“北斗”衛星導航系統建設與發展—中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其在第64屆國際宇航大會上的發言

1 衛星導航概況

導航的概念及發展

從古至今，人類一直在孜孜追求導航的技術。從早期的司南定向，到航海時代的星盤、六分儀、航海鐘，再到現代無線電導航，直至近幾十年，隨著科學技術的進步，尤其是航天技術的發展，人們進入到衛星導航的時代，才獲得相對理想的定位、導航與授時信息。

衛星導航系統能夠提供定位、導航與授時信息。定位，是指以標準大地坐標系為參照，按照用戶規定的實時性要求，提供精確的二維或三維位置和方位的能力；導航，是指按照用戶實時性要求確定當前位置和目的地位置，并參考地理和環境信息，修正航線、方向、速度，抵達任何位置的能力；授時，是指能在任何地方，按照用戶規定的實時性要求，得到并保持準確和精密時間的能力。

衛星導航基本原理

以導航衛星為參照物，用戶使用接收機測量到3顆衛星的距離，利用三球交匯原理就能得到用戶位置。考慮到接收機時鐘與導航衛星時鐘存在未知時差的因素，用戶機需同時收到4顆衛星信號并解算三維位置和接收機鐘差，從而獲得精確的位置和時間信息。衛星導航的全天時、全天候、覆蓋廣等特點，可以滿足我們對精準時空信息實時獲取的需求。

冉承其在第64屆國際宇航大會上發言

世界衛星導航的發展

世界各主要航天國家都十分重視衛星導航系統的建設、應用和發展，衛星導航系統已成為重要的空間信息基礎設施。目前，世界衛星導航呈現美國“全球定位系統”（GPS）、俄羅斯“全球導航衛星系統”（GLONASS）、中國“北斗”和歐洲“伽利略”（Galileo）四大全球衛星導航系統競相發展的局面，這四大全球系統是聯合國全球衛星導航系統國際委員會認可的衛星導航系統四大核心供應商。

在四大全球衛星導航系統中，GPS建設最早，1973年起步，1995年起維持全運行能力，目前正在開展現代化工作；GLONASS系統1975年起步，1996年建成，2005年恢復完善，至今滿星座運行；歐洲2000年啟動Galileo系統建設，已發射4顆在軌驗證衛星，計劃2020年建成。另外，日本、印度正在開展“準天頂衛星系統”（QZSS）、“印度區域導航衛星系統”（IRNSS）等區域系統建設。

隨著世界衛星導航從單一系統邁入多系統融合時代，兼容與互操作成為主要趨勢，衛星導航向著更高性能、更加可靠、更高效益的方向發展。由于用戶設備具有小型化、嵌入式、廉價性等特點，衛星導航應用將更加普及，只有想不到，沒有做不到，已廣泛應用到國家安全、經濟發展、人民生活等各領域。

2 發展規劃

發展目標

中國政府高度重視“北斗”衛星導航系統的建設，其發展目標是：

致力于為全球用戶提供連續、穩定、可靠的衛星導航服務，與世界其他衛星導航系統共同合作，服務全球、造福人類。

致力于滿足中國國家安全和經濟社會發展對衛星導航的需求，促進國家信息化建設和經濟發展方式轉變，實現衛星導航產業的社會效益和經濟效益。

基本原則

開放：將為用戶免費提供高質量的開放服務，歡迎全世界的用戶使用“北斗”系統。

自主：中國將獨立自主地建設和運行“北斗”系統。

兼容：將致力于實現與其他衛星導航系統的兼容與互操作，使用戶利用互操作信號獲得更好的服務。

漸進：考慮到技術和經濟風險，“北斗”系統將依據中國的技術和經濟發展實際，按照循序漸進的模式建設。

系統組成與服務

“北斗”系統空間段星座包括5顆地球靜止軌道（GEO）衛星和30顆非GEO衛星，地面控制段包括主控站、注入站、監測站等30余個地面站，用戶段包括北斗用戶終端、與其他導航系統兼容的終端。

“北斗”系統提供授權、公開、廣域差分和短報文4種服務，定位精度優于10m，授時精度優于20ns，測速精度優于0.2m/s。系統性能將持續改進提高，到2020年左右，系統總體性能將在現有基礎上提高2倍左右。

發展步驟

“北斗”系統按照“三步走”的總體規劃，即“先區域、后全球，先有源、后無源”的總體發展思路分步實施，形成突出區域、面向世界、富有特色的“北斗”衛星導航系統發展道路。

第一步：在1994年啟動“北斗”衛星導航試驗系統建設，2000年形成區域有源服務能力；

第二步：在2004年啟動“北斗”衛星導航系統建設，2012年形成區域無源服務能力；

第三步：從2009年起持續發展“北斗”衛星導航系統，2020年左右“北斗”衛星導航系統形成全球無源服務能力。

3 進展情況

主要包括系統建設、應用推廣、國際合作3個方面。

系統建設

（1）完成區域組網

“北斗”系統第二步規劃自2004年開始建設，2007年4月發射試驗衛星，全面驗證了技術體制；2011年4月建成由3顆GEO衛星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星組成的基本系統，并于2011年12月27日提供試運行服務；2012年密集發射了“四箭六星”，完成了區域服務組網。目前在軌工作衛星為14顆，包括5顆GEO、5顆IGSO和4顆中圓軌道（MEO）衛星，構成“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座結構。

（2）正式提供服務

2012年12月27日，“北斗”衛星導航系統正式提供區域服務。在中國及周邊地區，“北斗”系統基本服務性能如下：

覆蓋區域：55°（S）～55°（N）、55°（E）～180°（E）；

定位精度：平面10m，高程10m；

測速精度：0.2m/s；

授時精度：單向50ns。

可提供雙向高精度授時和短報文通信服務。通過廣域差分和地基增強等手段，“北斗”系統服務性能還可進一步提高。

（3）性能監測評估

持續開展了系統性能監測評估工作，全面測試了空間信號質量、精度，定位、測速、授時服務能力。測試結果表明，正式運行9個月以來，系統運行連續、穩定；系統覆蓋能力達到設計指標要求；定位精度逐漸提升，保證了區域服務性能。

應用推廣

遵循“邊建邊用、以建帶用、以用促建”的基本思路，按照最大共性需求原則，加強基礎類芯片模塊的研發，掌握自主知識產權；持續推進行業和區域示范項目，建立并提升應用“北斗”的信心；加速推進“北斗”地基增強系統建設，在我國及周邊地區提供米級、分米級至厘米級的高精度導航定位服務。

（1）基礎產品

“北斗”/全球導航衛星系統（GNSS）基礎產品關鍵技術已突破，技術攻關和使用驗證基本完成。具有自主知識產權的“北斗”/GPS雙模芯片已量產實用，可靠性、穩定性、靈敏度等性能進一步提升，預計2013年中國自主研發的“北斗”/GPS雙模芯片銷量達150萬片以上。

（2）行業應用

交通領域。在北京、安徽等9省市共14萬輛“兩客一危”等重點運輸車輛上安裝“北斗”兼容終端，預計未來2年內會有100萬輛營運車輛加裝“北斗”兼容終端，將進一步加強“北斗”導航在交通運輸安全監管中的應用力度，全面提升中國交通建設信息化和智能化水平。

氣象領域。構建基于“北斗”的大氣、海洋和空間監測預警體系，目前完成了“北斗”探空儀和探空系統的研發與試用，以及“北斗”水汽電離層監測區域網的建設，“北斗”將逐步進入氣象監測與預報業務體系，大幅提升傳統業務水平。

漁業領域。“北斗”可提供遠海及近海船舶的位置監控，“北斗”短信與手機短信可互聯互通，為漁船提供及時精準的氣象和海況信息。目前“北斗”船舶入網用戶近3萬個，伴隨手機用戶10萬余個。

農業領域。開展了基于“北斗”/GNSS的農機精準監控應用，實現對農機的高效管理和作業調度導航。目前，相關設備已經在北京開展了試用，通過實時監測農機的田間位置，大幅提高了農機作業管理水平。

電力領域。研發了“北斗”/GNSS電力時間同步系統，目前中國近萬個電力主站、子站和電廠中已經開始使用基于“北斗”的高精度授時終端，有效提升了電力行業關鍵基礎設施的運行安全。

應急救援領域。2013年4月20日中國四川蘆山地震，“北斗”終端在抗震救援的導航、通信和指揮中發揮了重要作用，48h內共實現定位2.7萬余次，通信3萬余次，增配“北斗”終端500余臺。特別是在電力、通信、道路全部中斷的蘆山縣太平鎮，“北斗”終端向救援指揮部發出了第一條最緊迫的救援請求。

（3）大眾應用

目前，已有20多個廠家參與“北斗”/GPS車載導航儀的生產，10余個品牌的“北斗”/GPS車載導航儀已經正式走向市場，前后裝市場已各完成10萬臺以上的安裝和銷售。用戶體驗表明，“北斗”/GPS車載導航儀可以有效提升用戶在城市峽谷中導航定位的可用性和精度。同時，隨著芯片小型化、低功耗、低成本的發展，“北斗”芯片正在走進手機。預計不久，“北斗”/GNSS芯片將全面走向大眾應用，服務大眾生活。

（4）地基增強系統

建設“北斗”地基增強系統，形成覆蓋全國的“北斗”地基增強骨干網和區域加密網，通過星基、地基等多種播發手段，向中國及其周邊地區提供廣域米級/分米級實時差分定位、區域厘米級實時定位等服務，提升“北斗”系統服務性能。計劃2015年前，建成覆蓋中國陸地及大部分海域的約150個國家框架站，和50%地區約750個區域加密站；2020年前，完成約1200個區域加密站建設；目前完成了關鍵技術演示驗證，即將啟動研制建設。

國際合作

深化和拓展國際合作，是全球衛星導航大家庭的普遍共識和共同責任。中國始終秉承和堅持“‘北斗’是中國的、也是世界的”理念，愿與世界各國一道，共享衛星導航發展成果，共同開發空間資源，推動多系統兼容與互操作，全面提高衛星導航服務效益。

（1）多邊合作

●聯合國全球衛星導航系統委員會

深度參與全球衛星導航系統國際委員會（ICG）歷次大會，主辦ICG第七屆大會，首次發表《全球衛星導航系統共同宣言》，主導成立國際GNSS監測和評估服務子工作組、應用子工作組，致力于在兼容與互操作、開放透明服務、國際監測評估、干擾檢測與減輕及頻譜保護等方面為全球用戶提供更加優質的服務。

●國際電聯（ITU）

按照無線電規則，與各國就射頻兼容問題進行多輪協商，確保“北斗”系統不與其他系統產生有害干擾。推動L頻段新增衛星無線電導航業務（RNSS）頻率以及S頻段衛星無線電測定（RDSS）業務全球擴展，為衛星導航系統發展爭取了新的頻率資源。

●國際標準化組織

積極融入國際標準化組織，推動“北斗”國際應用。重點開展了“北斗”進入國際民航組織、國際海事組織、第三代移動通信標準化伙伴項目這三大組織的標準工作。“北斗”有望于2015年左右進入國際民航組織（ICAO）、國際海事組織（IMO）標準框架，2014年成為第三代合作伙伴計劃（3GPP）支持的定位系統。

●亞太地區有關國際組織

積極參加亞太地區有關國際組織及其活動。與亞太空間合作組織簽署合作意向書，舉辦衛星導航培訓班、研討會和交流活動，推動“北斗”在亞太地區的應用。

●交流與培訓

舉辦面向國際的中國衛星導航學術年會，參加國際衛星導航交流活動，推進學術交流、高端論壇和知識普及；依托國際GNSS科學教育中心，提供衛星導航學歷教育、短期培訓、專題授課等；籌建聯合國空間科學技術教育亞太區域中心。

（2）雙邊合作

推動與GNSS監測評估有關國際組織合作，開展國際GNSS開放服務性能監測評估活動，共同為用戶提供可靠的定位、導航和授時（PNT）服務。

與美、俄、歐等衛星導航系統開展兼容與互操作交流與協調，確保多個衛星導航系統共同工作時，彼此間產生的干擾不影響對方系統性能；確保用戶在不顯著增加使用成本的前提下，通過使用多個衛星導航系統信號，享受到比使用單一系統信號更好的服務。

與巴基斯坦、印尼、斯里蘭卡、泰國、新加坡、澳大利亞等，開展衛星導航交流與合作。致力于推動國際GNSS監測評估系統建設，推動“北斗”/GNSS國際應用。

4 “北斗”貢獻

獨特的發展模式

作為世界GNSS大家庭中的重要一員，通過長期積極探索，“北斗”衛星導航系統形成了獨具特色的建設思路、建設道路和建設方案，極大地豐富了GNSS發展模式，為探索GNSS發展規律做出了貢獻。

一是基于中國國家發展需求，形成了“突出重點、服務全球、富有特色”的系統建設思路；二是基于中國技術經濟實際，探索了“三步走”漸進發展的系統建設道路；三是基于廣大用戶使用要求，采用了無源定位+短報文通信的系統建設方案。

創新的技術體制

在繼承世界衛星導航發展成果的基礎上，圍繞用戶使用要求長期開展技術研究，攻克了核心關鍵技術，形成了系列創新成果，為GNSS技術發展做出了貢獻。

一是采用了GEO/IGSO/MEO三種軌道非均勻混合星座，快速形成應用能力，為世界各國以較低的成本建設自主衛星導航系統提供了借鑒；二是首次將RNSS、廣域差分及短報文服務統一設計與實現，優化了系統體制、節省了系統資源。

豐富的應用機會

“北斗”衛星導航系統已經具備較為完善的應用服務能力，可以滿足用戶使用要求，并形成了富有特色的服務能力，為衛星導航產業發展提供新的機遇。

一是具備服務亞太地區的能力，提供多系統兼容應用的豐富選擇；二是具備三頻點導航信號服務能力，拓展高精度應用的創新模式；三是具備定位、授時和短報文通信綜合服務能力，支持多樣化應用。

5 近期計劃

系統建設方面。持續提升系統的可用性、穩健性，確保為用戶提供連續、穩定、可靠的服務；啟動第三階段組網建設，計劃于2014年發射衛星，進一步驗證新技術和新體制。

應用推廣方面。以需求為牽引持續提升自主芯片性能水平；加速建設“北斗”地基增強系統，促進與互聯網、物聯網以及云計算、大數據融合，打造“北斗”產業生態系統的基礎；挖掘大眾需求，創新應用服務模式，推進“北斗”產業規模經濟型成長。

國際合作方面。持續深化雙邊合作，借助多邊平臺，持續開展GNSS國際應用演示與體驗活動，推動國際GNSS監測與評估領域合作。

未來10年，全球將出現四大衛星導航系統共存互補的局面，天上將會有100多顆導航衛星，用戶將享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多樣的定位導航授時服務，衛星導航將以更大的規模，應用在更廣泛的領域，獨具中國特色的“北斗”系統將發揮重要作用。“服務全球、造福人類”是中國建設“北斗”系統的目標，我們將積極促進GNSS共同發展，推動形成資源共享、優勢互補的世界衛星導航發展格局。讓我們攜手努力，共同開創衛星導航國際合作共贏發展的光輝道路！