北斗卫星导航不仅可提供基本PNT服务还具备六大特色功能
发布时间：2021-08-24 14:20:31
文章来源： 中国科学报
自2020年7月31日北斗全球卫星导航系统(北斗三号)正式向全球用户提供导航、定位和授时(PNT)服务，至今已稳定运行一年有余。根据国际监测评估
自2020年7月31日北斗全球卫星导航系统(北斗三号)正式向全球用户提供导航、定位和授时(PNT)服务，至今已稳定运行一年有余。
根据国际监测评估中心的评估结果，北斗三号单频定位精度优于6米，其中水平方向优于3米，高程方向优于5米，PNT精度优于14.7纳秒，远优于系统设计指标。
高精度的PNT服务是一流卫星导航系统的重要标志，然而，特色的设计和特色的服务才是让北斗系统闪耀全球的最大亮点。
具备六大特色功能
北斗卫星导航系统不仅可以提供基本PNT服务，还具备六大特色功能，即基于地球静止轨道(GEO)卫星的四大特色服务和基于中圆地球轨道(MEO)卫星的两大特色服务。
北斗GEO卫星主要提供无线电测定(RDSS)、区域短报文通信(RSMC)、星基精密单点定位(B2b-PPP)和星基增强(BDSBAS)四类区域服务;北斗MEO星座可覆盖全球，主要提供全球短报文通信(GSMC)和国际搜救(MEOSAR)服务。
RDSS服务属于有源定位，是用户获取PNT信息的另一种方式。RDSS用户需要主动发送定位请求，并向两颗GEO卫星发送测距信号;主控站收到请求后，根据测距信息和地面高程数据，即可求得用户的位置信息并发送给用户。
北斗三号的广义RDSS定位模式，是指用户利用上行链路向运控中心发送观测信息(包括对GEO、IGSO和MEO的观测)，运控中心利用卫星精密轨道和钟差计算用户位置，完成用户的快速定位。
这种广义RDSS定位不仅有利于群组用户间的位置交互，其安全性、传输速率以及定位精度与北斗二号相比均有显著提升。此外，用户也可以在卫星无线电导航业务(RNSS)和广义RDSS服务之间进行自由切换。运行一年来，RDSS服务性能得到全面验证，所有性能均满足设计指标。
RSMC是沿袭自北斗一号和北斗二号的另一项特色功能，其服务区域为东经50度至160度、北纬0度至60度。根据需要，服务区内的用户不仅可以进行点对点通信(点播模式)，同一编组内的用户(不超过127个)还可进行群内信息交互(组播模式)，上级用户也可对多个下属用户进行消息广播(通播模式)。
运行一年来的试验与验证充分证明，RSMC单次通信最多可发送1000个汉字，实测点播成功率大于99.9%，通播成功率大于97.7%，优于设计指标(成功率大于95%)。
星基增强系统(SBAS)是为民航安全飞行与精密进近提供的具有健康安全性质指标的服务。与国家星基增强系统不同，BDSBAS服务嵌入北斗系统，是北斗系统服务的一部分。BDSBAS通过BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2b信号向中国及周边地区提供增强信息，实现对标准导航定位服务精度的改进和提升。
BDSBAS服务不仅满足国际民航组织(ICAO)标准，而且具备四大系统(BDS、GPS、Galileo和GLONASS)的单频和双频多星座增强能力。运行一年来，测试与试运行结果表明，BDSBAS定位精度在水平方向优于1.5米，高程方向优于2.0米，满足民航飞机精密进近等要求。
定位精度达厘米级
北斗三号将国际GNSS服务中心提供的精密单点定位服务内容嵌入北斗GEO卫星，简称B2b-PPP。
B2b-PPP服务直接由北斗三号的GEO卫星发送精密轨道和精密卫星钟差改正数，无需互联网支持。因此，即使用户身处沙漠、戈壁、海上等无网络的地区，也可以获得北斗系统的GEO卫星提供的B2b-PPP服务。
运行一年来，B2b-PPP定位精度可达厘米级，收敛时间一般在30分钟内。
GSMC功能可实现全球地面及以上1000千米范围内任意两个用户间的通信。用户发出的信息只要被任何一个搭载有短报文载荷的MEO卫星接收，即可通过星间链路在星座内“接力”传递，发送给另一用户。
一年来的用户使用结果表明，单次短报文可发送40个汉字，信息一旦发出，系统会在1分钟内作出响应，成功率优于95%。
北斗MEO卫星提供的MEOSAR服务功能符合国际海事组织相关标准，但是北斗系统的MEOSAR还特别设计了返向链路，即求救信息发出后，系统会在2分钟内通过返向链路向呼救者确认，可以起到稳定呼救者情绪、避免重复呼救的作用。
经过一年来的运行服务，搜救信息的落地成功率优于99%，超出国际海事组织标准要求。若与北斗的RNSS定位、短报文通信功能相结合，搜救精度可达到米级，显著提升搜救效率。
推广应用至各行各业
如今，北斗PNT服务已深入人们工作生活的方方面面，在无人驾驶、电力输送、灾害监测、智慧牧业、精密农业、新冠疫情防控等领域发挥了重要的支撑作用，已推广应用至120个国家。
随着北斗系统功能的完善，特色功能和服务可以唤起人们对北斗应用更丰富的想象。
北斗短报文服务和B2b-PPP嵌入各类灾害监测系统，可以进行高精度监测和告警，实现偏远地区尤其是无网络覆盖地区无人值守的灾害实时预警。短报文和定位服务嵌入车辆、渔船等平台，可在用户遇险时及时发送求救信息并报告精确位置，提高沙漠、海上等特殊环境下的救援成功率。5G+北斗的融合模式，可确保城市、室内等环境下定位的可用性，助力智慧城市建设。
可见，北斗的创新设计和特色功能不仅提升了北斗系统的服务性能，拓展了服务功能，而且显著提升了北斗系统的全球竞争力。相信在不久的将来，特色的功能和服务会为北斗赢得更广阔的应用市场。
(杨元喜 任夏)(作者杨元喜系中国科学院院士、北斗导航系统副总工程师;任夏系西安测绘研究所助理研究员)()
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