北斗三号全球定位系统的建设已全面启动,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其透露

性能优异 自主可控
2018年12月19日凌晨,随着两颗组网卫星顺利升空,我国成功完成北斗三号基本系统星座部署。
目睹火箭腾飞的震撼一瞬,北斗卫星导航系统总设计师杨长风眼角湿润了。1994年,党中央、国务院和中央军委决策启动北斗一号工程。转眼,北斗人的“补天之梦”走过了24年。“起步之初,我国在卫星导航领域的技术储配是相当薄弱的。”杨长风说。
后来者居上,这是中国北斗的特有气质。
“北斗是第一个也是目前唯一把通信和导航很好融合起来的系统。”中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,从实施北斗系统的那一天开始,我们就坚持依靠自己的科技人员来解决核心技术产品。如今,北斗已练就属于自己的“独门绝技”。他以北斗的短报文通信为例说,用户可以通过北斗终端发送信息和定位,从而实现双向通信,这是世界其他导航系统所不具备的。据介绍,在2008年汶川特大地震救援中,北斗的短报文通信为抢险救灾提供了有力保障。
按照北斗卫星导航系统“三步走”发展计划,北斗三号全球组网于2017年11月拉开帷幕。仅1年时间,西昌卫星发射中心就先后圆满完成10多次北斗导航卫星发射任务,组网发射最短间隔仅17天,创造了北斗组网发射史上高密度、高成功率的纪录。
“北斗三号卫星配置了更高精度的氢原子钟,实现了星载时频无缝切换功能,达到国际领先水平。”中科院微小卫星创新研究院院长助理、北斗三号卫星总指挥李国通说,作为导航卫星的“心脏”,原子钟直接影响其定位、测速和授时精度。
据介绍,北斗三号的星载氢原子钟相当稳定,每天时钟误差小于0.5纳秒,累计600万年误差才1秒,使导航系统的时频精度提高了一个量级。同时,原子钟可以连续无缝、不间断工作,使北斗系统运行更稳定。除此之外,北斗三号卫星集成度更高、扩展性更强,拥有全球首创的在轨赋能自主运行技术,可以不依赖地面,实现卫星在天上自主定位。
“2012年,北斗系统面向亚太区域提供服务;6年后,北斗系统面向全球开启服务。”冉承其表示,目前,北斗系统在轨卫星和地面系统工作稳定,经全球范围测试评估,系统性能满足预期,具备全球服务能力。
科技创新 服务你我
“天上好用,地上用好。”中科院院士、北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋,曾提出这样的北斗应用格局。统计数据显示,截至去年11月,北斗导航芯片总销售量突破7000万片;高精度板卡和天线产品分别占国内30%和90%的市场份额。
如今,一颗1厘米见方的芯片安装在共享单车里,人们就能很方便地搜寻到附近单车,并规划骑行路线。
“北斗技术已跳出单一导航技术的范畴,成为一项平民化、日常化的高精尖技术。”中国卫星导航定位协会会长于贤成介绍,北斗早已来到公众身边,为人们提供便捷的生活服务。据介绍,在民用领域,北斗“百城百联百用”行动计划取得重大进展,国家北斗精准服务网已为300多座城市的多种行业应用提供北斗精准服务。比如,北京燃气集团已在超过2万公里的管线、数万个调压站、闸井等燃气管理的全产业链应用了北斗,全市燃气泄漏主动发现率提高到90%。
除此之外,北斗还在城镇供热、电力电网、供水排水、智慧交通等民生领域实现跨界融合,从根本上提升了城市运行管理信息化能力,为智慧城市基础设施建设和管理带来技术创新和突破。
同时,我国交通运输、海洋渔业等领域的北斗应用也不断走实。冉承其介绍,全国已有617万辆道路运营车辆、3.56万辆邮政和快递车辆,36个中心城市8万辆公交车,3230座内河导航设施,2960座海上导航设施,使用北斗系统。
随着北斗在国家安全等一些重要领域的标配化使用、在大众消费领域的规模化应用,“北斗+”融合应用催生了经济新模式。目前,我国相关企业已达1.4万家,从业人员超过50万,形成珠三角、京津冀、长三角、鄂豫湘、川陕渝五大产业区;卫星导航专利申请总量累计达5.4万件,跃居全球第一。
新技术,同样带来大规模的市场效益。数据显示,仅2017年,国内卫星导航产业产值就达2550亿元。其中,北斗对产业核心产值贡献率达80%。预计到2020年,我国卫星导航产业规模将超过4000亿元,北斗将拉动2400-3200亿元规模的市场份额。
走向世界 开放合作
在国家博物馆举办的“伟大的变革——庆祝改革开放40周年大型展览”,每天吸引着数万观众前来参观。其中,展出的北斗卫星导航系统模型吸引大批观众驻足。
“北斗既是中国的,也是世界的。”北斗卫星导航系统总设计师杨长风认为,作为改革开放40年来取得的重要科技成就之一,北斗已成为中国向世界展示的一张亮丽“名片”。事实上,从建设之初,北斗就秉持着开放合作的理念融入世界。北斗二号建成后,即公开向亚太地区提供免费服务。如今,北斗已加入国际民航、国际海事、3GPP移动通信三大国际组织,还将为全球提供免费搜索救援服务。
在印度尼西亚,利用基于北斗的高精度GNSS接收机1046台,开展土地确权项目;在科威特,北斗系统应用于国家银行总部300米高摩天大楼建设;在柬埔寨,基于北斗/GNSS的无人机在综合规划、国土整治监控、基础设施建设和生态环境监控领域得以应用……
开放的北斗,与世界携手共赢。在北斗三号系统开通全球服务前,北斗二号系统亚太区域服务应用产品就已进入70多个国家和地区。截至去年12月,北斗系统在轨工作卫星共33颗,包含15颗北斗二号卫星和18颗北斗三号卫星。2019至2020年,我国还将发射11颗北斗三号卫星和1颗北斗二号卫星,在巩固亚太区域服务同时,还将进一步提升全球服务性能。
最近一个时期,关于北斗的利好消息纷至沓来:中俄卫星导航合作项委会成立;中美、中欧卫星导航合作工作组成立;中俄卫星导航联合监测平台开通;中国与南亚、中亚、东盟、阿盟、非洲国家和组织建立合作机制……据介绍,根据计划,我国将于2020年全面完成北斗三号全球组网建设,2035年将建成以北斗系统为核心的,更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。
北斗翱翔星空,服务惠及全球。
“中国愿与世界各国共享北斗系统建设成果,北斗将以更强的功能、更优的性能,服务全球,造福人类。”冉承其说。北斗三号形成全球覆盖能力后,可在全球范围内提供高精度、全天候、全天时的导航、定位、授时服务,必将以更加完美的姿态走向全世界,造福全人类。

北斗三号全球定位系统的建设已全面启动,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其透露。北斗三号与北斗二号的区别不仅在于卫星组网从区域走向全球,更在载荷、星间链路、激光通信等方面有创新。比如北斗三号采用星载氢原子钟,其精度将比北斗二号的星载铷原子钟提高一个数量级,达到2.5米至5米的水平,再如增加卫星搜救功能及全球位置报告功能。北斗三号卫星利用星间链路,实现相互间的通信和数据传输,并具备相互测距的功能,这将大大提升卫星自主保持队型的能力,减轻地面的管理维护压力。

这意味着,从今年下半年开始,中国北斗卫星将正式开始全球组网,拉开北斗系统面向全球服务的帷幕。

9月16~17日,第六届中国卫星导航与位置服务年会暨首届卫星应用国际博览会在深圳成功举办。本次大会是在国家测绘地理信息局、国家国防科技工业局、深圳市人民政府指导下,由中国卫星导航定位协会、中国遥感应用协会、中国卫星全球服务联盟合作主办。

而且,GPS的导航性能还在不断提升。哈罗德·马丁说,目前,新一代GPSIII全球定位系统的首颗星SV01已下线入库,SV02、SV03相继完成组装,计划2018年3月开始发射。

中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示,北斗三号全球组网卫星预计11月发射,今年年底前发射2组,2018年前后完成18颗卫星发射,率先为一带一路沿线国家提供基本服务。2020年实现全球组网,建成世界一流的全球卫星导航系统。

冉承其说,目前,北斗系统在移动通信领域已完成26项国际标准制定工作,在其带动下,北斗在我国移动通信领域的渗透率已达25%。他说,“随着北斗全球系统的建设发展,北斗将在万物互联时代迸发无限的可能。”

作为国家战略性空间基础设施,北斗卫星导航系统不仅对国防安全意义重大,在行业应用、大众应用等民用领域的精准化应用也越来越广泛,人工智能浪潮的再一次袭来,更预示着位置服务成为未来不可或缺的技术。据2016年度《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》显示,2016年卫星导航与位置服务产业总产值达到2118亿元,较2015年同比增长22.06%,北斗对产业核心产值的贡献率已达70%。

第一步是2000年年底建成北斗卫星导航试验系统,即“北斗一号”,向中国提供服务;第二步是2012年年底建成由14颗组网卫星和32个地面站天地协同组网运行的卫星导航系统,即“北斗二号”,向亚太地区提供服务;第三步是到2020年前后建成由5颗地球静止轨道卫星和30颗非地球静止轨道卫星组成的北斗全球卫星导航系统,即“北斗三号”,向全球提供服务。

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,符合国家安全需求和经济发展需要的全球卫星导航系统,建成后将为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家空间基础设施。

冉承其也提到,将在2018年完成北斗地基增强系统第二阶段建设,进行覆盖全国主要区域的米级、分米级定位精度,以及加密覆盖区厘米级和后处理毫米级修正数的试播发,这些都有望进一步提高北斗系统的精度。

今年9月5日,北斗系统发布ICD新文件《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号
B1C、B2a》,文件明确把北斗与其他GNSS系统实现兼容互操作的事情,提上议事日程,北斗三号融入GNSS全球化标配化进程,才能真正发挥其服务全中国全世界全人类的建设和运营宗旨。这也是北斗系统真正迈向全球化的重大步骤。

冉承其则透露得更为详尽,他说,相比于北斗一号,北斗二号系统性能稳中有升,2016年发射两颗在轨备份卫星,使定位精度从10米提高到8米。随着中国自主研制的“米级快速定位北斗芯片”正式推出,北斗系统应用已正式进入“米级定位时代”。

会议上,北斗卫星导航系统总设计师杨长风宣布,北斗三号全球定位系统的建设已全面启动。

值得一提的是,中国北斗的国际身份“合法化”速度也在加快。冉承其说,去年以来,继北斗系统取得国际海事应用合法地位之后,北斗国际海事标准领域又取得重大进展。今年3月,可兼容GPS、北斗、GLONASS的多系统船载接收机标准获通过。

在建设与运行方面,北斗系统创造性地提出先区域、后全球,先有源、后无源的建设思路,实施三步走发展战略,用较短的时间形成覆盖亚太地区的区域服务能力,建立起自主的高精度时空基准。形成了独具特色的技术体制,国际首创由地球静止轨道、倾斜地球同步轨道、中圆地球轨道三种轨道卫星构建的混合星座,国际首创短报文通信特色服务等。目前全球组网的核心关键技术全部攻克。

终于,中国人即将迎来自己的全球卫星导航系统——“北斗”。

长期以来,卫星导航产业中,95%的芯片市场被美国占据,无法形成自己的核心技术,制约了北斗产业的发展和应用的推广。日前,华大北斗发布全球首颗支持新一代北斗三号信号体制的多系统多频高精度SoC芯片HD8040。该芯片集成了浮点运算单元,计算能力实际跃升40%以上,采用40nm工业制造,同等条件下连续定位功耗下降30%。在不依赖地基增强系统的情况下,可实现亚米级定位精度。芯片发展将带动北斗导航系统整体技术水平跃升,奠定未来规模化、全球化发展的基础。

相比之下,中国的北斗系统,以及欧洲的伽利略系统还处在“追赶”的位置。事实上,国际上有一个全球卫星导航系统俱乐部,只有四个会员,分别是美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS以及中国的北斗。

随着北斗导航系统启动全球化建设,与美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲GALILEO系统的博弈就备受关注。北斗系统的发展原则是自主、开放、兼容、渐近,在迈向全球化的同时,始终坚持中国的北斗,世界的北斗的发展理念。

中国北斗卫星导航系统总设计师杨长风当天表示,北斗三号系统在北斗二号系统基础上,增加了性能更优、与其他系统信号兼容互操作程度更高、用户体验更优的服务信号,实现了更高精度的星载原子钟和星间链路技术,高精度时空信息服务能力将会得到大幅提升。

在今天举行的第八届中国卫星导航学术年会上,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其透露,我国已全面启动北斗系统第三步建设,即北斗三号系统,今年下半年发射6~8颗全球组网卫星。

这其中,中国的北斗起步最晚。冉承其告诉记者,我国于20世纪后期开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成“三步走”发展战略——

在当天的学术年会上,美国国家天基PNT协调办公室主任哈罗德·马丁就提到,
GPS已发展到第五代卫星,卫星组网包括36颗卫星,其中31颗每天提供导航信号,其信号精度已经达到45.3厘米至70.3厘米之间。

年会上,中国卫星导航系统委员会主席王力说,当前,北斗系统已为亚太地区用户提供稳定可靠的时空信息服务,15颗卫星在轨稳定运行,5颗新一代北斗卫星已经完成在轨调试,即将入网工作。

目前,前两步已实现,这也让我国成为继美之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。那么,中国的北斗目前处于什么水平?

接下来,还将上演2018年前后18颗北斗卫星的发射大戏。冉承其说,这将率先为“一带一路”沿线国家提供基本服务,直到2020年我国建成世界一流的全球卫星导航系统,最终形成全球服务能力。

提及全球卫星导航系统,人们最熟悉的莫过于美国的GPS,由于其资历老、名气大以及服务范围广,甚至成了导航定位的代名词。

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