中科院美女學(xué)霸關(guān)于破解北斗導(dǎo)航演講
導(dǎo)語：中科院美女學(xué)霸冷漠回應(yīng)：想破解中國北斗導(dǎo)航，只有一個辦法……一起看看是什么方法。
前幾天我去一個同學(xué)家里玩，他們家小姑娘來問我說，“阿姨，我怎么才能讓我爸爸看不到我的手機(jī)位置信息呢?如果把我的手機(jī)卡取下來之后，我的手機(jī)還能夠定位嗎?”
在這里，我可以明確地告訴大家，取下手機(jī)卡以后，手機(jī)依然能夠定位的。這是因為我們大家都知道我們手機(jī)當(dāng)中定位采用的是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，與我們手機(jī)移動系統(tǒng)沒有關(guān)系的。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它是距離我們一群兩萬公里的星星，它們不會發(fā)光也不會發(fā)熱，甚至肉眼沒有辦法觀察到它們，為我們提供著位置服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡稱為GNSS系統(tǒng)，在GNSS俱樂部中一共有4位VIP會員，除了大家所熟知的美國GPS系統(tǒng)以外，包括俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐盟的伽利略系統(tǒng)以及我們國家自主建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是我們國家自主建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，現(xiàn)在正處在建設(shè)和應(yīng)用推廣的階段，由五顆靜止軌道衛(wèi)星，和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)計將在2020年左右提供一個全球性的服務(wù)。
在GNSS俱樂部中，會員小伙伴們最關(guān)心的是什么?大家最關(guān)心的頻率資源問題。頻率資源是一種國際上公用的資源，頻率資源不是你想買，想買就能買的，所有頻率資源都要向國際電聯(lián)提出申請，由國際電聯(lián)進(jìn)行劃分。就像我們高速公路車道一樣，每一個系統(tǒng)都有它自己的車道，不然的話大家會發(fā)生撞車的情況。
在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的初始階段頻率資源相對比較充沛，建設(shè)相對比較早的GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)不存在頻率資源的沖突問題。到了北斗系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)建立的時候，頻率爭奪戰(zhàn)就非常明顯了。當(dāng)時伽利略系統(tǒng)其實提前申請了這個頻率資源，但是大家知道后來歐洲出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)危機(jī)，所以伽利略系統(tǒng)資金鏈斷了，他們當(dāng)時發(fā)射了這個衛(wèi)星，占領(lǐng)了這個軌位，但是并沒有發(fā)射這個頻率的信號。根據(jù)國際電聯(lián)“先到先得”的規(guī)定，哪一個國家能夠先把這顆衛(wèi)星發(fā)射上去，并且這個衛(wèi)星向下發(fā)射了這個頻率的信號，以后這個頻率資源就是你的了。
在這樣情況下， 2007年4月17號就是北斗所申報的頻率資源的最后期限，所以要求北斗試驗星必須提前發(fā)射，這在我國航天史上是非常罕見的。
通常衛(wèi)星發(fā)射只有延遲，沒有提前，因為提前會帶來一系列的問題。但是經(jīng)過各個部門的配合之后，為了爭奪這個頻率，在4月14號的時候，這一顆火箭已經(jīng)成功在發(fā)射中心準(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)射了。在4月14號的凌晨4點07分，現(xiàn)場又發(fā)現(xiàn)新的.問題，火箭有一個連接器沒有按照規(guī)定脫落，如果三分鐘內(nèi)不能解決這個問題的話，對火箭、衛(wèi)星甚至發(fā)射場都會是滅頂之災(zāi)。
當(dāng)時的發(fā)射指揮員在一分鐘之內(nèi)下了7道指令，4點07發(fā)現(xiàn)的問題，4點11分的時候，火箭帶著我們北斗試驗星成功升空。4月14日發(fā)射了北斗試驗星，4月15號時候衛(wèi)星實現(xiàn)變軌，4月16號衛(wèi)星開始向下發(fā)送信號，在距離4月17號北斗申請的頻率資源失效前24個小時內(nèi)，中國正式啟用了北斗申報的頻率資源，也就此拉開了北斗全球系統(tǒng)建設(shè)的帷幕。
在一個風(fēng)雨交加，電閃雷鳴的夜晚大家喜歡做什么事情?我自己比較喜歡看恐怖片，那樣比較有感覺。雷電和恐怖片更配哦，那么雷電和什么不般配呢?不錯，就是衛(wèi)星發(fā)射。衛(wèi)星發(fā)射的時候，火箭箭體中裝滿了燃料，一點點火花就能引起箭體的爆炸。1987年，美國大力神火箭就曾在大雨中發(fā)射，升上天空一分鐘后就在空中遭到雷擊，發(fā)生了爆炸。
所以，通常遇到雷電的時候，衛(wèi)星發(fā)射是會推遲的，但是在2011年7月，北斗第9顆衛(wèi)星發(fā)射時也是一個電閃雷鳴的天氣，它卻在等待著發(fā)射，為什么明知山有虎偏向虎山行呢?
這是因為北斗系統(tǒng)不是一個單顆衛(wèi)星，而是一個組網(wǎng)星座。對于組網(wǎng)星座而言，每一顆衛(wèi)星都要有既定位置，北斗系統(tǒng)不僅要求把這顆衛(wèi)星發(fā)射到哪一個軌道，還要求這一顆衛(wèi)星在軌道中的既定位置，要滿足這樣的條件必須有發(fā)射窗口，而這一天就是一個不可多得的發(fā)射窗口，如果錯過這天的機(jī)會，有可能推遲四個月，甚至推遲一年才能夠迎來新的一個窗口。
北斗系統(tǒng)當(dāng)時正在如火如荼建設(shè)過程當(dāng)中，如果推遲發(fā)射的話，進(jìn)程必然會延誤，帶來的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。當(dāng)時的指揮系統(tǒng)決定冒雨發(fā)射，在兩次雷電的間隙，發(fā)了。非常幸運，北斗第9顆衛(wèi)星升空了。在同年年底北斗開始試運行�，F(xiàn)在，北斗系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)射了22顆衛(wèi)星，已經(jīng)能夠為中國以及我們周邊地區(qū)提供非常穩(wěn)定的導(dǎo)航定位服務(wù)。
大家可能會問北斗系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)射這么多顆衛(wèi)星，北斗到底有什么用呢?首先，業(yè)內(nèi)有這樣一句名言：“衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用只受想象力的限制”，毫不夸張的說，作為典型的國家重器，它就像我們水、電、還有公路一樣，是我們社會建設(shè)基礎(chǔ)的保障。歐盟曾經(jīng)做過估算，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)中斷2天就會給整個歐洲帶來超過10億歐元的損失。下面我們來看一下北斗應(yīng)用的相關(guān)視頻。
這是北斗系統(tǒng)一些典型應(yīng)用，這個是藏羚羊遷徙，北斗系統(tǒng)保護(hù)野生動物;大興安嶺發(fā)生火災(zāi)，北斗系統(tǒng)能夠為營救人員提供方位和方向的服務(wù);這是北斗系統(tǒng)用于精確打擊;這是北斗用于海洋漁業(yè)，在海洋上我們所用的通信定位手段都非常少，有了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航，能夠有效保障漁民的生命安全;這是北斗系統(tǒng)用于大型車輛定位和監(jiān)控;這是北斗系統(tǒng)用于我們精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化當(dāng)中我們可以用北斗系統(tǒng)非常精密的控制;這是北斗系統(tǒng)用于我們大型集裝箱航運和海運。
以上這些只是北斗系統(tǒng)應(yīng)用非常基本的方面，在這里，我想重點強(qiáng)調(diào)一下我們剛才看到的海洋漁業(yè)的應(yīng)用。在這個應(yīng)用中，北斗系統(tǒng)不僅提供了位置、導(dǎo)航和授時這樣的功能，而且還提供通信功能，漁民在海上能夠用北斗系統(tǒng)發(fā)短信，報平安。通信功能到底有什么用呢，這里我想引用一下美國GPS之父帕金森教授的一句名言，他曾經(jīng)這樣盛贊北斗的導(dǎo)航通信一體化功能：“既能夠知道你在哪里，也能夠知道我在哪里，這是多么美妙的體驗。”
那么通信到底有什么用呢?給大家舉一個簡單的例子，大家都看過《魯賓遜漂流記》吧，如果有一天一個人漂流到了孤島上，能怎么辦呢?如果這個時候他選擇的是GPS，他只能知道自己在什么位置，無法通知別人前來救援，所以他還是只能夠在荒島上求生。
如果我們用的是北斗系統(tǒng)，情況完全不一樣了，我們既可以知道自己位置在哪里，而且還能夠把我們位置發(fā)送到方圓幾十公里、幾百公里甚至千里之外的人。相信我，如果你選擇了北斗定位系統(tǒng)，你很快就可以在救援船上和你手持GPS的小伙伴說拜拜了~
我們講了這么多北斗系統(tǒng)非常好用，而且可用，為什么現(xiàn)在好像在生活當(dāng)中我們大家似乎很少用北斗，好像GPS多一點。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)比北斗系統(tǒng)早建設(shè)了大約20年，20年的歷史鴻溝不是我們一朝一夕技術(shù)能夠填補(bǔ)的，GPS系統(tǒng)的應(yīng)用推廣都已經(jīng)非常成熟，比如現(xiàn)在最便宜的GPS芯片可能大約兩美元左右，而北斗系統(tǒng)的芯片價格由于量產(chǎn)等原因可能仍然普遍在百元左右。用不起制約著北斗發(fā)展，但是用不起不是制約主要因素，不敢用、不想用，這才是制約北斗發(fā)展的重要原因。
北斗系統(tǒng)從誕生到現(xiàn)在，雖然已經(jīng)通過多方面證明，精度和可靠性，完全不輸GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，但是人們對北斗系統(tǒng)有著種種質(zhì)疑。這是網(wǎng)上大概2011年左右傳得比較沸沸揚揚的新聞，當(dāng)時媒體使用的標(biāo)題是“清華女生破解北斗送給美國”，或者是“北斗上百億的投資打水漂”等等，比較聳人聽聞。
那么北斗真的如此不堪一擊嗎?當(dāng)然不是。事實上真正不可靠的是GPS系統(tǒng)。因為GPS系統(tǒng)只被我們開放了民碼，而且GPS民碼信號戰(zhàn)爭時候很容易說變就變，為了保障自主權(quán)，歐盟建設(shè)了伽利略系統(tǒng)。對我們來講也是如此，為了保障我們的可靠性，我們國家開始建設(shè)屬于我們自己的北斗系統(tǒng)。
我們回到清華女生破解北斗這個新聞上，實際上她只是破譯了北斗的民碼信號的偽碼序列。
首先第一點，北斗建設(shè)過程當(dāng)中，民碼的設(shè)計和GPS、伽利略都是一脈相承的，并沒有特殊設(shè)計。我國希望全世界人民都能使用北斗，不僅是中國的北斗，也是世界的北斗。她想破解這個沒有經(jīng)過加密的民碼信號，首先是沒有技術(shù)難度的。從科學(xué)研究的角度來講就是一個信號檢測與估計的問題。事實上2012年的時候，我們國家已經(jīng)公布了北斗的ICD文件，告訴了大家我們的民碼格式。
除了民碼之外，北斗還有軍碼，軍碼經(jīng)過了加密等特殊設(shè)計等，這是穩(wěn)定可靠的。如果想破解軍碼系統(tǒng)，我們可能建議一些更簡單的方式。那就是造時空穿越機(jī)穿越回到北斗軍碼設(shè)計的時候在旁邊偷聽好了。這個技術(shù)難度都比從技術(shù)上來破解北斗軍碼更容易一些。所以，大家要相信我們北斗系統(tǒng)非常好用，而且非常穩(wěn)定的。
作為一個衛(wèi)星導(dǎo)航的普通科研工作者，我們相信北斗這一艘巨輪在大家支持下，在我們的不懈努力下一定可以繼續(xù)乘風(fēng)破浪走向世界，謝謝大家。
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