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，北斗全球衛星導航系統（北斗三號）正式向全球用戶(hù)提供導航、定位和授時(shí)（PNT）服務(wù)，至今已穩定運行一年有余。

根據國際監測評估中心的評估結果，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(shí)精度優(yōu)于14.7ns，遠優(yōu)于系統設計指標。

高精度的PNT服務(wù)是一流衛星導航系統的重要標志，然而，特色的設計和特色的服務(wù)才是讓北斗系統耀眼全球的最大亮點(diǎn)。

具備六大特色功能

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

北斗GEO衛星主要提供無(wú)線(xiàn)電測定（RDSS）、區域短報文通信（RSMC）、星基精密單點(diǎn)定位（B2b-PPP）和星基增強(BDSBAS)四類(lèi)區域服務(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(hù)獲取PNT信息的另一種方式。RDSS用戶(hù)需要主動(dòng)發(fā)送定位請求，并向兩顆GEO衛星發(fā)送測距信號；主控站收到請求后，根據測距信息和地面高程數據，即可求得用戶(hù)的位置信息并發(fā)送給用戶(hù)。

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

這種廣義RDSS定位不僅有利于群組用戶(hù)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(zhù)提升。

此外，用戶(hù)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(lái)，RDSS服務(wù)性能得到全面驗證，所有性能均滿(mǎn)足設計指標。

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)區域為東經(jīng)50度至160度，北緯0度至60度。

根據需要，服務(wù)區內的用戶(hù)不僅可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信（點(diǎn)播模式），同一編組內的用戶(hù)（不超過(guò)127個(gè)）還可進(jìn)行群內信息交互（組播模式），上級用戶(hù)也可對多個(gè)下屬用戶(hù)進(jìn)行消息廣播（通播模式）。

運行一年來(lái)的試驗與驗證充分證明，RSMC單次通信最多可發(fā)送1000個(gè)漢字，實(shí)測點(diǎn)播成功率大于99.9%，通播成功率大于97.7%，優(yōu)于設計指標（成功率大于95%）。

星基增強系統（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)指標的服務(wù)。

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

BDSBAS通過(guò)BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2b信號向中國及周邊地區提供增強信息，實(shí)現對標準導航定位服務(wù)精度的改進(jìn)和提升。

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

運行一年來(lái)，測試與試運行結果表明，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(mǎn)足民航飛機精密進(jìn)近等要求。 

精度達厘米級

 北斗三號將國際GNSS服務(wù)中心提供的精密單點(diǎn)定位服務(wù)內容嵌入北斗GEO衛星，簡(jiǎn)稱(chēng)B2b-PPP。

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

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

北斗全球短報文（GSMC）功能可實(shí)現全球地面及以上1000km范圍內任意兩個(gè)用戶(hù)間的通信。

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

一年來(lái)的用戶(hù)使用結果表明，單次短報文可發(fā)送40個(gè)漢字，信息一旦發(fā)出，系統會(huì )在1min內作出響應，成功率優(yōu)于95%。

北斗MEO衛星提供的國際搜救（MEOSAR）服務(wù)功能滿(mǎn)足國際海事組織相關(guān)標準，但是北斗系統的MEOSAR還特別設計了返向鏈路，即求救信息發(fā)出后，系統會(huì )在2min鐘內通過(guò)返向鏈路向呼救者確認，可以起到穩定呼救者情緒，避免重復呼救的作用。

經(jīng)過(guò)一年來(lái)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準要求。若與北斗的RNSS定位、短報文通信功能相結合，搜救精度可達到米級，可顯著(zhù)提升搜救效率。

推廣應用至各行各業(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(wú)人駕駛、電力輸送、災害監測、智慧牧業(yè)、精密農業(yè)、新冠疫情防控等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的支撐作用，已推廣應用至120個(gè)國家。

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

北斗短報文服務(wù)和B2b-PPP嵌入各類(lèi)災害監測系統，可以進(jìn)行高精度監測和告警，實(shí)現偏遠地區，尤其是無(wú)網(wǎng)絡(luò )覆蓋地區無(wú)人值守的災害實(shí)時(shí)預警。

短報文和定位服務(wù)嵌入車(chē)輛、漁船等平臺，可在用戶(hù)遇險時(shí)及時(shí)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、室內等環(huán)境下定位的可用性，助力智慧城市建設。

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

相信在不久的將來(lái)，特色的功能和服務(wù)會(huì )為北斗贏(yíng)得更廣闊的應用市場(chǎng)。

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