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冉承其在第64届国际宇航大会上作亮点报告
来源:北斗网 发布时间:2013-09-26

  北斗网讯)9月25日,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在第64届国际宇航大会上作了题为《北斗卫星导航系统建设与发展》的亮点报告,全文如下:

  女士们、先生们、朋友们,下午好!非常感谢大会给我提供这次机会,向大家介绍北斗系统有关情况。我报告的题目是“北斗卫星导航系统建设与发展”,主要包括五个部分。

  一、卫星导航概况

  (一)导航的概念及发展

  从古至今,人类一直在孜孜追求导航的技术。从早期的司南定向,到航海时代的星盘、六分仪、航海钟,再到现代无线电导航,直至近几十年,随着科学技术的进步,尤其是航天技术的发展,人们进入到卫星导航的时代,才获得相对理想的定位、导航与授时信息。

  卫星导航系统能够提供定位、导航与授时信息。定位,是指以标准大地坐标系为参照,按照用户规定的实时性要求,提供精确的二维或三维位置和方位的能力;导航,是指按照用户实时性要求确定当前位置和目的地位置,并参考地理和环境信息,修正航线、方向、速度,抵达任何位置的能力;授时,是指能在任何地方,按照用户规定的实时性要求,得到并保持准确和精密时间的能力。

  (二)卫星导航基本原理

  以导航卫星为参照物,用户使用接收机测量到三颗卫星的距离,利用三球交汇原理就能得到用户位置。考虑到接收机时钟与导航卫星时钟存在未知时差的因素,用户机需同时收到4颗卫星信号并解算三维位置和接收机钟差,从而获得精确的位置和时间信息。卫星导航的全天时、全天候、覆盖广等特点,可以满足我们对精准时空信息实时获取的需求。

  (三)世界卫星导航的发展

  世界各主要航天国家都十分重视卫星导航系统的建设、应用和发展,卫星导航系统已成为重要的空间信息基础设施。目前,世界卫星导航呈现美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、中国北斗和欧洲伽利略四大全球卫星导航系统竞相发展的局面,这四大全球系统是联合国全球卫星导航系统国际委员会认可的卫星导航系统四大核心供应商。

  四大全球系统中,GPS建设最早,1973年起步,1995年起维持全运行能力,目前正在开展现代化工作;GLONASS系统1975年起步,1996年建成,2005年恢复完善,至今满星座运行;欧洲2000年启动Galileo系统建设,已发射4颗在轨验证卫星,计划2020年建成。另外,日本、印度正在开展准天顶系统、印度区域卫星导航系统等区域系统建设。

  随着世界卫星导航从单一系统迈入多系统融合时代,兼容与互操作成为主要趋势,卫星导航向着更高性能、更加可靠、更高效益的方向发展。由于用户设备具有小型化、嵌入式、廉价性等特点,卫星导航应用将更加普及,只有想不到,没有做不到,已广泛应用到国家安全、经济发展、人民生活等各领域。

  二、发展规划

  (一)发展目标

  中国政府高度重视北斗卫星导航系统的建设,其发展目标是:

  致力于为全球用户提供连续、稳定、可靠的卫星导航服务,与世界其他卫星导航系统共同合作,服务全球、造福人类。

  致力于满足中国国家安全和经济社会发展对卫星导航的需求,促进国家信息化建设和经济发展方式转变,实现卫星导航产业的社会效益和经济效益。

  (二)基本原则

  开放:将为用户免费提供高质量的开放服务,欢迎全世界的用户使用北斗系统。

  自主:中国将独立自主地建设和运行北斗系统。

  兼容:将致力于实现与其他卫星导航系统的兼容与互操作,使用户利用互操作信号获得更好的服务。

  渐进:考虑到技术和经济风险,北斗系统将依据中国的技术和经济发展实际,按照循序渐进的模式建设。

  (三)系统组成与服务

  空间段星座包括5颗GEO卫星和30颗非GEO卫星,地面控制段包括主控站、注入站、监测站等30余个地面站,用户段包括北斗用户终端、与其他导航系统兼容的终端。

  北斗系统提供授权、公开、广域差分和短报文四种服务,定位精度优于10米,授时精度优于20纳秒,测速精度优于每秒0.2米。系统性能将持续改进提高,到2020年左右,系统总体性能将在现有基础上提高两倍左右。

  (四)发展步骤

  按照“三步走”的总体规划,“先区域、后全球,先有源、后无源”的总体发展思路分步实施,形成突出区域、面向世界、富有特色的北斗卫星导航系统发展道路。

  第一步:1994年启动北斗卫星导航试验系统建设,2000年形成区域有源服务能力;

  第二步:2004年启动北斗卫星导航系统建设,2012年形成区域无源服务能力;

  第三步:2009年起持续发展北斗卫星导航系统,2020年左右北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。

  三、进展情况

  主要包括系统建设、应用推广、国际合作三个方面。

  (一)系统建设

  1.完成区域组网

  北斗系统第二步规划自2004年开始建设,2007年4月发射试验卫星,全面验证了技术体制;2011年4月建成“3GEO+3IGSO”基本系统,并于2011年12月27日提供试运行服务;2012年密集发射了“4箭6星”,完成了区域服务组网。目前在轨工作卫星为14颗,包括5颗GEO、5颗IGSO和4颗MEO卫星,构成“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座结构。

  2.正式提供服务

  2012年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务。

  在中国及周边地区,北斗系统基本服务性能如下:

  覆盖区域:南纬55度到北纬55度、东经55度到东经180度;

  定位精度:平面10米,高程10米;

  测速精度:每秒0.2米;

  授时精度:单向50纳秒;

  可提供双向高精度授时和短报文通信服务。通过广域差分和地基增强等手段,北斗系统服务性能还可进一步提高。

  3.性能监测评估

  持续开展了系统性能监测评估工作,全面测试了空间信号质量、精度,定位、测速、授时服务能力。测试结果表明,正式运行9个月以来,系统运行连续、稳定;系统覆盖能力达到设计指标要求;定位精度逐渐提升,保证了区域服务性能。

  (二)应用推广

  遵循“边建边用、以建带用、以用促建”的基本思路,按照最大共性需求原则,加强基础类芯片模块的研发,掌握自主知识产权;持续推进行业和区域示范项目,建立并提升应用北斗的信心;加速推进北斗地基增强系统建设,在我国及周边地区提供米级、分米级至厘米级的高精度导航定位服务。

  1.基础产品

  北斗/GNSS基础产品关键技术已突破,技术攻关和使用验证基本完成。具有自主知识产权的北斗/GPS双模芯片已量产实用,可靠性、稳定性、灵敏度等性能进一步提升,预计2013年中国自主研发的北斗/GPS双模芯片销量达150万片以上。

  2.行业应用

  交通领域,在北京、安徽等9省市共14万辆“两客一危”等重点运输车辆上安装北斗兼容终端,预计未来2年内会有100万台营运车辆加装北斗兼容终端,将进一步加强北斗导航在交通运输安全监管中的应用力度,全面提升中国交通建设信息化和智能化水平。

  气象领域,构建基于北斗的大气、海洋和空间监测预警体系,目前完成了北斗探空仪和探空系统的研发与试用,以及北斗水汽电离层监测区域网的建设,北斗将逐步进入气象监测与预报业务体系,大幅提升传统业务水平。

  渔业领域,北斗可提供远海及近海船舶的位置监控,北斗短信与手机短信可互联互通,为渔船提供及时精准的气象和海况信息。目前北斗船舶入网用户近3万个,伴随手机用户10万余个。

  农业领域,开展了基于北斗/GNSS的农机精准监控应用,实现对农机的高效管理和作业调度导航。目前,相关设备已经在北京开展了试用,通过实时监测农机的田间位置,大幅提高了农机作业管理水平。

  电力领域,研发了北斗/GNSS电力时间同步系统,目前中国近万个电力主站、子站和电厂中已经开始使用基于北斗的高精度授时终端,有效提升了电力行业关键基础设施的运行安全。

  应急救援领域,2013年4月20日中国四川芦山地震,北斗终端在抗震救援的导航、通信和指挥中发挥了重要作用,48小时内共实现定位2.7万余次,通信3万余次,增配北斗终端500余台。特别是在电力、通信、道路全部中断的芦山县太平镇,北斗终端向救援指挥部发出了第一条最紧迫的救援请求。

  3.大众应用

  目前,已有20多个厂家参与北斗/GPS车载导航仪的生产,10余个品牌的北斗/GPS车载导航仪已经正式走向市场,前后装市场已各完成10万台以上的安装和销售。用户体验表明,北斗/GPS车载导航仪可以有效提升用户在城市峡谷中导航定位的可用性和精度。同时,随着芯片小型化、低功耗、低成本的发展,北斗芯片正在走进手机。预计不久,北斗/GNSS芯片将全面走向大众应用,服务大众生活。

  4.地基增强系统

  建设北斗地基增强系统,形成覆盖全国的北斗地基增强骨干网和区域加密网,通过星基、地基等多种播发手段,向中国及其周边地区提供广域米级/分米级实时差分定位、区域厘米级实时定位等服务,提升北斗系统服务性能。计划2015年前,建成覆盖中国陆地及大部分海域的约150个国家框架站,和50%地区约750个区域加密站;2020年前,完成约1200个区域加密站建设;目前完成了关键技术演示验证,即将启动研制建设。

  (三)国际合作

  深化和拓展国际合作,是全球卫星导航大家庭的普遍共识和共同责任。中国始终秉承和坚持“北斗是中国的、也是世界的”理念,愿与世界各国一道,共享卫星导航发展成果,共同开发空间资源,推动多系统兼容与互操作,全面提高卫星导航服务效益。

  1.多边合作

  (1)联合国全球卫星导航系统委员会

  深度参与ICG历次大会,主办ICG第七届大会,首次发表《全球卫星导航系统共同宣言》,主导成立国际GNSS监测和评估服务子工作组、应用子工作组,致力于在兼容与互操作、开放透明服务、国际监测评估、干扰检测与减轻及频谱保护等方面为全球用户提供更加优质的服务。

  (2)国际电联(ITU)

  按照无线电规则,与各国就射频兼容问题进行多轮协商,确保北斗系统不与其他系统产生有害干扰。推动L频段新增RNSS频率以及S频段RDSS业务全球扩展,为卫星导航系统发展争取了新的频率资源。

  (3)国际标准化组织

  积极融入国际标准化组织,推动北斗国际应用。重点开展了北斗进入国际民航组织、国际海事组织、第三代移动通信标准化伙伴项目这三大组织的标准工作。北斗有望于2015年左右进入ICAO、IMO标准框架,2014年成为3GPP支持的定位系统。

  (4)亚太地区有关国际组织

  积极参加亚太地区有关国际组织及其活动。与亚太空间合作组织签署合作意向书,举办卫星导航培训班、研讨会和交流活动,推动北斗在亚太地区的应用。

  (5)交流与培训

  举办面向国际的中国卫星导航学术年会,参加国际卫星导航交流活动,推进学术交流、高端论坛和知识普及;依托国际GNSS科学教育中心,提供卫星导航学历教育、短期培训、专题授课等;筹建联合国空间科学技术教育亚太区域中心。

  2.双边合作

  推动与GNSS监测评估有关国际组织合作,开展国际GNSS开放服务性能监测评估活动,共同为用户提供可靠的定位、导航和授时服务。

  与美、俄、欧等卫星导航系统开展兼容与互操作交流与协调,确保多个卫星导航系统共同工作时,彼此间产生的干扰不影响对方系统性能;确保用户在不显著增加使用成本的前提下,通过使用多个卫星导航系统信号,享受到比使用单一系统信号更好的服务。

  与巴基斯坦、印尼、斯里兰卡、泰国、新加坡、澳大利亚等,开展卫星导航交流与合作。致力于推动国际GNSS监测评估系统建设,推动北斗/GNSS国际应用。

  四、北斗贡献

  (一)独特的发展模式

  作为世界GNSS大家庭中的重要一员,通过长期积极探索,北斗卫星导航系统形成了独具特色的建设思路、建设道路和建设方案,极大地丰富了GNSS发展模式,为探索GNSS发展规律做出了贡献。

  一是基于中国国家发展需求,形成了“突出重点、服务全球、富有特色”的系统建设思路;二是基于中国技术经济实际,探索了“三步走”渐进发展的系统建设道路;三是基于广大用户使用要求,采用了无源定位+短报文通信的系统建设方案。

  (二)创新的技术体制

  在继承世界卫星导航发展成果的基础上,围绕用户使用要求长期开展技术研究,攻克了核心关键技术,形成了系列创新成果,为GNSS技术发展做出了贡献。

  一是采用了GEO/IGSO/MEO三种轨道非均匀混合星座,快速形成应用能力,为世界各国以较低的成本建设自主卫星导航系统提供了借鉴;二是首次将RNSS、广域差分及短报文服务统一设计与实现,优化了系统体制、节省了系统资源。

  (三)丰富的应用机会

  北斗卫星导航系统已经具备较为完善的应用服务能力,可以满足用户使用要求,并形成了富有特色的服务能力,为卫星导航产业发展提供新的机遇。

  一是具备服务亚太地区的能力,提供多系统兼容应用的丰富选择;二是具备三频点导航信号服务能力,拓展高精度应用的创新模式;三是具备定位、授时和短报文通信综合服务能力,支持多样化应用。

  五、近期计划

  1.系统建设方面,持续提升系统的可用性、稳健性,确保为用户提供连续、稳定、可靠的服务;启动第三阶段组网建设,计划于2014年发射卫星,进一步验证新技术和新体制。

  2.应用推广方面,以需求为牵引持续提升自主芯片性能水平;加速建设北斗地基增强系统,促进与互联网、物联网以及云计算、大数据融合,打造北斗产业生态系统的基础;挖掘大众需求,创新应用服务模式,推进北斗产业规模经济型成长。

  3.国际合作方面,持续深化双边合作,借助多边平台,持续开展GNSS国际应用演示与体验活动,推动国际GNSS监测与评估领域合作。

  各位代表、各位专家,未来10年,全球将出现四大卫星导航系统共存互补的局面,天上将会有100多颗导航卫星,用户将享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多样的定位导航授时服务,卫星导航将以更大的规模,应用在更广泛的领域,独具中国特色的北斗系统将发挥重要作用。“服务全球、造福人类”是中国建设北斗系统的目标,我们将积极促进GNSS共同发展,推动形成资源共享、优势互补的世界卫星导航发展格局。让我们携手努力,共同开创卫星导航国际合作共赢发展的光辉道路!

  感谢大家对北斗的关心与支持,谢谢大家!

编辑:陈飚