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北斗系统全球组网!导航系统建设的“中国方案”

2020-06-23 10:48
来源:中国网
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中国网:2020年6月23日9时43分,北斗三号系统最后一颗全球组网卫星成功发射,标志着北斗全球星座部署圆满完成。北斗系统是我国迄今为止规模最大、覆盖范围最广,性能要求最高、最复杂的巨型航天系统,首次创造了三种不同轨道构成的混合星座,形成了集多种服务能力于一体的北斗特色应用服务体系。目前,北斗系统已经广泛应用于交通运输、农业渔业、减灾救灾等领域,并在全世界半数以上国家得到应用。北斗全球系统有什么技术优势?截至目前的服务情况如何?本期节目特别邀请中国卫星导航定位协会副秘书长肖雄兵为您解读。

中国卫星导航定位协会副秘书长肖雄兵接受中国网《中国访谈》专访。   


中国网:随着最后一颗组网卫星的成功发射,北斗全球系统的星座布局已经圆满地完成了。北斗系统从1994年立项至今,已经经过了20多年的建设历程,首先请您梳理一下北斗全球系统的建设过程。

肖雄兵:中国的北斗走了一条具有自己特色的道路,我们是按照“三步走”的路径来发展的。第一步是北斗一号系统的建设,于上世纪大概1994年左右启动。到2000年双星的卫星发射完毕,这套系统采用的是有源的定位体制,是为中国的用户提供定位、授时,包括广域的差分和短报文通信服务。2003年又增发了一颗卫星,进一步提升了服务的性能。

北斗二号是在2004年立项,这个星座发射了有14颗组网的卫星,包括5颗地球静止轨道卫星,5颗倾斜地球同步轨道卫星以及4颗中圆地球轨道卫星,这个是在2012年底投入运行。北斗二号是在兼用了北斗一号这种有源体制的基础之上又扩展了无源的定位体制,它服务范围也扩展到了亚太地区,为亚太区域的用户提供定位、测速、短报文、授时等服务。

 北斗三号工程是在2009年启动的,同样北斗三号工程也是北斗一号和北斗二号有源、无源体制都继承的基础之上,它建设了一个全球的星座,30颗卫星。到现在大家见证了卫星已经成功组网了,这是非常重要的节点。北斗三号在服务的提供上面做了很多的扩展,它是在整个服务区域上分为全球的用户和中国及周边区域两类。针对全球用户,提供了定位、导航、授时这样基本的服务,我们还提供了全球搜救,也提供了全球的短报文通信服务。针对中国及周边用户,我们又进一步地提供了星基增强服务,地基增强服务,还有精密单点定位服务和区域的短报文服务。

 从今天来看中国北斗发展路径,确确实实应该说是结合当时的不同发展时期,中国的基础以及我们社会的经济能力探索了自己的路径,我们今天来看这个路径应该是很成功的,也是对国际卫星导航系统的建设提供了很好的样例。

中国网:目前,在国际上使用率较高的全球导航系统有美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯以及欧洲的伽利略。此次新组网完成的北斗系统与这三大导航系统相比,有哪些技术优势或者这四个导航系统有没有可比性?

 肖雄兵:这些年,全球卫星导航系统这个大家庭,也就是四大全球系统供应商,还包括有些区域系统都在进步。但是要仔细琢磨里面的特点,我们国家的北斗确实有它独特的优势或者说很有特色。第一个很显著的特征,就是它的短报文通讯服务,这个确确实实是其他几大系统都没有的,而且这次的北斗全球系统又进一步发扬光大了,我们把短报文通信服务扩展到全球,对中国及周边地区的服务又做了增强,我们短报文通信能力,单次可以到40个汉字,这可以解决很多急需的问题,中国周边区域也从原来的120个汉字扩展到1000个汉字。有人打个比方说,现在我们的北斗全球区域短报文功能相当于从原来的短信到了微信的时代,这应该是显著区别于其他系统的地方。

 第二个,我们星座的轨道设计也是很有特点的,我们有地球同步轨道,有静止轨道的,有同步轨道,也有中轨,这样混合的星座,我们就会(提升)一些抗遮挡方面的能力,我们有一些特色。

在其他扩展服务方面,在增强系统上面,一个是星基增强,我们是按照国际民航的标准,最新的2.0的标准来建设,今年年底就要投入服务。在地基增强上,应该说有中国特色的事情,不管是星基增强,还是地基增强,我们都是纳入到大系统的统一规划里去建的,在国外是分开,分别进行建设的。我们是以用户的需求为导向,做了整体的需求设计,从星基增强系统,地基增强系统,多个维度来满足用户的需求,做整体的设计。我们也增加了全球的搜救和下载这套系统,这套系统,为了提高被救用户的信心,我们在搜到用户的报警信息之后,通过我们反向链路的设计,来告诉报警的用户,这样可以安抚他焦虑的心情。这样一些细节,都是我们这里做了一些考虑。

总而言之,北斗系统在服务的区域上面,服务用户上面,服务的种类上面,都还是比较丰富,相对是比较完整的。

中国卫星导航定位协会副秘书长肖雄兵谈北斗卫星导航系统建设情况。


中国网:我们关注到,在2019年12月27日国新办就北斗三号系统提供全球服务一周年有关情况举行的发布会上,发布了北斗卫星导航系统应用服务体系1.0版本。这是一套什么样的应用服务体系?截至目前,它的服务情况如何?

 肖雄兵:我们去年才刚对外发布了服务体系1.0版本,这是什么概念呢?我个人理解,因为它本身是服务设施,必须要构建一套体系,服务体系是支撑,让所有的人包括开发者在内知道这个系统有什么样的服务功能。第二,我们的开发者怎么来做地面产品的开发?第三,真正的用户怎么去获取,怎么使用它,使用当中有什么问题,怎么反馈?我上哪儿去找我们系统里最新的信息。我们发布了服务体系就是围绕这些内容展开的。

还需要进一步可以指导开发者怎么去做算法设计,它可以有一些指南,告诉它怎么用。包括我们系统因为涉及的服务种类比较多,有些服务也不是说都像无源服务那样那么简单,比如说区域短报文、全球短报文服务,是需要有一定流程的,怎么获取这种服务,包括全球搜救等等,特别需要给用户的指引。

 剩下的就是发布。明确告知了全社会,我们是由中国卫星导航系统管理办公室,还有官方的网站及时发布信息,同时它也在上面设置了一些反馈的邮箱,用户有什么问题都可以及时地告知我们的系统方,他们会协调相关的工程人员去解决这些问题。

当然了,更大的体量就是全球的和区域的七大服务。每一类服务的服务能力,我们用户需要知晓服务的功能和性能的情况,也是通过这套服务体系去发布的。

到目前为止,我们七大服务应该说是陆陆续续都在到位。首先是全球服务,全球的定位导航授时基本服务,这个已经是落地了,全球的搜救和全球的短报文在今年年底也都会去发布相应的开发文件和服务新文件。同样在区域里,星基增强同样也要到年底,一些开发文件和短报文,地基增强系统已经发布了,已经在用了。精密单点定位服务这些都会在年底之前落地。就是说到今年年底,我们七大服务都会全部能到使用阶段。

中国网:随着5G时代的到来,北斗系统和5G技术的融合又会擦出什么样新的“火花”?

肖雄兵:不光是5G了,移动通讯和定位一直都是相伴相生,一直在共同成长。一个很典型的应用,比如说像在中国的车辆监控,就是先要定位,通过通讯送达后台的。以前还出现过一种产品,把移动通讯的天线和定位的天线都把它集成在一起这样的用法,说明他们两个很密切的。现在5G随着高带宽,大容量,还有低延时的特点,对于我们现实里应用场景要求高的时候就特别有用了,能够快速定位,快速反馈,比如说对于无人驾驶高速移动场景,就需要这样的能力,两者能力要进行结合,,对我们今后推广这样的应用是非常有帮助的。导航后台的定位实际上是结合了Wifi定位、基站定位和卫星导航定位三种能力,再加上手机本身惯性传感器、磁传感器,是综合的手段。通讯的基站和卫星导航定位两种手段是天然的,可以互相支撑的,互相协同的,比如说我们对5G基站的空间配置,我们可以结合场景,因为卫星导航容易受遮挡,结合这种场景,我可以在布5G基站的时候,适当考虑一下空间布局,这样的话可以提前做好。到时候对用户而言,可以切换,如果说是卫星导航有影响,至少有基站定位可以支撑,这两者可以结合起来。

另外我们通过5G通讯手段,可以给卫星导航定位提供辅助增强的功能,可以加速定位的时间等等像这样的场景,包括我们可以利用5G的基站还可以来播放高精度定位的信息。不管是在网络层面,甚至现在在信息层面,5G和卫星导航的融合都在研究,未来他们会越来越融合。

中国网:据了解2035年将建成以北斗导航为核心,更加泛在更加融合更加智能的国家综合定位导航授时体系,进一步提升时空信息服务能力,实现北斗高质量建设发展,请您介绍一下北斗系统未来的发展布局?

肖雄兵:卫星导航系统在全球一直没有停止它的发展步伐,我们这几大供应商都在不断地建设一代,研究一代。我们和其他的几个供应商一样,在中国也在谋划下一代的卫星导航系统以及相关的一些其他的定位导航授时能力,作为一个体系的建设,我们把它称之为体系构建、体系完善、体系融合,我们下一代的叫综合PNT系统,这套系统它从深空到水下,到跟通讯的融合,包括跟惯导、惯性技术的结合,还有低轨技术,就是低轨增强的结合,他们都有一些考虑。第二从用户角度考虑,从各种精度的覆盖,各种要求,包括有些高可用、高完好性、高可靠性等等这方面都有不同的要求,我们为了满足这种要求,必须构建多能力的组合这样一种体系。所以中国PNT建完以后,不管是深空探测、深海方面的研究,包括深海下面各种海洋工程设施的建设,包括日常生活中尤其是无人驾驶,如果加上卫星导航系统,加上低轨增强融合之后,它可以又提高精度,又提高高精度的定位。可以预见这样一套系统建成之后,我们目前正在开发的各种各样的应用,它的需求将会得到更好的满足,同时也会更好促进这个应用的深化。


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