“北斗三號”在搜救領域的應用展望

毛新健?于晶晶

摘? 要：在“北斗三號”全球衛星導航系統正式開通并提供國際搜救服務的背景下，介紹全球衛星搜救系統概況及發展趨勢，闡述“北斗三號”國際搜救系統加入歷程及系統組成，展望“北斗三號”在搜救領域的應用前景。

關鍵詞：北斗三號；COSPAS—SARSAT

1 前 沿

北斗衛星導航系統是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主研發建設運行的全球衛星導航系統。2000年，“北斗一號”系統建成，在中國境內提供服務；2012年，“北斗二號”系統建成，服務范圍擴展至亞太地區。2020年7月31日，習近平總書記宣布“北斗三號”全球衛星導航系統正式開通，向全球用戶提供定位導航授時、全球短報文、區域短報文、精密單點定位、星基增強、地基增強和國際搜救等七大服務。其中，作為“北斗三號”系統的特色服務之一，北斗國際搜救服務具備了符合全球衛星搜救系統（COSPAS—SARSAT）標準的中軌搜救和返向鏈路服務能力，可面向全球用戶提供搜救服務。

2 全球衛星搜救系統

全球衛星搜救系統（COSPAS—SARSAT），是由加拿大、法國、美國和前蘇聯于1979年聯合開發的全球性衛星遇險報警搜救系統，是國際海事組織（IMO）推行的全球海上遇險與安全系統（GMDSS）的重要組成部分。自從1985年正式宣布投入使用以來，COSPAS—SARSAT在遇險搜救領域發揮著極其重要的作用，至今已成功協助營救數以萬計的遇險者。整套系統由搜救衛星（空間段）、處理系統（地面段）、信標（用戶段）三部分組成，使用406 MHz-406.1 MHz頻率電磁波報警信號。截至 2021年，45個國家（或地區、組織）參與系統建設，包括4個協約國（空間設備提供國）、30個地面設備提供國、2個參與地面段提供組織和9個用戶國。

近年來，為提升遇險搜救的成功率，COSPAS—SARSAT逐漸呈現出2個重要發展趨勢，一是搜救衛星向中軌衛星過渡，二是搜救衛星增加返向鏈路服務。

2.1 向中軌衛星過渡

傳統的COSPAS—SARSAT空間段主要是由搭載著搜救載荷的近地軌道衛星（LEOSAR）和靜止軌道衛星（GEOSAR）組成。近地軌道衛星通過多普勒頻率變化實現自主定位，但存在定位精度不高、覆蓋面狹窄、時延嚴重、無法實時報警、遇險目標等待時間過長等不足。靜止軌道衛星覆蓋范圍大，可覆蓋除極地外地球絕大多數地方，并可實現實時報警，但衛星相對遇險信標而言是靜止的，無法獨立實現自主定位，而需借助額外的導航設備。

鑒于近地軌道衛星和靜止軌道衛星存在的明顯短板，空間段搜救衛星向中軌衛星過渡，尤其是用中軌衛星替代近地軌道衛星已成為必然趨勢。相對于近地軌道衛星，中軌衛星軌道高度更高，因此定位精度得到提升，覆蓋面擴大，時延縮小，可以實現實時報警。2004年，COSPAS—SARSAT啟動中軌搜救系統開發，目前在中軌衛星上搭載搜救載荷已成主流趨勢，四大全球衛星導航系統均已在其中軌衛星上搭載搜救載荷。

2.2? 增加返向鏈路服務

傳統的COSPAS—SARSAT報警信息為單向，只有前向報警服務（FLAM）。增加返向鏈路服務，即在COSPAS—SARSAT前向報警服務基礎上，通過導航電文方式向遇險信標下播返向信息，實現搜救部門與遇險報警人員之間報警確認、誤報警解除、緊急告警服務等雙向信息交互服務，從而增強遇險人員的信心，協助搜救部門更好地開展救援行動，提升救援成功率。

COSPAS—SARSAT已將返向鏈路服務定義為中軌衛星搜救系統的一項先進功能，并在《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz遇險信標規范 C/S T.018》中，明確要求第二代遇險信標應支持返向鏈路服務。目前，伽利略和北斗系統均已完成返向鏈路空間段、地面段基礎設施部署，伽利略系統返向鏈路服務已于2021年正式宣布投入使用。

3 北斗國際搜救系統

我國加入國際搜救衛星組織以后，高度關注全球衛星搜救系統的發展，尤其“北斗三號”建成服務以來，更是著力推動“北斗三號”盡早加入COSPAS—SARSAT。1998年，我國建成近地搜救衛星本地用戶終端（LUT）和任務控制中心（MCC），成為COSPAS—SARSAT地面設備提供國；2016年，我國正式啟動北斗國際搜救系統論證與建設。2022年4月，國際搜救衛星組織第66屆理事會確認，“北斗三號”系統搭載的6顆搜救載荷符合全球中軌衛星搜救系統空間段標準要求，北斗國際搜救系統加入國際搜救衛星組織的技術審核工作全部完成，至此，中國成為COSPAS—SARSAT空間設備提供國已基本確定，基于“北斗三號”的北斗國際搜救系統將作為COSPAS—SARSAT的重要組成部分將向全球提供國際搜救服務。

遵照COSPAS—SARSAT相關標準，北斗國際搜救系統同樣由空間段、地面段和用戶段三部分構成。

1）空間段

我國已分別于2018年9月19日、2019年9月23日、2019年11月23日分三批，在發射的“北斗三號”MEO-13、MEO-14、MEO-21、MEO-22、MEO-23、MEO-24等6 顆中軌衛星上搭載了符合COSPAS-SARSAT空間段標準的搜救載荷，分布在3個軌道面。北斗搜救載荷前向報警服務鏈路信號（右旋圓極化）中心頻點為406.05 MHz，下行信號（右旋圓極化）中心頻點為1544.21 MHz。搜救載荷設計標準遵循《COSPAS—SARSAT中軌搜救系統中使用的406 MHz有效載荷的描述 C/S T.016》技術標準，可與 GPS、格洛納斯、伽利略等其他衛星導航系統聯合提供搜救服務。

2）地面段

北斗國際搜救系統地面段按照COSPAS—SARSAT要求進行建設，由中國中軌道衛星搜救地面系統（北京地面站MEOLUT）、中國任務控制中心（CNMCC）和北斗中軌搜救地面支持系統三部分組成。中國中軌道衛星搜救地面系統作為全球中軌衛星搜救系統地面網路的組成部分，現已完成建設并進入前期操作階段。中國任務控制中心主要承擔中國搜救責任區遇險信息接收和處理業務，融合中軌和近地軌道搜救衛星系統報警信息以及輔助搜救決策。北斗中軌搜救地面支持系統承擔北斗中軌衛星搜救載荷長期、連續、穩定的監測、驗證、評估任務，提供返向鏈路業務處理能力，負責北斗搜救載荷狀態的接收報送以及基于返向鏈路的雙向搜救信息交互。

3）用戶段

目前，我國在海事、漁業、民航、探險等多個用戶領域裝備了EPIRB、ELT、PLB等信標終端，但應用層面還局限于區域管理或者行業管理，甚至僅是企業行為。但隨著北斗系統加入COSPAS—SARSAT，北斗搜救系統返向鏈路服務開通，國家層面統一的北斗搜救體系即將建立，新型北斗信標終端也必須符合COSPAS—SARSAT相關標準。目前，支持北斗返向鏈路服務的第二代信標樣機已完成研制，信標符合《COSPAS—SARSAT406MHz遇險信標規范C/S T.001》及《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz 遇險信標規范 C/ST.018》要求，兼容全球四大衛星導航系統，可處理北斗 B2b 電文播發的返向鏈路信號，具備遇險信號確認功能，并可通過聲光提示，提醒遇險者遇險信號已接收，從而有效提升遇險者求生信念，提高救援成功率。

4 應用展望

北斗衛星導航系統自“北斗一號”系統建設到“北斗二號”向民用市場提供服務以來，因其除導航功能外，特有的北斗短報文通信功能，國內一直都在積極探索北斗系統在搜救領域的研究應用，其主要的應用場景為無移動網絡情況下的應急通信、個人遇險后的緊急報警及輔助搜救。但由于缺乏國家層面完備的基于北斗的搜救體系，也未建立國家統一的標準規范，北斗搜救領域的各個廠家或單位都根據各自的應用需求自定義北斗搜救信標終端功能，造成市場需求和產品型號繁多而雜亂，難以形成體系化規模應用，客觀上制約了北斗衛星導航系統在搜救領域的應用。

隨著“北斗三號”全球衛星導航系統正式建成開通，“國際搜救”被明確提出作為北斗衛星導航系統提供的七大服務之一。尤其是2022年，基于“北斗三號”的北斗國際搜救系統成功加入COSPAS—SARSAT，北斗系統遵循COSPAS—SARSAT標準在國際國內搜救領域進行推廣應用是大勢所趨。空間段，利用“北斗三號”6顆中軌衛星搭載的搜救載荷，提供符合COSPAS—SARSAT標準的中軌衛星搜救服務，以及未來開通基于中軌衛星和傾斜地球同步軌道衛星提供的B2b 信號的返向鏈路服務；地面段，基于COSPAS—SARSAT章程開展地面處理系統建設、運轉和服務，并與其他會員國進行信息共享和協同互助；用戶段，依照COSPAS—SARSAT第二代標準規范進行搜救信標終端產品的研發，在遠洋運輸、漁業生產、民用航空、長途運輸、地質勘探、科學考察、個人探險等領域進行推廣應用。

基于COSPAS—SARSAT和北斗短報文的2種不同搜救服務，將長期共存。一方面考慮到COSPAS—SARSAT是國際組織，不是我國自主可控的系統，在國內某些特定搜救場景中并不適合使用；另一方面，盡管COSPAS—SARSAT即將開通返向鏈路服務，實現雙向信息交互，但這種交互信息是基于406 MHz導航電文方式進行的，目前僅實現遇險搜救反饋確認和誤報警解除等有限功能，而緊急告警服務仍處于電文格式定義階段，尚未投入應用。這種有限程度的雙向信息交互，與北斗短報文已實現的信息交互差距巨大。基于“北斗三號”短報文的雙向信息交互功能，除了支持自由自主的的短報文通信外，還可以支持語音對講通信和實時照片通信，這對提升搜救成功率起到極其重要的作用。

目前，“北斗三號”衛星導航系統在功能性上既支持基于COSPAS—SARSAT406 MHz信號的中軌衛星國際搜救服務，也支持基于北斗短報文的國內搜救應用。盡管COSPAS—SARSAT將成為主流，但在國內搜救領域的特定場合，基于北斗短報文的應急搜救系統依然具有很大的應用潛力。因此，基于COSPAS—SARSAT和北斗短報文的2種不同搜救服務，在相當長的時間內將共存且共同發展，并在各自適合的領域發揮關鍵性的作用。