北斗三號(hào)導(dǎo)航星座的工程創(chuàng)新與發(fā)展

謝軍，康成斌

China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China

1. 引言

2020年6月23日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS-3，簡(jiǎn)稱北斗三號(hào)系統(tǒng)）組網(wǎng)工程的最后一顆地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO-3）成功發(fā)射，標(biāo)志著北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成以及北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略的成功實(shí)施。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)提供的定位導(dǎo)航授時(shí)（PNT）及特色服務(wù)已經(jīng)廣泛融入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全的各類核心基礎(chǔ)設(shè)施中，促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)方式變革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。

2. 北斗三號(hào)系統(tǒng)概述

北斗三號(hào)系統(tǒng)由空間段衛(wèi)星星座、地面段系統(tǒng)（包括主控站、監(jiān)測(cè)站、上行注入站等）和用戶終端（用戶機(jī)）等組成[1]，其中空間段衛(wèi)星星座工程是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分。按照全球范圍提供基本PNT服務(wù)、中國(guó)及周邊地區(qū)提供特色服務(wù)的要求，在北斗二號(hào)區(qū)域星座系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將北斗三號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由三顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、三顆傾斜地球同步軌道（ⅠGSO）衛(wèi)星和24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星（即3GEO +3ⅠGSO+24MEO，圖1）組成的混合星座。

通過(guò)改進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)體制、提高星載原子鐘性能和測(cè)量精度、建立星間鏈路、提升短報(bào)文服務(wù)能力等技術(shù)手段，北斗三號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球?qū)Ш椒?wù)、性能提高、業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)行以及與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）兼容互操作等目標(biāo)。北斗三號(hào)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)與作用如下。

圖1. 北斗三號(hào)系統(tǒng)星座構(gòu)成示意圖。

2.1. 混合星座的多樣服務(wù)

北斗三號(hào)系統(tǒng)空間段由地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星，共30顆衛(wèi)星組成[2]。混合星座提供的多樣服務(wù)功能在國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)體系中獨(dú)具特色。北斗三號(hào)系統(tǒng)融合了導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，與國(guó)外其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，在提供基本PNT服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，突出了高精度服務(wù)、短報(bào)文和位置服務(wù)。北斗三號(hào)系統(tǒng)可提供六大星基服務(wù)（表1）：三種服務(wù)面向全球，包括導(dǎo)航定位授時(shí)（RNSS）、全球短報(bào)文通信（GSMC）和國(guó)際搜救（SAR）服務(wù)；三種服務(wù)面向中國(guó)及周邊地區(qū)，包括星基增強(qiáng)（SBAS）、精密單點(diǎn)定位（PPP）和區(qū)域短報(bào)文通信（RSMC）[3]。北斗三號(hào)系統(tǒng)提供的服務(wù)功能更好地滿足了用戶的多元化需求，其技術(shù)方案和系統(tǒng)成果引領(lǐng)了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)體系多功能聚合的發(fā)展趨勢(shì)。

表1 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)功能

北斗三號(hào)系統(tǒng)工程的建設(shè)充分發(fā)揮了混合星座的技術(shù)特點(diǎn)，即邊建設(shè)、邊試驗(yàn)、邊應(yīng)用。2018年12月，北斗三號(hào)系統(tǒng)的PNT基本服務(wù)已向全球開(kāi)通，服務(wù)性能不斷提升[4]；2019年12月全球短報(bào)文通信、國(guó)際搜救服務(wù)已具備能力；2020年星基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位和區(qū)域短報(bào)文通信服務(wù)將形成能力。

2.2. 萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)空基準(zhǔn)

北斗三號(hào)系統(tǒng)星座通過(guò)在星上配置高精度、高穩(wěn)定性的時(shí)頻系統(tǒng)，作為時(shí)空基準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施，可為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的基本PNT服務(wù)，具有統(tǒng)一、精確、易用、廉價(jià)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了地面、海面、航空、低軌航天器用戶的時(shí)間基準(zhǔn)和空間基準(zhǔn)的建立與維持，起到了統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)下獲取用戶或物體時(shí)間信息和位置信息服務(wù)的重要作用，是信息社會(huì)萬(wàn)物互聯(lián)和萬(wàn)物智能的基礎(chǔ)。

北斗三號(hào)系統(tǒng)是航天科學(xué)技術(shù)和時(shí)空基準(zhǔn)要求的完美結(jié)合，利用空間分布的多顆衛(wèi)星組成星座，在統(tǒng)一時(shí)間和坐標(biāo)系中通過(guò)地面站對(duì)衛(wèi)星位置與軌道精確測(cè)量，將衛(wèi)星作為標(biāo)準(zhǔn)位置與時(shí)間的導(dǎo)航臺(tái)站，以播發(fā)無(wú)線電導(dǎo)航信號(hào)為載體，將時(shí)空基準(zhǔn)信息廣泛傳遞給覆蓋范圍內(nèi)的無(wú)限用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今信息化社會(huì)中80%以上的信息數(shù)據(jù)都與位置、時(shí)間相關(guān)。北斗系統(tǒng)與移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的融合，必將為萬(wàn)物互聯(lián)的智能時(shí)代帶來(lái)巨大的支撐和推進(jìn)作用。

2.3. 世界一流的空間基礎(chǔ)設(shè)施

利用全球分布的多個(gè)地面監(jiān)測(cè)站組成的國(guó)際全球連續(xù)監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)（iGMAS）的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明：2020年北斗三號(hào)系統(tǒng)的平均空間信號(hào)精度（SⅠSRE）為0.47 m，優(yōu)于GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)（表 2），且其獨(dú)立提供的導(dǎo)航信號(hào)服務(wù)性能已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

表2 四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間信號(hào)精度

2020年系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明：北斗三號(hào)系統(tǒng)所有頻點(diǎn)信號(hào)水平定位精度均優(yōu)于4 m，其中平穩(wěn)過(guò)渡信號(hào)B1Ⅰ水平定位精度為3 m，新體制信號(hào)B1C水平定位精度優(yōu)于2 m（圖2、圖3）。

北斗三號(hào)系統(tǒng)工程高度重視國(guó)際合作和國(guó)際化發(fā)展，在有限頻率資源下，星上采用多種技術(shù)對(duì)導(dǎo)航信號(hào)體制進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化；在B1頻點(diǎn)上設(shè)計(jì)播發(fā)專用導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了與美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作，使全球用戶可以享用多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)合提供的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)，為世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的融合發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明：相較于使用某個(gè)單一全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供導(dǎo)航定位服務(wù)，用戶聯(lián)合使用北斗、GPS、GLONASS和Galileo四個(gè)系統(tǒng)，服務(wù)定位性能將提升50%以上。

圖2. 北斗三號(hào)系統(tǒng)平穩(wěn)過(guò)渡信號(hào)B1Ⅰ定位精度。

圖3. 北斗三號(hào)系統(tǒng)新體制信號(hào)B1C定位精度。

3. 主要技術(shù)突破

3.1. 導(dǎo)航信號(hào)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)

導(dǎo)航信號(hào)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與服務(wù)性能承載的核心?；贕PS、GLONASS等系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)建設(shè)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)主要選擇了衛(wèi)星導(dǎo)航的信號(hào)頻率及帶寬，因此其可用的導(dǎo)航信號(hào)頻率資源極為有限。北斗三號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)體制設(shè)計(jì)堅(jiān)持自主創(chuàng)新、兼容操作的要求，以服務(wù)用戶的性能提升、平穩(wěn)過(guò)渡、功能綜合為目標(biāo)，創(chuàng)新性提出了新型三頻的導(dǎo)航信號(hào)體制（圖4）。

圖4. 北斗三號(hào)系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)示意圖。

北斗三號(hào)系統(tǒng)在播發(fā)新型全球?qū)Ш叫盘?hào)的同時(shí)，播發(fā)了北斗二號(hào)系統(tǒng)B1Ⅰ、B3Ⅰ等平穩(wěn)過(guò)渡信號(hào)（表3），保證了北斗二號(hào)系統(tǒng)用戶終端的繼續(xù)使用[5]。在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)B1信號(hào)頻點(diǎn)和B2信號(hào)頻點(diǎn)上，分別設(shè)計(jì)了正交復(fù)用二進(jìn)制偏移載波（QMBOC）、非對(duì)稱恒包絡(luò)二進(jìn)制偏移載波（ACE-BOC）調(diào)制方式，在實(shí)現(xiàn)與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)兼容互操作性的同時(shí)，保證了系統(tǒng)的自主可控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了多載波信號(hào)恒包絡(luò)復(fù)合技術(shù)，具有信號(hào)頻域稀疏、時(shí)域恒包絡(luò)等特點(diǎn)，有效地利用無(wú)線電射頻信號(hào)非連續(xù)頻譜資源，提高了導(dǎo)航信號(hào)的測(cè)距精度和抗干擾能力。北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)結(jié)構(gòu)靈活，用戶接收方式多樣。

表3 北斗三號(hào)系統(tǒng)服務(wù)與導(dǎo)航信號(hào)

3.2. 星間鏈路跨越式發(fā)展

國(guó)外的GPS、Galileo等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均依靠在全球范圍內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量地面站的方式，實(shí)現(xiàn)其在全球范圍內(nèi)良好的服務(wù)性能。針對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)面臨的不在全球布站、中圓地球軌道衛(wèi)星觀測(cè)弧段短等問(wèn)題，北斗三號(hào)系統(tǒng)創(chuàng)新性地提出了“國(guó)內(nèi)地面站+星間鏈路”（domestic ground stations plus inter-satellite links）的技術(shù)方案，利用星間鏈路持續(xù)進(jìn)行全星座星間精密測(cè)量并提供數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)全星座精密定軌與時(shí)間同步，構(gòu)建全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，保證全球系統(tǒng)導(dǎo)航業(yè)務(wù)運(yùn)行，確保全球系統(tǒng)服務(wù)性能指標(biāo)的均勻性。

通過(guò)在北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星上配置無(wú)線電測(cè)量通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了所有衛(wèi)星之間的偽距測(cè)量與雙向通信，從而達(dá)到提高星座精密定軌與時(shí)間同步精度、支持全天候境外衛(wèi)星在軌管理的目標(biāo)?；谛情g鏈路的北斗三號(hào)星座系統(tǒng)，具有顯著的信息網(wǎng)絡(luò)屬性（圖5）。

北斗三號(hào)系統(tǒng)星間鏈路采用Ka頻段相控陣技術(shù)、時(shí)分半雙工體制。按照混合星座中各個(gè)軌道上每顆衛(wèi)星的在軌工作狀態(tài)，星上綜合信息控制單元按照一定的網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)劃、建鏈策略，控制衛(wèi)星上相控陣鏈路的信號(hào)波束指向，建立周期變化的星間鏈路，從而完成不同衛(wèi)星相互間的精密測(cè)距和數(shù)據(jù)傳輸。北斗三號(hào)系統(tǒng)星間鏈路具備更高的測(cè)距精度、更優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸能力和更強(qiáng)的抗干擾能力，在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中處于領(lǐng)先水平。北斗三號(hào)系統(tǒng)在軌測(cè)試結(jié)果表明：相對(duì)僅利用星地測(cè)量數(shù)據(jù)，在利用星間鏈路數(shù)據(jù)后，北斗三號(hào)系統(tǒng)的中圓地球軌道衛(wèi)星的軌道預(yù)報(bào)精度從0.4 m提升到0.15 m，鐘差預(yù)報(bào)誤差從3 ns減小到1 ns，導(dǎo)航星座實(shí)現(xiàn)了“一站式管理”。

圖5. 北斗三號(hào)系統(tǒng)星間鏈路示意圖。

3.3. 星載原子鐘持續(xù)升級(jí)

星載原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)播高性能導(dǎo)航信號(hào)的核心產(chǎn)品，用于產(chǎn)生星上高精度時(shí)間頻率基準(zhǔn)信號(hào)，其性能指標(biāo)優(yōu)劣直接決定了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的PNT服務(wù)精度。北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星設(shè)計(jì)研制了新一代國(guó)產(chǎn)化的銣原子鐘[圖6（a）]，產(chǎn)品具有高集成、高性能、高可靠的特點(diǎn)，能夠滿足衛(wèi)星平臺(tái)高集成的承載條件，其天穩(wěn)定度性能進(jìn)入10-14量級(jí)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星同時(shí)配置了氫原子鐘[圖6（b）]，進(jìn)一步提升了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、授時(shí)精度和星座自主運(yùn)行能力，實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)的頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度及日漂移率。氫原子鐘的天穩(wěn)定度性能進(jìn)入10-15量級(jí)。

北斗三號(hào)系統(tǒng)星座充分發(fā)揮了各類原子鐘的特點(diǎn)，利用混合鐘組配置實(shí)現(xiàn)了高性能、高可靠的星載時(shí)頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻系統(tǒng)時(shí)頻信號(hào)的無(wú)縫切換，顯著提升了北斗三號(hào)衛(wèi)星的時(shí)頻性能和服務(wù)精度。

3.4. 短報(bào)文通信能力拓展

短報(bào)文通信與位置報(bào)告功能是北斗三號(hào)系統(tǒng)導(dǎo)航通信融合設(shè)計(jì)思想的最佳體現(xiàn)。北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星在繼承北斗二號(hào)系統(tǒng)區(qū)域有源技術(shù)體制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了其服務(wù)能力。北斗三號(hào)系統(tǒng)的區(qū)域短報(bào)文服務(wù)與位置報(bào)告功能實(shí)現(xiàn)了其在中國(guó)及周邊地區(qū)信號(hào)體制的平穩(wěn)過(guò)渡，可保證北斗二號(hào)系統(tǒng)用戶繼續(xù)使用，并且通過(guò)優(yōu)化衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)，將轉(zhuǎn)發(fā)器通道和天線波束數(shù)量增加至6 路等措施（圖7），提高衛(wèi)星的輻射信號(hào)功率，進(jìn)而大幅提升服務(wù)能力。

相比北斗二號(hào)系統(tǒng)，通過(guò)提高衛(wèi)星播發(fā)信號(hào)的功率和改進(jìn)信號(hào)體制等措施，在保證原有用戶使用感受平穩(wěn)過(guò)渡的情況下，北斗三號(hào)系統(tǒng)信號(hào)服務(wù)容量提升10倍，達(dá)到每小時(shí)1000萬(wàn)次以上；短報(bào)文通信單條信息長(zhǎng)度由120個(gè)漢字提升為1000個(gè)漢字；用戶發(fā)射功率降至1/10。

圖6. 北斗三號(hào)系統(tǒng)的星載原子鐘。（a）星載銣原子鐘；（b）星載氫原子鐘。

同時(shí)，通過(guò)在三顆地球靜止軌道衛(wèi)星上配置可動(dòng)點(diǎn)波束，使得服務(wù)范圍拓展到印度洋和太平洋。另外，基于中圓地球軌道衛(wèi)星“全球覆蓋，星間互聯(lián)”的特點(diǎn)，北斗三號(hào)系統(tǒng)通過(guò)在中圓地球軌道衛(wèi)星上配置基于處理和轉(zhuǎn)發(fā)體制的報(bào)文通信接收機(jī)，將短報(bào)文通信服務(wù)能力拓展到全球，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球范圍以15°仰角雙重覆蓋、以30°仰角單重覆蓋，向全球用戶提供報(bào)文通信、位置報(bào)告、應(yīng)急搜救等業(yè)務(wù)（圖8）。

3.5. 衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)自主可控與組批研制

導(dǎo)航衛(wèi)星的高密度批量生產(chǎn)能力是實(shí)現(xiàn)北斗三號(hào)系統(tǒng)快速組網(wǎng)的重要保障。北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星研制項(xiàng)目組自主開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)全桁架式衛(wèi)星平臺(tái)（圖9），解決了中圓地球軌道衛(wèi)星直接入軌一箭多星發(fā)射的難題，滿足了快速組網(wǎng)的任務(wù)需求。該衛(wèi)星平臺(tái)在衛(wèi)星承載效率、載荷平臺(tái)重量比、功率質(zhì)量比等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

圖7. 區(qū)域短報(bào)文S波段信號(hào)服務(wù)覆蓋區(qū)。

圖8. 北斗三號(hào)系統(tǒng)全球短報(bào)文服務(wù)示意圖。

按照工程建設(shè)和組批研制項(xiàng)目群管理要求，北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星研制項(xiàng)目組提出了資源動(dòng)態(tài)配置、研制流程再造、批產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)控制、質(zhì)量控制、集成測(cè)試等方面的新措施和新方法，實(shí)現(xiàn)了每年12顆整星并行總裝和測(cè)試的研制能力，有力支撐了北斗三號(hào)系統(tǒng)在3年內(nèi)完成30顆衛(wèi)星的高密度發(fā)射組網(wǎng)。北斗三號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)工程2020年提前半年完成建設(shè)，創(chuàng)造了全球衛(wèi)星導(dǎo)航星座組網(wǎng)的“中國(guó)速度”。

北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星在設(shè)計(jì)初期，就明確提出了國(guó)產(chǎn)化與自主可控的要求，建立了北斗導(dǎo)航衛(wèi)星器部件產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化研制、驗(yàn)證和應(yīng)用的一體化體系。衛(wèi)星總體和單機(jī)產(chǎn)品研制單位秉承原始創(chuàng)新、自主發(fā)展理念，突破了星載原子鐘、行波管放大器、大功率微波開(kāi)關(guān)等核心關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了星載產(chǎn)品100%國(guó)產(chǎn)化和核心器部件的自主可控。

4. 發(fā)展與展望

隨著大眾用戶需求的提高，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)能力將持續(xù)發(fā)展并不斷升級(jí)。與其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一樣，基于無(wú)線電信號(hào)測(cè)量和傳輸技術(shù)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)具有落地電平低、穿透力差、易受干擾等固有脆弱性和局限性，特別是在深空、水下、室內(nèi)等環(huán)境下使用時(shí)受限。為此，中國(guó)已著手開(kāi)展下一代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的論證研究工作，在充分發(fā)揮天基混合星座衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)能力的基礎(chǔ)上，融合多種導(dǎo)航技術(shù)手段，打造更加精確可信的時(shí)空基準(zhǔn)核心，發(fā)展綜合PNT體系，為國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更加強(qiáng)健的時(shí)空信息保障[6]。

第一，按照體系融合的發(fā)展思路，建設(shè)“更加泛在、更加融合、更加智能”的國(guó)家綜合PNT體系。根據(jù)不同的使用場(chǎng)景環(huán)境為用戶提供PNT服務(wù)差異化的解決方案，實(shí)現(xiàn)由深空到深海的立體服務(wù)覆蓋，具備由公里級(jí)定位精度到分米、厘米級(jí)定位精度的多樣化服務(wù)能力，滿足用戶對(duì)“更加泛在、更高精度、更加安全”的時(shí)空信息服務(wù)的需求（表4）。

表4 中國(guó)的PNT體系

第二，持續(xù)強(qiáng)化北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心和基石作用，打造“更精、更強(qiáng)、更廣、更智能”的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)能力。構(gòu)建天地一體化的時(shí)空基準(zhǔn)網(wǎng)和導(dǎo)航信息服務(wù)網(wǎng)，突破時(shí)空基準(zhǔn)天基化、衛(wèi)星系統(tǒng)智能化、導(dǎo)航信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建高中低軌混合星座，建設(shè)“基準(zhǔn)統(tǒng)一、覆蓋無(wú)縫、安全可信、高效便捷”的國(guó)家綜合PNT體系。

第三，建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航補(bǔ)充、備份、增強(qiáng)系統(tǒng)。通過(guò)將現(xiàn)有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與低軌通信星座相結(jié)合，建設(shè)基于低軌衛(wèi)星星座的導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球備份PNT服務(wù)能力，提升北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的服務(wù)性能。通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地面移動(dòng)通信5G/6G技術(shù)相融合，填補(bǔ)室內(nèi)PNT服務(wù)短板，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外無(wú)縫定位；通過(guò)升級(jí)建設(shè)遠(yuǎn)程陸基導(dǎo)航系統(tǒng)，在海上形成極端條件下備份PNT基本能力；同時(shí)，積極探索X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)，為人類探索深空活動(dòng)提供PNT保障；發(fā)展微PNT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖9. 北斗三號(hào)系統(tǒng)中圓地球軌道衛(wèi)星示意圖。（a）中圓地球軌道衛(wèi)星；（b）衛(wèi)星結(jié)構(gòu)爆炸圖。