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北斗亮出成绩单

2020-04-19啸峰

环球飞行 2020年2期
关键词:高精度导航系统北斗

啸峰

在2019年底举行的北斗三号系统提供全球服务一周年新闻发布会上,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其介绍,2018年12月27日,北斗三号系统开始提供全球服务,一年后,北斗三号系统在系统建设、应用推广等方面取得重大突破,并亮出了一份漂亮的成绩单。

北斗三号系统核心星座部署完成

中国北斗卫星导航系统(英文名称:BeiDou Navigation Satellite System,简称BDS北斗系统)是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗系统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,一流的北斗”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。

20世纪后期,中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略:2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务。

2012年底,中国建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务。2018年11月19日,中国建成由19颗北斗导航卫星组成的基本系统,并于当年年底提供全球服务。

2019年,通过实施7箭10星高密度发射,北斗三号所有24颗中圆地球轨道卫星完成组网,标志着北斗三号系统核心星座部署完成,北斗三号进入收官决胜的关键阶段。

按照之前的计划,2020年6月前,中国将再发射两颗地球静止轨道卫星,北斗三号系统将全面建成。日前,北斗卫星导航系统第41颗卫星(地球静止轨道卫星)、第49颗卫星(倾斜地球同步轨道卫星)、第50颗卫星(中圆轨道卫星)和第51颗卫星(中圆轨道卫星)已完成在轨测试、入网评估等工作,于近日正式入网工作。

中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其表示,北斗三号全球核心星座部署完成;基本服务性能稳中有升;特色服務能力逐步形成。通过提升系统智能运维能力,北斗三号系统连续稳定运行,服务精度、可用性、连续性等各项性能指标均达到预期要求。水平和高程定位精度实测均优于5米。初步形成星基增强、精密定位、短报文通信、国际搜救服务能力、已提供地基增强完全服务能力,构成了集多种服务能力于一体的北斗特色应用服务体系。

冉承其介绍,2035年,将建成以北斗系统为核心,更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系,进一步提升时空信息服务能力。

古有司南,今有北斗

人类一直在寻求导航的手段,最初人们只能通过目视或观测自然现象来确定方位。中国最古老的指南针是司南,如今我们有了北斗卫星导航系统,不论是白天还是黑夜,不论在戈壁沙漠还是茫茫大海,北斗都会告诉我们在哪儿,并告诉我们回家的路。

北斗可以提供5大服务,既有国际通用服务,又有北斗特色设计,包括RNSS、SMS、SBAS、SAR、PPP,目前已提供RNSS服务、SMS服务。RNSS-卫星无线电导航服务是卫星导航系统可提供的基本服务,包括基本的定位、测速和授时服务。用户接收RNSS信号,自主完成距离测量,并进行位置、速度等参数解算,以实现定位、测速和授时功能。四大全球系统及日本、印度等区域系统均可提供RNSS服务。目前,北斗可向全球用户提供优于10米的定位服务,在亚太地区,由于可观测到更多的北斗卫星,还可提供优于5米更高精度服务。

SMS短报文通信服务是北斗的独家秘笈。从北斗一号,到北斗二号,再到北斗三号,北斗SMS功力不断提升。北斗SMS服务,分为向亚太区域用户提供的SMS和向全球用户提供的SMS服务。区域SMS采用RDSS体制,用户无法独立完成距离解算,用户要向GEO卫星发出定位请求和信息,卫星转发至地面中心,地面中心完成用户位置解算,并将位置和相关信息通过卫星回传给用户。这样一来,北斗既能让用户“知道我在哪”,也能“知道你在哪”。

茫茫海域上,我国有4万余艘渔船装有北斗接收机,海上其他通信手段价格昂贵,北斗方便易用且价廉,渔民可方便地跟渔业管理部门进行通信,报告位置、渔情等信息,或和家人通信报平安,被渔民称为海上“保护神”。现在,我国渔民祈求平安有了神器,一拜妈祖,二拜北斗。2008年汶川地震时,灾区通信基站等基础设施遭到严重破坏,北斗依靠独门绝技,发出灾区传出的第一条信息,并在后续实施搜救中发挥重要作用。

但与RNSS服务不同的是,RDSS采用有源体制,用户容量受限,所以,北斗三号相对于北斗二号区域SMS服务,容量进行了大幅扩展。再来看看北斗全球SMS服务,采用通信和导航相结合体制,通过MEO卫星实现全球覆盖。相信,北斗SMS服务向全球扩展,必将为全球用户带来更多福祉。

SAR指国际搜救服务,是北斗按照国际海事组织搜救卫星系统标准建设,利用MEO卫星为全球用户提供服务,北斗系统将有6颗卫星搭载搜救载荷,实现全球一重覆盖。就是说,全球任何一个地点的用户,都可以向至少一颗卫星的信标发出求助信号。目前,美、欧、俄都已经或即将提供中轨搜救服务,加入北斗后,四大系统可联合为用户提供更加可靠的搜救服务,这对于生命安全领域极为重要。一般来说,卫星搜救系统的定位精度为公里级,可加上咱们北斗/GNSS定位,搜救和定位功能结合,可将定位精度提升到米级,极大提高搜救精度和效率。此外,北斗系统专门设计反向链路,可向遇险人员发送反馈信息,告知其求救信息已被收到,可有效增强遇险人员的获救信心。

SBAS是星基增强服务,是对于民航等生命安全高价值用户,需要提供增强和完好性服务,一旦系统发生问题导致能力降级,在定位精度下降超过阈值时,系统应在一定时间内向用户报警,确保用户使用安全。北斗星基增强按照国际民航标准要求,可提供更高精度、更高完好性的导航服务。值得一提的是,美欧俄等系统的卫星导航系统和星基增强系统都是独立建设,只有中國是基于北斗高轨卫星的资源优势,一体提供SBAS服务,很好地实现了功能融合和集约高效。

PPP精密单点定位是北斗特色高精度服务。通常卫星导航系统能够提供10米左右的定位精度,而PPP精度更高,可以提供静态厘米级、动态分米级的高精度服务。相对于地基增强系统,星基高精度增强具备广域覆盖、精度均匀、所需地面站点较少的特点。目前,四大全球系统,只有我国北斗和欧洲伽利略系统可内嵌提供PPP服务。

多个方面获得重大突破

冉承其表示,小到几乎看不见,但支持北斗三号新信号的22纳米工艺射频基带一体化导航定位芯片,体积更小、功耗更低、精度更高,已实现规模化应用。同时,新一代北斗高精度天线、板卡、宽带射频芯片等系列产品完成研发,性能指标持续提升,已具备大规模应用推广条件。

北斗整个产业链全部打通,比如芯片、板卡、天线、终端、软件和服务等,中国企业已经建立了自主的生态链。此外,国外主流厂商也纷纷推出北斗三号新信号的基础产品。冉承其透露,在庆祝新中国成立七十周年阅兵仪式上,无论是装备方队、空中梯队,还是徒步方队,北斗高精度定位都得到广泛应用。北斗导航产业如今已在汽车前装、智能手机定位服务、高精度专业化应用、室内外定位联合应用服务和国际市场开拓等五个方面获得了重大突破。

如今,中国北斗系统提供了基本的定位、导航、授时服务和国内双向短报文通信服务。2020年全球组网完毕后,将为全球用户提供全球定位、导航、授时服务、区域短报文通信服务与全球短报文通信服务。此外,还将提供星基增强、精密单点定位和国际搜救等服务。

作为世界四大导航系统之一,北斗系统尽管起步晚,但是发展速度之快,令世界震惊,并具有越来越大的国际影响力。目前国产北斗基础产品已出口120余个国家和地区,基于北斗的土地确权、精准农业、数字施工、智慧港口等,已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等得到成功应用。

日本经济新闻社报道称,中国正在利用“一带一路”倡议来推广北斗导航系统。在137个签约国家中,100多个国家对北斗卫星的应用最为频繁,其中,大部分在东南亚和非洲。超过30个中东、非洲和其他地区的国家使用中国的导航系统。若北斗卫星系统在这些国家建立行业标准,中国将在引进新技术和新产品方面具有优势。

北斗产业最大的优势是中国有世界上最大的卫星导航应用与服务市场,北斗产业在国内成功实现规模化应用和服务产业化,为北斗/GNSS产业的市场全球化奠定基础并增强竞争力。

“后北斗时代”应用是重点

随着5G商用时代的到来,北斗正在与新一代通信、区块链、人工智能等新技术加速融合,北斗应用新模式、新业态、新经济不断涌现。截至2019年年底,中国卫星导航产业规模超过3500亿元,其中与北斗相关的超过70%以上;累计申请7万件,位居全球第一:北斗国家标准和专项标准陆续发布,应用产业保障环境逐步完善。

2020年1月10日,首届北斗智造者大赛决赛在上海落下帷幕。在当天的决赛现场,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,北斗的好不好用取决于我们有没有应用。

车、船、飞机为主要终端的智慧交通类和智慧城市管理,是北斗高精度定位技术最集中的应用领域。同时,智能可穿戴、智慧医疗、智能家居领域中,运营北斗高精度定位技术的新兴业态也在不断发展,持续提升各类智能硬件的精确感知和操控能力。

而中国的北斗系统也在这次武汉抗疫行动中建功。据媒体报道,在武汉的抗疫战场上,现身了一个无人机战疫平台。它利用平台高效协调无人机资源,对需要的区域进行喷药消毒、巡检喊话等防疫作业,凭借着高效的能力,从感染区域确认到消毒完成,不超过24小时。

随着2020年北斗三号全球组网将全面完成并提供全球服务,在“后北斗时代”,中国将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。

北斗不仅是卫星导航系统,更是时空基础设施。就像电网、铁路、公路是过去工业时代的基础设施,互联网、计算网、时空网是今天数字化社会发展最重要的基础设施。新的基础设施带来了巨大力量,给北斗开发和应用者带来巨大机会,融合云计算、互联网、大数据、AI等各种各样新技术,创新性地解决今天数字化进程中的问题。

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