，因为还有时间的问题。所以，四颗卫星是卫星导航定位的基本原理。
三大要素那么是不是有了四颗卫星就解决了导航的所有问题呢？当然不是，俗话说一个好汉三个帮，一个篱笆三个桩，我们要解决导航问题也需要讲到三大要素。一个是卫星，一个是地面监测站，还有一个是用户终端。
卫星主要用来发射信号，地面站主要用来监测信号，而我们的终端就是跟大家接触最多的了，比如大家经常用的手机就是一个终端。
当然除了手机之外，北斗还有各种各样的终端，比如说我们的高动态、高精度、高灵敏度、抗干扰、反欺骗、小型化、低功耗、手持型、车载型、船载型、弹载型、星载型、机载型，还有我们的北斗手表、北斗鞋、北斗卡。各种各样，应有尽有。走过路过不要错过，全场两元，全场两元，两元钱你买不了吃亏也买不了上当，请进来看一看。
当然我们的北斗产品就是这么全，但是有一个北斗产品真的没有，就是前一阵我们刚刚辟谣的北斗地图APP，它真的不等于北斗卫星导航定位系统，这个我们真没有。
三大问题
那么是不是有了卫星、地面段和终端，我们就感觉自己可以出任CEO，迎娶高富帅，从此走上人生巅峰，踏上不再迷途的北斗之路了呢？当然不是，我们还需要解决三个重大问题。
第一个问题是时间的问题。大家会觉得时间有什么关系？我面前有一个计时器告诉我现在的时间，假设今天的脱口秀是下午四点开始，您四点零一分到现场，我想工作人员也一定会让您进来。那么我们为什么需要一个非常精准的时间呢？
这是因为在卫星导航当中，我们是通过时间乘以北斗信号的传播速度来测量距离的。北斗信号的传播速度是光速，跟惊奇队长的飞行速度一样，所以如果时间相差一秒，那么距离就会差出去3后面8个0这么大的距离。就像你本来要去丽江结果给你定位到了西藏，这时导航就没有用了，还不如问百度。
所以我们要感谢物理学家，物理学家发明了原子钟，把精度做到了10的负13次方这样的量级。
这个精度意味着什么？意味着大概过去几千万年，时间的误差才会过去1秒。也就意味着如果现在我们面前有一台这个精度的原子钟，那么当它回溯到上一秒发生误差的时刻，我相信坐在台下的一定不是你们，而是恐龙了。
第二个问题是位置的问题。有了时间后，我们还需要一个精确的卫星的位置。这个问题的解决要感谢上帝，上帝扔了一个苹果，启迪了夏娃，又扔了一个苹果，启迪了牛顿，于是我们有了牛顿三大定律和开普勒定律，我们可以开始算卫星的轨道，才有了卫星的精确位置。
解决了时间和位置的问题，我们还需要解决第三个问题，即如何让系统共存，如何让系统正常运行？北斗三号预计30颗卫星覆盖全球，GPS24颗卫星覆盖全球，当前我们能够用的卫星数量已经超过了100颗。如何让这么多的卫星在天上工作，而彼此之间不互相干扰呢？就像现场同时有100个人说话，我们怎样才能分辨出每一个人，而不让他被其他人的说话声音所干扰呢？
我们有三种解决方案。第一种叫做时分技术，也叫作TDMA，也就是说我们有100个人说话，但分别在各自对应的时间，在1到100不同的时间段说话，这样我们就能分清彼此说话的时间。
第二种叫做频分技术，也叫作FDMA，也就是说让每颗卫星发送的信号在不同的频率，好比把人分开关在不同的小黑屋子里说话，小黑屋隔离效果好，那自然也就不互相影响了。
第三种叫做码分技术，也叫CDMA，我们在不同的卫星上调制不同的码元，给它附加特性来区分每一颗卫星的信号，好比让不同的人用不同的语言说话，有的说英语，有的说普通话，有的说四川话，然后分别再找只能听懂英语、普通话和四川话的人来听他们说话，这样也能区分不同卫星的信号。
解决完时间、位置和不同的发播方式这些问题之后，我们是不是终于能建成我们的卫星导航定位系统了呢？这个答案是肯定的。
北斗卫星导航系统
我们国家的卫星导航定位系统叫做北斗，它是全球覆盖的卫星导航定位系统，除了我国的北斗，全世界还有其他三个厉害的小伙伴，分别是美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧盟的GALILEO系统。
除了这四大卫星导航定位系统外，其它的无论是日本建的还是印度建的，都属于区域覆盖，不能叫作全球定位系统。
北斗系统的建设不是一蹴而就，毕其功于一役的，北斗系统的建设也分为三个阶段：第一个阶段是2000年左右建成北斗双星系统，也叫作北斗一号系统；第二个阶段是2012年左右建成北斗二号系统，也叫作北斗区域系统，从有源定位系统变成无源定位的系统；第三个阶段是到2020年左右要建成北斗三号系统，也叫作北斗全球系统，北斗全球系统在2018年已经完成了基本建设，也实现了对一带一路地区的覆盖。
有了这么多卫星，有了北斗系统之后，北斗系统到底能为我们提供什么功能？总的来说，北斗系统的功能可归纳为三种，第一种是可以提供一个非常准确的位置，就像今天大家在这里如果打开手机上的北斗系统，你就会发现你的位置是在浦东图书馆。
第二种是能提供一个非常准确的时间，因为它自身的时间很准，所以也可以给我们做一个非常精准的授时。在我国的电力、金融系统中应用广泛。
第三种是北斗系统所特有的通信功能。北斗系统是全世界唯一一个具备通信功能的卫星导航定位系统。
所以，北斗系统作为一个基础的时空体系，为我们提供了全方位的无处不在的时空服务。2018年我国的航天事业取得了巨大突破，总共完成39次火箭发射，第一次达到世界第一发射数量，其中北斗完成了18颗卫星的发射。我们不仅拥有中国精度，我们也拥有中国速度。
作为一个航天人，我们为祖国骄傲，也为中国航天自豪，在未知的大航天时代面前，充满了无限种可能，从太空旅游到太空殡葬，从太空发电到太空采矿，人类在用想象力和技术力挑战着广袤无垠的宇宙空间。
虽然前路漫漫艰难险阻，但我们只能一往无前，无问西东。谢谢！
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