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杨长风等:加快建设下一代北斗系统 筑牢我国时空信息服务重要基石

2020年7月31日,习近平总书记向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗 三步走 发展战略圆满完成,北斗迈进全球服务(fuwu)新时代。

北斗卫星导航系统是(shi)我(wo)国独立建(jian)设(she)运行的(de)全球卫星导航系统,是(shi)联合国全球卫星导航系统国际委员会明确的(de)全球系统核心供应商之一。北斗三号全球卫星导航系统的(de)建(jian)成开通,是(shi)我(wo)国攀登科技(keji)高峰、迈向航天强国的(de)重要里程碑。北斗卫星导航系统开通服务(fuwu)两年以来,持续运行稳定,性能稳中有升,产业快速发展,服务(fuwu)亿万大众,成为国家重大战略性时空信息基础设(she)施。进入新的(de)历史阶段,面对(dui)世界卫星导航新一轮竞技和用户不断增长的(de)泛在时空信息需求,应深入贯彻新发展理念,加快建(jian)设(she)下一代北斗系统,并以北斗为核心构建(jian)国家综合时空体系,抢占未来发展制高点,着力构建(jian)新发展格局,努力实现高质量发展。

杨长风等:加快建(jian)设(she)下一代北斗系统 筑牢国家时空信息服务(fuwu)重要基石

2020年6月23日,北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。

迈上全球服务(fuwu)新阶段,树立精稳运行高标杆

北斗三号全球卫星导航系统仅用两年半时间(shijian)高密度发射18箭30星,且组网发射 零故障 ,创造了世界卫星导航发展史上的(de)奇迹。

精度世界一流。北斗系统通过创新星座构型、构建(jian)星间链路、优化信号体制等多种技术创新,在全球范围实现一流精度。国际卫星导航监测组织及监测评估系统实时对(dui)我(wo)国北斗、美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略系统等全球系统监测评估结果表明,北斗系统全球定位精度优于5米,在亚太地区的(de)精度更高,超过美国GPS、俄罗斯格洛纳斯等系统,服务(fuwu)性能世界一流。同时,北斗系统还可提供差异化的(de)高精度和高完好(hao)服务(fuwu),构建(jian)天地基增强服务(fuwu)体系,在我(wo)国及周边地区通过星基增强、精密单点定位和地基增强服务(fuwu),为用户提供从米级到分米级、厘米级和事后毫米级的(de)高精度服务(fuwu),以及I类精密进近完好(hao)性服务(fuwu),进一步满足用户高性能的(de)导航定位需求。

服务(fuwu)功能强大。北斗系统突破卫星导航多体制兼容和一体化设(she)计系列关键技术,在卫星平台上实现7大服务(fuwu)、3个频(pin)点8个信号的(de)集成融合设(she)计,不仅可以向全球用户提供基本的(de)定位导航授时服务(fuwu),还具备多种特色服务(fuwu)功能。其中包括向全球用户提供的(de)全球短报文通信和国际搜救服务(fuwu),向我(wo)国及周边地区用户提供的(de)区域短报文通信、星基增强服务(fuwu)、精密单点定位和地基增强服务(fuwu)。北斗系统多信号的(de)融合播发,有利于用户获取更多的(de)可用信号,有利于提升用户高精度定位的(de)效率,提升导航定位的(de)可信度和可靠性。

运管高效有力。北斗全球系统由30颗卫星、数十个地面站,以及卫星与卫星、卫星与地面、地面与地面间数百条链路构成,是(shi)我(wo)国迄今为止规模最大、覆盖范围最广、服务(fuwu)性能要求最高的(de)巨型复杂航天系统,也是(shi)国际上第一个实现星地一体组网业务化运行的(de)全球卫星导航系统。针对(dui)北斗系统庞大复杂、一体运行要求高、运行管理模式新等特点,创新构建(jian)中国特色的(de)北斗系统运行管理体系。管理层面,充分发挥新型举国体制优势(youshi),建(jian)立集中统一的(de)组织机构和工作机制,构建(jian)高效运转的(de)管理机制和多方联保机制;技术层面,大力实施数据融通与智能运维工程,推动运管向智能化方向发展,运管水平大幅提升。

运行连续稳定。卫星导航系统作为提供时空信息服务(fuwu)的(de)基础设(she)施,连续稳定运行是(shi)重要要求,服务(fuwu)中断将直接影响用户使用。北斗系统的(de)建(jian)成开通不是(shi)终点,而是(shi)新的(de)起点。高稳定运行能力和高可靠连续服务(fuwu),是(shi)北斗系统进入全球服务(fuwu)时代的(de)新标尺。从世界上其他(ta)全球卫星导航系统运行来看,均出现过服务(fuwu)中断或服务(fuwu)偏差等问题。例如,2019年,欧洲伽利略系统因地面段升级造成精密时间(shijian)设(she)施故障,服务(fuwu)持续中断117小时,引发国际卫星导航领域高度关注。北斗系统自2012年12月27日向亚太开通服务(fuwu)以来,至今服务(fuwu) 零中断 ;2020年7月31日向全球开通服务(fuwu)以来,系统运行连续稳定,系统性能稳中有升。

培育壮大时空服务(fuwu)产业,助力高质量发展

天上好(hao)用,地上用好(hao)。 实现应用服务(fuwu)是(shi)北斗系统建(jian)设(she)的(de)出发点,也是(shi)落脚点。近年来,我(wo)国卫星导航与位置服务(fuwu)产业保持年均20%左右的(de)稳健增长,2021年总产值达4690亿元,北斗规模应用进入市场化、产业化、国际化发展的(de)关键阶段。

促进产业生态健康发展。作为我(wo)国战略性新兴产业,卫星导航产业经过十余年发展,已形成涵盖芯片、模块、天线、板卡、终端和服务(fuwu)全链条的(de)完整产业链,芯片工艺从130纳米提升到14纳米,尺寸从150多平方毫米缩小到5平方毫米。近年来,北斗兼容型芯片模块销量超过亿级规模,北斗产业化发展写入国家 十四五 规划和2035年远景目标纲要,各地方、各行业也陆续出台相关规划和政策。目前,我(wo)国已建(jian)立北斗基础产品(chanpin)检测认证、北斗导航专利优先审查等机制,成立全国北斗卫星导航标准化技术委员会,卫星导航基础产品(chanpin)自主优质供给不断扩大,卫星导航专利累计申请量保持全球第一,百余项重要标准先后制定发布,北斗产业生态持续健康发展。

保障国民经济命脉安全。北斗深度融入我(wo)国国民经济多个领域,通过提供精准、可靠的(de)时空基准信息服务(fuwu),实现显著的(de)经济效益和社会效益。在交通运输领域,建(jian)成全球最大的(de)车联网平台,截至2021年底,国内超过780万辆道路营运车辆、4万多辆邮政快递干线车辆已应用北斗系统,大幅提升我(wo)国综合交通管理效率和运输安全水平。在通信领域,与中国移动合作在全国范围建(jian)设(she)超过4000座北斗地基增强基准站,建(jian)成全球规模最大的(de)5G+北斗高精度服务(fuwu)系统,可面向全国广大地区提供高精度定位服务(fuwu)。在电力领域,已完成超过2000座电力行业北斗地基增强基准站部署,为无人(ren)机自主巡检、变电站机器人(ren)巡检、杆塔监测等提供高精度服务(fuwu)。在救灾减灾领域,已建(jian)成多级服务(fuwu)平台,应用北斗终端约5万台,成功预警甘肃黄土滑坡、湖南石门山体滑坡等自然灾害。随着新基建(jian)战略的(de)布局推动,北斗加速融入并持续护航电力电网、金融、电信、信息网络等基础设(she)施建(jian)设(she),为国民经济命脉安全稳定运行提供有力保障。

赋能经济社会产业发展。北斗广泛进入民生领域,正在催生 北斗+ 和 +北斗 的(de)新业态、新模式,深刻改变人(ren)们(men)的(de)生产生活方式。以智能手机和智能穿戴设(she)备为代表的(de)北斗大众领域应用获得全面突破,包括智能手机器件供应商在内的(de)多家国内外主流芯片厂商与北斗达成合作。2021年,在国内智能手机出货中,支持北斗系统的(de)达3.24亿部,占总出货量的(de)94.5%。在智慧家居、智慧社区、智慧文旅、智慧教育等涉及大众生活的(de)数字化应用场景,北斗精准统一的(de)时空服务(fuwu)正加快与物联网、云计算、大数据、人(ren)工智能等新技术融合,促进经济社会提质增效发展。

推动构建(jian)人(ren)类命运共同体。中国的(de)北斗,也是(shi)世界的(de)北斗。北斗全球系统的(de)建(jian)成是(shi)我(wo)国为全球公共服务(fuwu)基础设(she)施建(jian)设(she)作出的(de)重大贡献,也对(dui)推动构建(jian)人(ren)类命运共同体具有深远意义。北斗积极推动国际化发展,务实开展国际合作,与其他(ta)卫星导航系统兼容共用、共同发展,携手为全球用户服务(fuwu)。积极履行全球系统核心供应商的(de)责任担当,广泛参与联合国框架下多边协调交流活动,成功加入国际民航、海事、通信、搜救等国际组织标准,服务(fuwu)国际主要行业应用。根据不同国家、不同行业应用需求,提供定制化的(de)北斗应用解决方案,国产北斗应用产品(chanpin)输出到全球半数以上的(de)国家和地区,东盟、南亚、东欧、西亚、非洲、阿盟等用户陆续加入北斗 朋友圈 ,北斗应用惠及全球,为世界贡献中国智慧和中国力量。

加快建(jian)设(she)下一代北斗,打造竞争新优势(youshi)

2020年,世界卫星导航发展进入新纪元,全球四大卫星导航系统和日印等区域系统均已提供服务(fuwu),并瞄准2035年前后形成新的(de)竞争优势(youshi)。展望未来,北斗系统要应势而上、承上启下,不断开拓创新,打造竞争新优势(youshi)。

卫星导航进入新一轮国际竞技。当前,全球在轨运行服务(fuwu)的(de)卫星数量有近140颗,世界卫星导航全面进入多系统服务(fuwu)新阶段。为进一步提升系统能力和全球竞争力,世界各主要卫星导航国家瞄准更高精度、更多功能、更加安全,均在规划和部署新一代系统。美国计划2034年前完成32颗GPSIII系列卫星部署,欧洲计划2035年前完成第二代伽利略系统建(jian)设(she),俄罗斯计划2030年建(jian)成以新一代卫星为主体的(de)导航星座,新一轮世界卫星导航新竞技态势日益凸显。

创新升级北斗系统。面对(dui)创新超越的(de)重要机遇期,北斗要创新系统架构,在现有中高轨混合星座基础上,紧抓商业航天发展机遇,构建(jian)高中低轨混合星座,实现全球分米级高精度服务(fuwu)能力;要加强核心攻关,加快激光星间链路、数字化载荷、新型原子钟等对(dui)系统精度和安全性提升有关键影响的(de)核心技术和产品(chanpin)研发;要创新运维模式,推动监测资源天基化、时空基准天基化、地面系统一体化、运维能力智能化发展;要强化特色功能,实现更大容量、更高速率、更低功耗的(de)短报文通信能力和全球随遇接入能力,全面提升系统性能、拓展服务(fuwu)功能、强化安全可信。

构建(jian)综合时空体系,擘画未来发展新愿景

习近平总书记指出,北斗系统将面向 一带一路 国家和地区开通服务(fuwu),2020年服务(fuwu)范围覆盖全球,2035年前还将建(jian)设(she)完善更加泛在、更加融合、更加智能的(de)综合时空体系。

当前,我(wo)国正在积极推动以北斗为核心构建(jian)国家综合定位导航授时(PNT)体系,满足万物感知、万物互联和万物智能时代的(de)时空信息服务(fuwu)需求,支撑新一轮科技(keji)革命和产业变革。

融合多种手段满足泛在可信需求。人(ren)类获取时空信息的(de)手段经历了自然地物导航、机械装置导航、无线电/惯性导航、卫星导航四个阶段。目前,卫星导航满足了全球地表及近地空间内用户普适的(de)低成本PNT需求,但由于无线电信号具有信号易被遮挡和干扰等固有特性,卫星导航应用存在一定局限。例如,在复杂电磁环境下易受干扰和阻断,信号穿透障碍能力受限,在隧道、峡谷、密林、高楼、室内等区域,有时无法正常使用,而且难以抵达深海、深空。面对(dui)人(ren)类活动空间逐步扩展到陆海空天全域和更加泛在安全的(de)应用需求,要综合发展卫星导航、惯性导航、室内导航、水下导航、深空导航等多种导航技术,融合5G、大数据、人(ren)工智能等新技术,形成陆海空天一体、室内室外无缝衔接的(de)时空信息服务(fuwu)能力。

以北斗为核心构建(jian)综合时空体系。卫星导航虽然存在一定的(de)使用局限,但在各种定位导航授时手段中,以其全球覆盖、全天候、全天时、高精度、便捷性、低成本等独特优势(youshi),既是(shi)目前人(ren)类社会使用最广泛的(de)PNT手段,也是(shi)为其他(ta)各类PNT手段提供统一时空基准的(de)重要基础。相比卫星导航,任何其他(ta)PNT手段都不能兼具上述优势(youshi),缺少卫星导航,将导致PNT体系碎片化发展。当前,我(wo)国正在推动以北斗系统为核心的(de)国家综合PNT体系建(jian)设(she),2035年前,我(wo)国将建(jian)成基准统一、覆盖无缝、安全可信、高效便捷的(de)国家综合时空体系,通过体系融合聚能、赋能、生能、强能,为未来智能化、无人(ren)化发展提供核心支撑。在不远的(de)未来,从室内到室外,从深海到深空,用户均可享受全覆盖、高可靠的(de)导航定位授时服务(fuwu),北斗卫星导航系统将更好(hao)地服务(fuwu)全球、造福人(ren)类。

杨长风等:加快建(jian)设(she)下一代北斗系统 筑牢国家时空信息服务(fuwu)重要基石

作者:杨长风系中国工程院院士,北斗卫星导航系统工程总设(she)计师;卢鋆系北斗地面试验验证系统副总设(she)计师,北京跟踪与通信技术研究所高级工程师

来源:《中国网信》2022年第5期

杨长风等:加快建设下一代北斗系统 筑牢国家时空信息服务重要基石

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李传七 说: 不失为富家翁!
李雨泽 说: 写得好,必须顶
张家蒴 说: 坚决维护党和国家的利益
王敏鑫 说: 祖国强大,人民幸福
张翔涵 说: 来生还做中国人
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