北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展

文|中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室 楊軍

一、系統(tǒng)情況

目前在軌服務(wù)衛(wèi)星共計(jì)45顆，包括北斗二號(hào)衛(wèi)星15顆，北斗三號(hào)衛(wèi)星30顆，健康狀態(tài)良好，在軌運(yùn)行穩(wěn)定。

截至2021年3月，空間信號(hào)質(zhì)量方面，北斗衛(wèi)星實(shí)測(cè)信號(hào)功率譜包絡(luò)與預(yù)期保持一致，信號(hào)質(zhì)量良好，符合接口控制文件要求?？臻g信號(hào)精度方面，北斗系統(tǒng)空間信號(hào)測(cè)距誤差（SISRE）均值為0.42m。

坐標(biāo)基準(zhǔn)與時(shí)間基準(zhǔn)方面，北斗時(shí)與國(guó)際UTC時(shí)差偏差保持在26ns以內(nèi)，北斗坐標(biāo)框架與國(guó)際ITRF2014坐標(biāo)參數(shù)精度一致性保持在3cm以內(nèi)。

推動(dòng)構(gòu)建中國(guó)特色的北斗系統(tǒng)運(yùn)行管理協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)機(jī)制，確保北斗三號(hào)系統(tǒng)開(kāi)通服務(wù)以來(lái)，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，性能穩(wěn)中有升。北斗系統(tǒng)始終堅(jiān)持以一流的指標(biāo)、一流的服務(wù)，不斷進(jìn)行升級(jí)，滿足全球用戶需要。

目前，北斗系統(tǒng)提供導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳兩大類、七種服務(wù)。包括：面向全球范圍，提供定位導(dǎo)航授時(shí)、全球短報(bào)文通信（GSMC）和國(guó)際搜救（SAR）三種服務(wù)；在中國(guó)及周邊地區(qū)，提供星基增強(qiáng)（SBAS）、地基增強(qiáng)（GAS）、精密單點(diǎn)定位（PPP）和區(qū)域短報(bào)文通信（RSMC）四種服務(wù)。

定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)，全球范圍實(shí)測(cè)定位精度水平方向優(yōu)于2.5m，垂直方向優(yōu)于5.0m；測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s，授時(shí)精度優(yōu)于20ns。系統(tǒng)連續(xù)性提升至99.996%，可用性提升至99%。

全球短報(bào)文服務(wù)，通過(guò)14顆中軌道（MEO）衛(wèi)星，可為全球用戶提供試用服務(wù)，最大單次報(bào)文長(zhǎng)度560比特，約40個(gè)漢字。

國(guó)際搜救服務(wù)，6顆MEO衛(wèi)星及其搜救載荷在軌測(cè)試已經(jīng)完成。在符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提供北斗特色B2b返向鏈路確認(rèn)功能，為全球用戶提供遇險(xiǎn)報(bào)警服務(wù)。

區(qū)域短報(bào)文服務(wù)，面向中國(guó)及周邊地區(qū)用戶提供服務(wù)，最大單次報(bào)文長(zhǎng)度14000比特，約1000個(gè)漢字。

精密單點(diǎn)定位服務(wù)，目前已通過(guò)3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星播發(fā)精密單點(diǎn)定位信號(hào)，提供精密單點(diǎn)定位服務(wù)。定位精度實(shí)測(cè)值水平優(yōu)于20cm，高程優(yōu)于35cm，收斂時(shí)間15～20min。

星基增強(qiáng)服務(wù)，覆蓋中國(guó)及周邊地區(qū)用戶，支持單頻及雙頻多星座兩種增強(qiáng)服務(wù)模式，滿足國(guó)際民航組織對(duì)于定位精度、告警時(shí)間、完好性風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo)要求。目前星基增強(qiáng)系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)已基本建成，正面向民航、海事、鐵路等高完好性用戶提供試運(yùn)行服務(wù)。

地基增強(qiáng)服務(wù)，利用在中國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)的框架網(wǎng)基準(zhǔn)站和區(qū)域網(wǎng)基準(zhǔn)站，面向行業(yè)和大眾用戶提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)、事后毫米級(jí)定位增強(qiáng)服務(wù)。

按照聚焦核心、重塑結(jié)構(gòu)、賦能融合的思路，在2035年前，建成更加泛在、更加融合、更加智能的國(guó)家綜合定位導(dǎo)航授時(shí)（PNT）體系。

在下一代綜合PNT體系發(fā)展方面，將采用標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，綜合利用多種PNT手段，以滿足用戶最大共性需求。進(jìn)一步提升衛(wèi)星導(dǎo)航能力，實(shí)現(xiàn)分米級(jí)高精度定位能力以及全球完好性服務(wù)；利用通信系統(tǒng)資源實(shí)現(xiàn)新質(zhì)PNT能力，通過(guò)相互賦能，實(shí)現(xiàn)通信可達(dá)區(qū)域即可導(dǎo)航；微自主PNT，實(shí)現(xiàn)自主獲取導(dǎo)航定位授時(shí)信息。

同時(shí)，在供給側(cè)與需求側(cè)同步發(fā)力，打通PNT能力生成鏈條，讓PNT真正好用又能用好。

聚焦標(biāo)準(zhǔn)化解決方案、融合各項(xiàng)技術(shù)與系統(tǒng)、借力科技革命，為全球用戶提供基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋無(wú)縫、安全可靠、便捷高效的PNT服務(wù)，為未來(lái)智能化發(fā)展提供核心支撐。

二、應(yīng)用推廣

北斗系統(tǒng)已全面服務(wù)交通運(yùn)輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁等行業(yè)，融入電力、金融、通信等基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛進(jìn)入大眾消費(fèi)、共享經(jīng)濟(jì)和民生領(lǐng)域，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活方式，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。2020年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值增速繼續(xù)加快，達(dá)到4033億元人民幣，較2019年增長(zhǎng)約16.9%，完成“十三五”目標(biāo)（圖1）。

圖1 北斗系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用

根據(jù)北斗應(yīng)用實(shí)際情況，遴選發(fā)布基礎(chǔ)產(chǎn)品名錄和北斗典型應(yīng)用案例等文件，并正式發(fā)布《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公開(kāi)服務(wù)性能規(guī)范（3.0版）》，詳細(xì)介紹了各類服務(wù)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。以上文件均可在北斗系統(tǒng)政府網(wǎng)站（www.beidou.gov.cn）查詢下載。

基礎(chǔ)產(chǎn)品方面 ，截至2020年底，國(guó)產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量達(dá)到億級(jí)規(guī)模，季度出貨量突破1000萬(wàn)片；具有北斗定位功能的終端產(chǎn)品社會(huì)總保有量超過(guò)10億臺(tái)/套；2020年國(guó)內(nèi)厘米級(jí)應(yīng)用高精度芯片、模塊和板卡的總出貨量高速增長(zhǎng)，突破100萬(wàn)片。

大眾應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)開(kāi)通以來(lái)，包括華為、蘋果等國(guó)內(nèi)外主流智能手機(jī)廠商均支持北斗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年第一季度申請(qǐng)入網(wǎng)支持北斗定位的智能手機(jī)款型達(dá)到79%。北斗地基增強(qiáng)信息已進(jìn)入智能手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)米級(jí)定位。

交通運(yùn)輸領(lǐng)域，北斗系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于重點(diǎn)運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控、公路基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)控、港口高精度實(shí)時(shí)定位調(diào)度監(jiān)控等領(lǐng)域。2020年度，超700萬(wàn)輛道路營(yíng)運(yùn)車輛已安裝使用北斗系統(tǒng)；3.63萬(wàn)輛郵政快遞車輛安裝北斗終端；約1600艘公務(wù)船舶安裝使用北斗系統(tǒng)；約350架通用飛行器使用北斗系統(tǒng)，占比12%，并首次應(yīng)用于運(yùn)輸航空器。

農(nóng)林漁業(yè)領(lǐng)域，基于北斗系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)超過(guò)4.5萬(wàn)臺(tái)套，節(jié)約50%的用工成本；基于北斗系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為40萬(wàn)余臺(tái)套農(nóng)機(jī)設(shè)備提供服務(wù)，極大提高了作業(yè)管理效率；北斗系統(tǒng)定位與短報(bào)文通信功能廣泛應(yīng)用于森林防火、天然林保護(hù)、森林資源調(diào)查、病蟲(chóng)害防治等方面。漁業(yè)方面，北斗為漁業(yè)管理部門和漁船提供船位監(jiān)控、緊急救援、信息發(fā)布、漁船出入港管理等服務(wù)。

減災(zāi)救災(zāi)方面，基于北斗系統(tǒng)的高精度定位技術(shù)及短報(bào)文通信功能，提供實(shí)時(shí)救災(zāi)指揮調(diào)度、應(yīng)急通信、災(zāi)情信息快速上報(bào)與共享等服務(wù)，顯著提高災(zāi)害應(yīng)急救援的快速反應(yīng)能力和協(xié)同指揮能力。江蘇、貴州、四川等地利用北斗高精度技術(shù)建立地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多次成功預(yù)警山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

在新興應(yīng)用領(lǐng)域，“北斗+大健康”正成為當(dāng)下應(yīng)用新熱點(diǎn)，全面向防疫監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧養(yǎng)老等方面拓展應(yīng)用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)人人的智能化大健康服務(wù)。

在數(shù)字施工方面，北斗衛(wèi)星定位聯(lián)合多傳感器及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，廣泛應(yīng)用于礦山、鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、港口、電力基礎(chǔ)設(shè)施等施工過(guò)程中，顯著提升工程施工的質(zhì)量和效率，降低了人工和材料成本投入，有效提高了安全水平。

隨著北斗+5G兩大基礎(chǔ)設(shè)施的彼此增強(qiáng)、相互賦能，促進(jìn)融技術(shù)、融終端、融平臺(tái)、融數(shù)據(jù)、融服務(wù)發(fā)展，北斗系統(tǒng)應(yīng)用模式將更加豐富。

在海外推廣方面，國(guó)產(chǎn)北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品已出口至120余個(gè)國(guó)家和地區(qū)，基于北斗的土地確權(quán)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧港口等，已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地成功應(yīng)用，服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，共享衛(wèi)星導(dǎo)航建設(shè)發(fā)展成果。

在政策法規(guī)方面，持續(xù)推動(dòng)《中華人民共和國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航條例》出臺(tái)。截至2021年4月，與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)政策法規(guī)已出臺(tái)1000余件。第十二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航年會(huì)北斗法治論壇上發(fā)布了《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)法治建設(shè)報(bào)告》，全面系統(tǒng)總結(jié)北斗法治建設(shè)成效與經(jīng)驗(yàn)，為北斗規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展保駕護(hù)航。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，完成全國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)委會(huì)換屆工作，累計(jì)發(fā)布北斗領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)32項(xiàng)，北斗專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)56項(xiàng)，有力支撐了北斗工程建設(shè)，運(yùn)行維護(hù)，以及規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。完成國(guó)家北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系修訂（即將發(fā)布），為未來(lái)五年北斗領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂提供依據(jù)。

在工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)改委、交通運(yùn)輸部等國(guó)家相關(guān)部委的大力支持下，北斗產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為“十四五”發(fā)展的重點(diǎn)，相關(guān)部委紛紛出臺(tái)了北斗專項(xiàng)發(fā)展規(guī)劃，明確北斗系統(tǒng)的五年發(fā)展計(jì)劃，推動(dòng)北斗產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

預(yù)計(jì)到“十四五”末期，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航位置與服務(wù)總體產(chǎn)值翻一番，突破萬(wàn)億元大關(guān)，全球市場(chǎng)份額翻一番，北斗產(chǎn)業(yè)化向更寬范圍、更高水平、更高層次邁進(jìn)。

通過(guò)品牌專業(yè)建設(shè)方案近幾年的實(shí)施，成都大學(xué)軟件工程專業(yè)全國(guó)排名穩(wěn)步上升，以中國(guó)科教評(píng)價(jià)網(wǎng)金蘋果排行榜評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)的結(jié)果為依據(jù)(2014年～2018年學(xué)校在系統(tǒng)中的名稱為成都學(xué)院)，近五年專業(yè)全國(guó)排名變化如圖4所示。

三、國(guó)際合作

北斗系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展始終秉持開(kāi)放合作、資源共享的原則，積極開(kāi)展國(guó)際合作與交流，助力全球衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)發(fā)展。

中俄將按照已經(jīng)生效的政府間衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)合作協(xié)定，聯(lián)合擬制《2021至2025年中俄衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域合作路線圖》，為未來(lái)五年中俄衛(wèi)星導(dǎo)航合作提供規(guī)劃指導(dǎo)。在項(xiàng)委會(huì)框架下持續(xù)推進(jìn)聯(lián)合測(cè)試、建站協(xié)調(diào)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、跨境運(yùn)輸?shù)群献黜?xiàng)目。

中美持續(xù)開(kāi)展北斗與GPS的兼容與互操作溝通協(xié)調(diào)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)及民用服務(wù)領(lǐng)域的合作，促進(jìn)兩系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展，共同服務(wù)世界人民。

中國(guó)與阿根廷簽署合作諒解備忘錄。這是北斗首次與南美地區(qū)國(guó)家簽署合作協(xié)議，標(biāo)志著雙方在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域正式建立常態(tài)化合作機(jī)制。根據(jù)合作協(xié)議，中阿雙方將在衛(wèi)星導(dǎo)航聯(lián)合應(yīng)用、測(cè)試評(píng)估、教育培訓(xùn)等領(lǐng)域開(kāi)展合作，加快推動(dòng)北斗系統(tǒng)服務(wù)阿根廷國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

召開(kāi)了第三屆中國(guó)—東盟北斗應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作論壇，論壇以“產(chǎn)業(yè)新發(fā)展、融合新生態(tài)”為主題，通過(guò)線上和線下兩種形式，促進(jìn)“北斗+”產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建，推動(dòng)與東盟國(guó)家深入合作共贏。

2021年，我國(guó)還將舉辦第三屆中阿北斗合作論壇、第二屆中國(guó)—中亞北斗合作論壇、第一屆中非北斗合作論壇、迪拜世界博覽會(huì)北斗日活動(dòng)等大型國(guó)際活動(dòng)，分享北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展成果，造福人類。

多邊合作方面，中國(guó)積極參加聯(lián)合國(guó)外空司等國(guó)際組織和相關(guān)多邊機(jī)制框架下的國(guó)際活動(dòng)，參加紀(jì)念我國(guó)恢復(fù)在聯(lián)合國(guó)合法席位50周年活動(dòng)。在線參加慕尼黑衛(wèi)星導(dǎo)航峰會(huì)、聯(lián)合國(guó)外空委科技小組第58次會(huì)議，介紹北斗最新進(jìn)展；成功組織北斗“一帶一路”技術(shù)與應(yīng)用國(guó)際培訓(xùn)班；創(chuàng)建《Satellite Navigation》，推動(dòng)成為世界一流的衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域權(quán)威期刊，促進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航科技領(lǐng)域發(fā)展，積極為世界衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。

持續(xù)推進(jìn)北斗系統(tǒng)進(jìn)入民航、海事、搜救衛(wèi)星、電工委員會(huì)等國(guó)際組織標(biāo)準(zhǔn)體系；2020年11月，在國(guó)際民航組織導(dǎo)航系統(tǒng)專家組第六次全體會(huì)上，北斗三號(hào)全球系統(tǒng)189項(xiàng)性能指標(biāo)技術(shù)驗(yàn)證全部通過(guò)，標(biāo)志著北斗三號(hào)全球系統(tǒng)進(jìn)入國(guó)際民航組織標(biāo)準(zhǔn)工作的最核心和最主要任務(wù)圓滿完成。

中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航年會(huì)已連續(xù)舉辦十二屆，年度參會(huì)人數(shù)逾3000人，已成為一個(gè)高水平、國(guó)際化的衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域綜合性交流平臺(tái)，正在為世界衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展發(fā)揮積極作用。

展望未來(lái)，在確保北斗系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，北斗發(fā)展的腳步不會(huì)停歇，我們將繼續(xù)秉承“中國(guó)的北斗、世界的北斗、一流的北斗”的發(fā)展理念，踐行“自主創(chuàng)新、開(kāi)放融合、萬(wàn)眾一心、追求卓越”的新時(shí)代北斗精神，不斷推動(dòng)北斗系統(tǒng)升級(jí)發(fā)展，為服務(wù)人類社會(huì)發(fā)展、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，做出新的更大的貢獻(xiàn)。