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北斗系统的“今生”故事

  1月12日7时18分,我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射第二十六、二十七颗北斗导航卫星。这两颗卫星是我国北斗三号工程第三、四颗组网卫星。这次发射是北斗卫星导航系统今年首次发射,正式拉开新年度北斗高密度发射序幕。卫星入轨后,经测试及入网验证,可对外提供服务。按照计划,北斗卫星导航系统将于今年底服务“一带一路”沿线国家。
  什么是北斗卫星导航系统
  《中国北斗卫星导航系统》白皮书指出,北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
  北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站。用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。
  北斗系统的发展历程与发展现状
  20世纪后期,中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路,逐步形成了三步走发展战略。北斗一号系统工程建设于1994年启动,2000年建成并投入使用,为中国用户提供服务;北斗二号系统工程建设于2004年启动,2012年年底建成,向亚太地区提供服务;北斗全球系统建设于2009年启动,2017年北斗三号首批组网卫星发射升空并成功入轨,拉开了北斗系统全球组网的序幕。
  目前,北斗系统已覆盖200多个国家和地区,与美国全球定位系统(GPS)实现全面信号兼容。北斗二号系统性能稳中有升。其定位精度由2012年的10米提升至6米,在中国境内能够提供实时米级、分米级、厘米级和后处理毫米级高精度服务;建成全球连续监测评估系统,具备对四大导航系统监测评估能力。相比于北斗二号系统,北斗三号系统的服务区域实现了从中国及亚太地区向全球覆盖的跨越,同时,在用户导航定位的服务精度、信号连续性、系统可用性等方面,北斗三号也实现了大幅提升。据中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其介绍,北斗三号将在定位精度上达到2.5米至5米。
  北斗系统的技术创新与功能作用
  北斗系统立足国情富有特色,国际首创混合星座设计,开创导航定位、短报文通信、差分增强融合技术体制。
  北斗系统的技术创新性主要体现在三个方面。其一,北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座。其优点在于与其他卫星导航系统相比,高轨卫星具有更强的抗遮挡能力,尤其是低纬度地区性能特点更为明显。其二,位置报告功能也是北斗系统的一大创新点。这项技术使北斗具有了“让别人知道我在哪儿”的能力。其三,北斗系统具有短报文服务能力。中国卫星导航定位协会会长于贤成介绍说,北斗系统的这项“独门绝技”,融合了导航和通信功能,保证了在地面通信设施被毁坏的情况下,用户仍然能够和外界保持联络。
  “北斗系统主要提供了导航、定位和授时三大功能,以解决我们‘现在在哪里’和‘现在是什么时间’这两个基本问题。北斗的作用就是中国为全人类贡献的时间坐标和空间坐标。”于贤成表示,“如同能源、交通和通信一样,北斗系统是我国的战略基础设施。有了北斗导航,我们国家就树起了一道安全屏障。”
  北斗系统的应用与产业化成果
  北斗系统自2012年正式向亚太地区提供服务以来,取得了令人瞩目的成绩。北斗系统的技术能力、定位精度、应用水平都得到了较快发展,已形成北斗完整产业链。北斗在国家安全和重点领域标配化使用,在大众消费领域规模化应用,正在催生“北斗+”融合应用新模式。
  北斗基础性产品实现历史性跨越。2012年以前,我国在国产北斗芯片、天线和高精度接收机领域一片空白。而今,我国已经完全掌握了卫星导航信号接收处理系统芯片的核心技术,国产北斗芯片已实现规模化应用,工艺由0.35微米提升到28纳米,最低单片价格仅6元,总体性能达到甚至优于国际同类产品。目前,国产北斗芯片累计销量突破5000万片,高精度OEM板和接收机天线已分别占国内市场份额30%和90%。
  行业区域应用显现规模化效益。2012年以前,国内使用的基本是国外卫星导航系统。如今,北斗已在公安、交通、渔业、农业、林业、减灾等领域得到广泛使用,服务于智慧城市建设和社会治理。近500万辆营运车辆装备了北斗芯,建起了全球最大的车联网平台。4万余艘渔船安装了北斗终端,累计救助渔民超过1万人。以北斗应用深入燃气管网为例,北京庞大复杂的燃气管网与多达六级的压力级制,正是依靠北斗系统实现的。结合地面的精准服务站,北斗卫星定位精度已达10厘米左右,与从前GPS的10米左右相比有大幅提升,而后者在分秒必争的泄漏抢险中容易发生漂移。“我们的泄漏自查率提高到90%—95%,原来是60%—70%。”北京市燃气集团有限公司副总经理高顺利表示,这更多地避免了次生灾害的发生,“还能快速地确定管线和漏点所在位置,把抢险时间缩减到最短。”
  大众应用触手可及。近年来,北斗日益走入百姓生活。世界主流手机芯片大都支持北斗,国内销售的智能手机北斗正成为标配。共享单车配装北斗实现精细管理。支持北斗的手表、手环、学生卡,更加方便和保护人们日常生活。于贤成形象地说道,“今天,你在家里看护老人,出门打上滴滴快车,在天猫上互联网购物,出差旅游预订酒店,都有北斗导航在默默地为你服务。”以北京为例,33500辆出租车、21000辆公交车安装北斗,实现北斗定位全覆盖;1500辆物流货车及19000名配送员,使用北斗终端和手环接入物流云平台,实现实时调度。
  北斗融合互联网催生新业态。国内卫星导航产业年产值年均增长率超过15%,2016年突破2118亿元,北斗贡献率超过70%,预计2017年超过2500亿元,北斗贡献率可达80%。北斗与互联网、云计算、大数据融合,建成高精度时空信息云服务平台,推出全球首个支持北斗的加速辅助定位系统,服务覆盖200余个国家和地区,用户突破1亿,日服务达2亿次。
  未来北斗系统的发展计划
  目前,我国正在实施北斗三号系统建设。今年年底前,北斗将继续发射十几颗北斗三号组网卫星,实现“一带一路”沿线及周边国家和地区的覆盖。到2020年,将完成三十多颗卫星发射组网,最终达到为全球用户提供服务的能力。
  “北斗技术和北斗产品将走出国门,服务世界,让全人类享受到北斗导航的阳光。”于贤成介绍说,“北斗系统也将与世界上其他三大全球卫星导航系统和区域卫星导航系统联合组网,共同编织由100余颗卫星组成的卫星导航网络,造福全世界。”

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