楊元喜院士等詳述：運行一周年，是什么讓北斗閃耀全球？

作者 ｜ 楊元喜 任夏

自2020年7月31日，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（北斗三號）正式向全球用戶提供導(dǎo)航、定位和授時（PNT）服務(wù)，至今已穩(wěn)定運行一年有余。

根據(jù)國際監(jiān)測評估中心的評估結(jié)果，北斗三號單頻定位精度優(yōu)于6米，其中水平方向優(yōu)于3m，高程方向優(yōu)于5m，授時精度優(yōu)于14.7ns，遠(yuǎn)優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)。

高精度的PNT服務(wù)是一流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要標(biāo)志，然而，特色的設(shè)計和特色的服務(wù)才是讓北斗系統(tǒng)耀眼全球的最大亮點。

具備六大特色功能

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅可以提供基本PNT服務(wù)，還具備六大特色功能，即基于地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星的四大特色服務(wù)和基于中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星的兩大特色服務(wù)。

北斗GEO衛(wèi)星主要提供無線電測定（RDSS）、區(qū)域短報文通信（RSMC）、星基精密單點定位（B2b-PPP）和星基增強(BDSBAS)四類區(qū)域服務(wù)；北斗MEO星座可覆蓋全球，主要提供全球短報文通信（GSMC）和國際搜救（MEOSAR）服務(wù)。

RDSS服務(wù)屬于有源定位，是用戶獲取PNT信息的另一種方式。RDSS用戶需要主動發(fā)送定位請求，并向兩顆GEO衛(wèi)星發(fā)送測距信號；主控站收到請求后，根據(jù)測距信息和地面高程數(shù)據(jù)，即可求得用戶的位置信息并發(fā)送給用戶。

北斗三號的廣義RDSS定位模式，是指用戶利用上行鏈路向運控中心發(fā)送觀測信息（包括對GEO、IGSO和MEO的觀測），運控中心利用衛(wèi)星精密軌道和鐘差計算用戶位置，完成用戶的快速定位。

這種廣義RDSS定位不僅有利于群組用戶間的位置交互，其安全性、傳輸速率以及定位精度與北斗二號相比均有顯著提升。

此外，用戶也可以在RNSS和廣義RDSS服務(wù)之間進(jìn)行自由切換。運行一年來，RDSS服務(wù)性能得到全面驗證，所有性能均滿足設(shè)計指標(biāo)。

RSMC是沿襲自北斗一號和北斗二號的另一項特色功能，其服務(wù)區(qū)域為東經(jīng)50度至160度，北緯0度至60度。

根據(jù)需要，服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶不僅可以進(jìn)行點對點通信（點播模式），同一編組內(nèi)的用戶（不超過127個）還可進(jìn)行群內(nèi)信息交互（組播模式），上級用戶也可對多個下屬用戶進(jìn)行消息廣播（通播模式）。

運行一年來的試驗與驗證充分證明，RSMC單次通信最多可發(fā)送1000個漢字，實測點播成功率大于99.9%，通播成功率大于97.7%，優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)（成功率大于95%）。

星基增強系統(tǒng)（SBAS）是為民航安全飛行與精密進(jìn)近提供的具有健康安全性質(zhì)指標(biāo)的服務(wù)。

與國家星基增強系統(tǒng)不同，BDSBAS服務(wù)嵌入北斗系統(tǒng)，是北斗系統(tǒng)服務(wù)的一部分。

BDSBAS通過BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2b信號向中國及周邊地區(qū)提供增強信息，實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航定位服務(wù)精度的改進(jìn)和提升。

BDSBAS服務(wù)不僅滿足國際民航組織（ICAO）標(biāo)準(zhǔn)，而且具備四大系統(tǒng)（BDS、GPS、Galileo和GLONASS）的單頻和雙頻多星座增強能力。

運行一年來，測試與試運行結(jié)果表明，BDSBAS定位精度在水平方向優(yōu)于1.5m，高程方向優(yōu)于2.0m，滿足民航飛機精密進(jìn)近等要求。 

精度達(dá)厘米級

 北斗三號將國際GNSS服務(wù)中心提供的精密單點定位服務(wù)內(nèi)容嵌入北斗GEO衛(wèi)星，簡稱B2b-PPP。

B2b-PPP服務(wù)直接由北斗三號的GEO衛(wèi)星發(fā)送精密軌道和精密衛(wèi)星鐘差改正數(shù)，無需Internet支持，于是，既使用戶身處沙漠、戈壁、海上等無Internet網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，也可以獲得北斗系統(tǒng)的GEO衛(wèi)星提供的B2b-PPP服務(wù)。

運行一年來，B2b-PPP定位精度可達(dá)厘米級，收斂時間一般在30min內(nèi)。

北斗全球短報文（GSMC）功能可實現(xiàn)全球地面及以上1000km范圍內(nèi)任意兩個用戶間的通信。

用戶發(fā)出的信息只要被任何一個搭載有短報文載荷的MEO衛(wèi)星接收，即可通過星間鏈路在星座內(nèi)“接力”傳遞，發(fā)送給另一用戶。

一年來的用戶使用結(jié)果表明，單次短報文可發(fā)送40個漢字，信息一旦發(fā)出，系統(tǒng)會在1min內(nèi)作出響應(yīng)，成功率優(yōu)于95%。

北斗MEO衛(wèi)星提供的國際搜救（MEOSAR）服務(wù)功能滿足國際海事組織相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是北斗系統(tǒng)的MEOSAR還特別設(shè)計了返向鏈路，即求救信息發(fā)出后，系統(tǒng)會在2min鐘內(nèi)通過返向鏈路向呼救者確認(rèn)，可以起到穩(wěn)定呼救者情緒，避免重復(fù)呼救的作用。

經(jīng)過一年來的運行服務(wù)，搜救信息的落地成功率優(yōu)于99%，超出國際海事組織項標(biāo)準(zhǔn)要求。若與北斗的RNSS定位、短報文通信功能相結(jié)合，搜救精度可達(dá)到米級，可顯著提升搜救效率。

推廣應(yīng)用至各行各業(yè)

 如今，北斗PNT服務(wù)已深入人們工作、生活的方方面面，在無人駕駛、電力輸送、災(zāi)害監(jiān)測、智慧牧業(yè)、精密農(nóng)業(yè)、新冠疫情防控等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的支撐作用，已推廣應(yīng)用至120個國家。

隨著北斗系統(tǒng)功能的完善，特色功能和服務(wù)可以喚起人們對北斗應(yīng)用更豐富的想象。

北斗短報文服務(wù)和B2b-PPP嵌入各類災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，可以進(jìn)行高精度監(jiān)測和告警，實現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)，尤其是無網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)無人值守的災(zāi)害實時預(yù)警。

短報文和定位服務(wù)嵌入車輛、漁船等平臺，可在用戶遇險時及時發(fā)送求救信息并報告精確位置，提高沙漠、海上等特殊環(huán)境下的救援成功率。

5G+北斗的融合模式，可確保城市、室內(nèi)等環(huán)境下定位的可用性，助力智慧城市建設(shè)。

可見，北斗的創(chuàng)新設(shè)計和特色功能不僅提升了北斗系統(tǒng)的服務(wù)性能，拓展了服務(wù)功能，而且顯著提升了北斗系統(tǒng)的全球競爭力。

相信在不久的將來，特色的功能和服務(wù)會為北斗贏得更廣闊的應(yīng)用市場。

（楊元喜系中國科學(xué)院院士、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)副總工程師；任夏系西安測繪研究所助理研究員）