北斗：天地兩張網(wǎng) 服務(wù)更精準

今年，北斗三號導航衛(wèi)星迎來18顆衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，進入全球組網(wǎng)新階段。隨著產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，目前北斗已具備在全國范圍內(nèi)提供高精度定位基本服務(wù)能力，在大眾消費領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用，以融合為特征的“北斗+互聯(lián)網(wǎng)+其他行業(yè)”的新模式正在構(gòu)建，將推動人們生產(chǎn)生活方式的變革。

今年是北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的密集組網(wǎng)年，預(yù)計到2018年底，將發(fā)射18顆北斗三號衛(wèi)星，覆蓋“一帶一路”沿線國家。與天上星羅棋布的“北斗”相對應(yīng)的是地面的應(yīng)用問題。據(jù)中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室公布的最新消息顯示，目前，中國北斗已具備在全國范圍內(nèi)提供高精度定位的基本服務(wù)能力，在國家安全和重點領(lǐng)域標配化使用，在大眾消費領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用，正在催生“北斗+”融合應(yīng)用新模式。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會已認定的供應(yīng)商。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務(wù)，并具短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

2017年11月5日，中國第三代導航衛(wèi)星順利升空，它標志著中國正式開始建造“北斗”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

天地一體 高精定位 北斗地基增強系統(tǒng)可在全國范圍內(nèi)提供實時米級、亞米級精準定位服務(wù)

作為國家重大空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，北斗的高精度定位究竟有多高？與其他的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)相比，北斗的優(yōu)勢在哪里？這些問題一直備受人們的關(guān)注。

中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任冉承其介紹，當前，我國北斗三號尚處于在軌測試階段，能夠提供導航服務(wù)的仍然只有北斗二號系統(tǒng)。在目前北斗二號系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域內(nèi)，北斗的全天可視星數(shù)超過GPS，在星座分布上大部分區(qū)域也優(yōu)于GPS，但考慮到原子鐘精度差異和中高緯度星座分布等問題，說北斗與GPS不相上下還是相對客觀的，也是符合實際測量結(jié)果的?！半S著北斗全球組網(wǎng)建設(shè)的順利進行，北斗衛(wèi)星數(shù)正穩(wěn)定增加，而且最關(guān)鍵的原子鐘問題在北斗三號上也得到解決，到北斗三號正式提供服務(wù)的時候，相信北斗的優(yōu)勢將會進一步顯現(xiàn)?！比匠衅湔f。

目前，北斗二號系統(tǒng)的標準服務(wù)精度在6～10米之間，要想獲得更高精度的服務(wù)則需要北斗增強系統(tǒng)來助力完成。北斗增強系統(tǒng)其實就是編織天地兩張北斗“網(wǎng)”：天上的“網(wǎng)”，即逐漸覆蓋全球的北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)；而地上的“網(wǎng)”，即一張可以實現(xiàn)厘米級、毫米級定位精度的地基增強網(wǎng)。

國家北斗地基增強系統(tǒng)總設(shè)計師、中國兵器工業(yè)集團首席科學家蔡毅說，導航衛(wèi)星信號受設(shè)備、電離層等干擾時會產(chǎn)生誤差，難以滿足高精度位置服務(wù)需求，這就需要北斗地基增強系統(tǒng)配合。由地面基準站接收北斗衛(wèi)星信號，傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，消除衛(wèi)星軌道誤差、鐘差、電離層折射等影響后，產(chǎn)生修正信號，通過衛(wèi)星、數(shù)字廣播、移動通信等方式實時播發(fā)。

我國于2014年9月份正式啟動研制建設(shè)北斗地基增強系統(tǒng)。截至目前，已初步建成由超過2200個增強站組成的北斗地基增強“全國一張網(wǎng)”。來自中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室的數(shù)據(jù)顯示，這張網(wǎng)可在全國范圍內(nèi)提供實時米級、亞米級精準定位服務(wù)，在中東部17個省市提供實時厘米級和后處理毫米級高精度服務(wù)。

通過更加智能的算法與服務(wù)平臺，利用星基地基融合互補、大數(shù)據(jù)、云端一體、多傳感組合等方法，這種定位精度不但可以滿足用戶一般生活場景的需要，未來還能在自動駕駛、無人機等應(yīng)用場景中發(fā)揮重要作用。

大眾應(yīng)用 觸手可及在日常生活中，北斗與其他科技深度融合，擴大垂直行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)

浙江省臺州市天臺縣平橋鎮(zhèn)百畝塘村種糧大戶楊國梁今年繼續(xù)擴大了種植面積，水稻種植面積超過1700畝。與往年相比，有兩件事讓他省心了：一是承包田地的面積測量，二是插秧面積的測量。因為，他在插秧機頂部安裝了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的一個終端設(shè)備，這樣，插秧機不管走到哪里，都有行動軌跡，“北斗”能即時而準確地計算出面積。

也許有人會問，連農(nóng)民種田都用上了北斗，為何我們在使用手機等日常生活場景中卻感受不到它的存在呢？實際上，手機的信號獲取主要取決于手機處理器（SOC）中集成的定位芯片，目前大多SOC都能同時支持GPS、北斗和GLONASS這3種信號。在用戶手機需要定位時，系統(tǒng)會自動搜索導航衛(wèi)星，選取信號較好的衛(wèi)星定位。中國科學院官方科普平臺曾經(jīng)做過一個手機測試，在戶外開闊處打開手機的“位置服務(wù)”功能，同時用第三方軟件測試，結(jié)果是10顆GPS、10顆GLONASS、10顆北斗衛(wèi)星都參與了定位。

與GPS芯片相比，北斗芯片價格偏高，在推廣過程中一直被視為“痛點”。冉承其說，如今北斗芯片工藝已跨入28納米新時代，最低單片價格不到6元，總體性能達到甚至優(yōu)于國際同類產(chǎn)品。在北斗芯片價格已經(jīng)與國際水平相當?shù)那闆r下，手機定位多了北斗，就相當于為用戶提供了更好的位置服務(wù)保障。

“近年來，基于北斗系統(tǒng)的高精度服務(wù)日益興起，而要讓普通公眾真正用上北斗，并感受到北斗的存在，只有與其他科技深度融合，擴大垂直行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)。一個最直接的方式，就是與手機融合，未來逐步和5G融合?！比匠衅浔硎?。

目前，由中國兵器集團和阿里巴巴合資組建的千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司已經(jīng)可以做到將高精度定位正式服務(wù)于手機終端。手機終端只要接入其提供的高精度定位解決方案，在開闊地帶的定位精度可達1米，平均定位精度提升到3至5米，初始定位時間縮短到3秒。而一般手機接入GPS定位，定位精度十幾米、幾十米不等，初始定位時間則需要30秒左右。

值得一提的是，即使在衛(wèi)星信號觀測環(huán)境較差甚至短時間完全遮擋的情況下，手機終端通過高精度定位解決方案中的增強定位服務(wù)，仍然可以穩(wěn)定輸出高精度的定位結(jié)果，解決了手機用戶在高架橋、隧道、車庫等情況下無法定位的問題。

融合發(fā)展 變道超車 發(fā)展北斗產(chǎn)業(yè)需要創(chuàng)新和超前布局，從系統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)為應(yīng)用服務(wù)推廣

衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)實際上就是提供給人們時間和空間這兩個最基礎(chǔ)的參數(shù)，它基本與人類的所有活動密切相關(guān)。也就是說，北斗具有廣泛的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的利器。

以自動駕駛為例，以前自動駕駛技術(shù)主要依靠雷達、熱像儀、高精度陀螺、大容量高速計算機等技術(shù)集成設(shè)備，耗費數(shù)百萬元，還難以為大眾所用。通過北斗高精度位置服務(wù)與高精度電子地圖，輔以其他傳感器，則可以制定駕駛方案，自動完成避讓。通過這種創(chuàng)新，北斗悄無聲息地實現(xiàn)了交通領(lǐng)域的變革，甚至將改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會首席專家、環(huán)球新時空信息技術(shù)研究院院長曹沖稱，2016年到2020年是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折點，北斗產(chǎn)業(yè)的“第一要務(wù)”是從系統(tǒng)建設(shè)轉(zhuǎn)為應(yīng)用服務(wù)推廣。發(fā)展北斗產(chǎn)業(yè)需要創(chuàng)新和超前布局，順應(yīng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革，逐步與通信技術(shù)融合。

中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會副秘書長王博認為，我國有足夠大的市場使得北斗系統(tǒng)能夠和更多的產(chǎn)業(yè)結(jié)合在一起。從技術(shù)層面來說，這已經(jīng)不是問題，關(guān)鍵是創(chuàng)新性思考，思考我們的芯片和終端能夠用在其他哪些行業(yè)里，這就是所謂的應(yīng)用。

在過去5年，北斗技術(shù)不斷同互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)、新經(jīng)濟結(jié)合，這給了北斗系統(tǒng)“變道超車”，超越GPS等世界其他導航系統(tǒng)的機會。

當下，以融合為特征的“北斗+互聯(lián)網(wǎng)+其他行業(yè)”的新模式，正在構(gòu)建以北斗時空信息為主要內(nèi)容的新興產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，并成為北斗產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的新引擎和助推器，推動著生產(chǎn)生活方式變革和商業(yè)模式的不斷創(chuàng)新。