“北斗三号”在搜救领域的应用展望

毛新健?于晶晶

摘  要：在“北斗三号”全球卫星导航系统正式开通并提供国际搜救服务的背景下，介绍全球卫星搜救系统概况及发展趋势，阐述“北斗三号”国际搜救系统加入历程及系统组成，展望“北斗三号”在搜救领域的应用前景。

关键词：北斗三号；COSPAS—SARSAT

1 前 沿

北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主研发建设运行的全球卫星导航系统。2000年，“北斗一号”系统建成，在中国境内提供服务；2012年，“北斗二号”系统建成，服务范围扩展至亚太地区。2020年7月31日，习近平总书记宣布“北斗三号”全球卫星导航系统正式开通，向全球用户提供定位导航授时、全球短报文、区域短报文、精密单点定位、星基增强、地基增强和国际搜救等七大服务。其中，作为“北斗三号”系统的特色服务之一，北斗国际搜救服务具备了符合全球卫星搜救系统（COSPAS—SARSAT）标准的中轨搜救和返向链路服务能力，可面向全球用户提供搜救服务。

2 全球卫星搜救系统

全球卫星搜救系统（COSPAS—SARSAT），是由加拿大、法国、美国和前苏联于1979年联合开发的全球性卫星遇险报警搜救系统，是国际海事组织（IMO）推行的全球海上遇险与安全系统（GMDSS）的重要组成部分。自从1985年正式宣布投入使用以来，COSPAS—SARSAT在遇险搜救领域发挥着极其重要的作用，至今已成功协助营救数以万计的遇险者。整套系统由搜救卫星（空间段）、处理系统（地面段）、信标（用户段）三部分组成，使用406 MHz-406.1 MHz频率电磁波报警信号。截至 2021年，45个国家（或地区、组织）参与系统建设，包括4个协约国（空间设备提供国）、30个地面设备提供国、2个参与地面段提供组织和9个用户国。

近年来，为提升遇险搜救的成功率，COSPAS—SARSAT逐渐呈现出2个重要发展趋势，一是搜救卫星向中轨卫星过渡，二是搜救卫星增加返向链路服务。

2.1 向中轨卫星过渡

传统的COSPAS—SARSAT空间段主要是由搭载着搜救载荷的近地轨道卫星（LEOSAR）和静止轨道卫星（GEOSAR）组成。近地轨道卫星通过多普勒频率变化实现自主定位，但存在定位精度不高、覆盖面狭窄、时延严重、无法实时报警、遇险目标等待时间过长等不足。静止轨道卫星覆盖范围大，可覆盖除极地外地球绝大多数地方，并可实现实时报警，但卫星相对遇险信标而言是静止的，无法独立实现自主定位，而需借助额外的导航设备。

鑒于近地轨道卫星和静止轨道卫星存在的明显短板，空间段搜救卫星向中轨卫星过渡，尤其是用中轨卫星替代近地轨道卫星已成为必然趋势。相对于近地轨道卫星，中轨卫星轨道高度更高，因此定位精度得到提升，覆盖面扩大，时延缩小，可以实现实时报警。2004年，COSPAS—SARSAT启动中轨搜救系统开发，目前在中轨卫星上搭载搜救载荷已成主流趋势，四大全球卫星导航系统均已在其中轨卫星上搭载搜救载荷。

2.2  增加返向链路服务

传统的COSPAS—SARSAT报警信息为单向，只有前向报警服务（FLAM）。增加返向链路服务，即在COSPAS—SARSAT前向报警服务基础上，通过导航电文方式向遇险信标下播返向信息，实现搜救部门与遇险报警人员之间报警确认、误报警解除、紧急告警服务等双向信息交互服务，从而增强遇险人员的信心，协助搜救部门更好地开展救援行动，提升救援成功率。

COSPAS—SARSAT已将返向链路服务定义为中轨卫星搜救系统的一项先进功能，并在《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz遇险信标规范 C/S T.018》中，明确要求第二代遇险信标应支持返向链路服务。目前，伽利略和北斗系统均已完成返向链路空间段、地面段基础设施部署，伽利略系统返向链路服务已于2021年正式宣布投入使用。

3 北斗国际搜救系统

我国加入国际搜救卫星组织以后，高度关注全球卫星搜救系统的发展，尤其“北斗三号”建成服务以来，更是着力推动“北斗三号”尽早加入COSPAS—SARSAT。1998年，我国建成近地搜救卫星本地用户终端（LUT）和任务控制中心（MCC），成为COSPAS—SARSAT地面设备提供国；2016年，我国正式启动北斗国际搜救系统论证与建设。2022年4月，国际搜救卫星组织第66届理事会确认，“北斗三号”系统搭载的6颗搜救载荷符合全球中轨卫星搜救系统空间段标准要求，北斗国际搜救系统加入国际搜救卫星组织的技术审核工作全部完成，至此，中国成为COSPAS—SARSAT空间设备提供国已基本确定，基于“北斗三号”的北斗国际搜救系统将作为COSPAS—SARSAT的重要组成部分将向全球提供国际搜救服务。

遵照COSPAS—SARSAT相关标准，北斗国际搜救系统同样由空间段、地面段和用户段三部分构成。

1）空间段

我国已分别于2018年9月19日、2019年9月23日、2019年11月23日分三批，在发射的“北斗三号”MEO-13、MEO-14、MEO-21、MEO-22、MEO-23、MEO-24等6 颗中轨卫星上搭载了符合COSPAS-SARSAT空间段标准的搜救载荷，分布在3个轨道面。北斗搜救载荷前向报警服务链路信号（右旋圆极化）中心频点为406.05 MHz，下行信号（右旋圆极化）中心频点为1544.21 MHz。搜救载荷设计标准遵循《COSPAS—SARSAT中轨搜救系统中使用的406 MHz有效载荷的描述 C/S T.016》技术标准，可与 GPS、格洛纳斯、伽利略等其他卫星导航系统联合提供搜救服务。

2）地面段

北斗国际搜救系统地面段按照COSPAS—SARSAT要求进行建设，由中国中轨道卫星搜救地面系统（北京地面站MEOLUT）、中国任务控制中心（CNMCC）和北斗中轨搜救地面支持系统三部分组成。中国中轨道卫星搜救地面系统作为全球中轨卫星搜救系统地面网路的组成部分，现已完成建设并进入前期操作阶段。中国任务控制中心主要承担中国搜救责任区遇险信息接收和处理业务，融合中轨和近地轨道搜救卫星系统报警信息以及辅助搜救决策。北斗中轨搜救地面支持系统承担北斗中轨卫星搜救载荷长期、连续、稳定的监测、验证、评估任务，提供返向链路业务处理能力，负责北斗搜救载荷状态的接收报送以及基于返向链路的双向搜救信息交互。

3）用户段

目前，我国在海事、渔业、民航、探险等多个用户领域装备了EPIRB、ELT、PLB等信标终端，但应用层面还局限于区域管理或者行业管理，甚至仅是企业行为。但随着北斗系统加入COSPAS—SARSAT，北斗搜救系统返向链路服务开通，国家层面统一的北斗搜救体系即将建立，新型北斗信标终端也必须符合COSPAS—SARSAT相关标准。目前，支持北斗返向链路服务的第二代信标样机已完成研制，信标符合《COSPAS—SARSAT406MHz遇险信标规范C/S T.001》及《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz 遇险信标规范 C/ST.018》要求，兼容全球四大卫星导航系统，可处理北斗 B2b 电文播发的返向链路信号，具备遇险信号确认功能，并可通过声光提示，提醒遇险者遇险信号已接收，从而有效提升遇险者求生信念，提高救援成功率。

4 应用展望

北斗卫星导航系统自“北斗一号”系统建设到“北斗二号”向民用市场提供服务以来，因其除导航功能外，特有的北斗短报文通信功能，国内一直都在积极探索北斗系统在搜救领域的研究应用，其主要的应用场景为无移动网络情况下的应急通信、个人遇险后的紧急报警及辅助搜救。但由于缺乏国家层面完备的基于北斗的搜救体系，也未建立国家统一的标准规范，北斗搜救领域的各个厂家或单位都根据各自的应用需求自定义北斗搜救信标终端功能，造成市场需求和产品型号繁多而杂乱，难以形成体系化规模应用，客观上制约了北斗卫星导航系统在搜救领域的应用。

随着“北斗三号”全球卫星导航系统正式建成开通，“国际搜救”被明确提出作为北斗卫星导航系统提供的七大服务之一。尤其是2022年，基于“北斗三号”的北斗国际搜救系统成功加入COSPAS—SARSAT，北斗系统遵循COSPAS—SARSAT标准在国际国内搜救领域进行推广应用是大势所趋。空间段，利用“北斗三号”6颗中轨卫星搭载的搜救载荷，提供符合COSPAS—SARSAT标准的中轨卫星搜救服务，以及未来开通基于中轨卫星和倾斜地球同步轨道卫星提供的B2b 信号的返向链路服务；地面段，基于COSPAS—SARSAT章程开展地面处理系统建设、运转和服务，并与其他会员国进行信息共享和协同互助；用户段，依照COSPAS—SARSAT第二代标准规范进行搜救信标终端产品的研发，在远洋运输、渔业生产、民用航空、长途运输、地质勘探、科学考察、个人探险等领域进行推广应用。

基于COSPAS—SARSAT和北斗短报文的2种不同搜救服务，将长期共存。一方面考虑到COSPAS—SARSAT是国际组织，不是我国自主可控的系统，在国内某些特定搜救场景中并不适合使用；另一方面，尽管COSPAS—SARSAT即将开通返向链路服务，实现双向信息交互，但这种交互信息是基于406 MHz导航电文方式进行的，目前仅实现遇险搜救反馈确认和误报警解除等有限功能，而紧急告警服务仍处于电文格式定义阶段，尚未投入应用。这种有限程度的双向信息交互，与北斗短报文已实现的信息交互差距巨大。基于“北斗三号”短报文的双向信息交互功能，除了支持自由自主的的短报文通信外，还可以支持语音对讲通信和实时照片通信，这对提升搜救成功率起到极其重要的作用。

目前，“北斗三号”卫星导航系统在功能性上既支持基于COSPAS—SARSAT406 MHz信号的中轨卫星国际搜救服务，也支持基于北斗短报文的国内搜救应用。尽管COSPAS—SARSAT将成为主流，但在国内搜救领域的特定场合，基于北斗短报文的应急搜救系统依然具有很大的应用潜力。因此，基于COSPAS—SARSAT和北斗短報文的2种不同搜救服务，在相当长的时间内将共存且共同发展，并在各自适合的领域发挥关键性的作用。