1 衛(wèi)星導(dǎo)航概況

導(dǎo)航的概念及發(fā)展

從古至今，人類一直在孜孜追求導(dǎo)航的技術(shù)。從早期的司南定向，到航海時代的星盤、六分儀、航海鐘，再到現(xiàn)代無線電導(dǎo)航，直至近幾十年，隨著科學技術(shù)的進步，尤其是航天技術(shù)的發(fā)展，人們進入到衛(wèi)星導(dǎo)航的時代，才獲得相對理想的定位、導(dǎo)航與授時信息。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供定位、導(dǎo)航與授時信息。定位，是指以標準大地坐標系為參照，按照用戶規(guī)定的實時性要求，提供精確的二維或三維位置和方位的能力；導(dǎo)航，是指按照用戶實時性要求確定當前位置和目的地位置，并參考地理和環(huán)境信息，修正航線、方向、速度，抵達任何位置的能力；授時，是指能在任何地方，按照用戶規(guī)定的實時性要求，得到并保持準確和精密時間的能力。

衛(wèi)星導(dǎo)航基本原理

以導(dǎo)航衛(wèi)星為參照物，用戶使用接收機測量到3顆衛(wèi)星的距離，利用三球交匯原理就能得到用戶位置?？紤]到接收機時鐘與導(dǎo)航衛(wèi)星時鐘存在未知時差的因素，用戶機需同時收到4顆衛(wèi)星信號并解算三維位置和接收機鐘差，從而獲得精確的位置和時間信息。衛(wèi)星導(dǎo)航的全天時、全天候、覆蓋廣等特點，可以滿足我們對精準時空信息實時獲取的需求。

冉承其在第64屆國際宇航大會上發(fā)言

世界衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展

世界各主要航天國家都十分重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)、應(yīng)用和發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成為重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。目前，世界衛(wèi)星導(dǎo)航呈現(xiàn)美國“全球定位系統(tǒng)”（GPS）、俄羅斯“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（GLONASS）、中國“北斗”和歐洲“伽利略”（Galileo）四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)競相發(fā)展的局面，這四大全球系統(tǒng)是聯(lián)合國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會認可的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)四大核心供應(yīng)商。

在四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，GPS建設(shè)最早，1973年起步，1995年起維持全運行能力，目前正在開展現(xiàn)代化工作；GLONASS系統(tǒng)1975年起步，1996年建成，2005年恢復(fù)完善，至今滿星座運行；歐洲2000年啟動Galileo系統(tǒng)建設(shè)，已發(fā)射4顆在軌驗證衛(wèi)星，計劃2020年建成。另外，日本、印度正在開展“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）、“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）等區(qū)域系統(tǒng)建設(shè)。

隨著世界衛(wèi)星導(dǎo)航從單一系統(tǒng)邁入多系統(tǒng)融合時代，兼容與互操作成為主要趨勢，衛(wèi)星導(dǎo)航向著更高性能、更加可靠、更高效益的方向發(fā)展。由于用戶設(shè)備具有小型化、嵌入式、廉價性等特點，衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用將更加普及，只有想不到，沒有做不到，已廣泛應(yīng)用到國家安全、經(jīng)濟發(fā)展、人民生活等各領(lǐng)域。

2 發(fā)展規(guī)劃

發(fā)展目標

中國政府高度重視“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，其發(fā)展目標是：

致力于為全球用戶提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同合作，服務(wù)全球、造福人類。

致力于滿足中國國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展對衛(wèi)星導(dǎo)航的需求，促進國家信息化建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的社會效益和經(jīng)濟效益。

基本原則

開放：將為用戶免費提供高質(zhì)量的開放服務(wù)，歡迎全世界的用戶使用“北斗”系統(tǒng)。

自主：中國將獨立自主地建設(shè)和運行“北斗”系統(tǒng)。

兼容：將致力于實現(xiàn)與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容與互操作，使用戶利用互操作信號獲得更好的服務(wù)。

漸進：考慮到技術(shù)和經(jīng)濟風險，“北斗”系統(tǒng)將依據(jù)中國的技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展實際，按照循序漸進的模式建設(shè)。

系統(tǒng)組成與服務(wù)

“北斗”系統(tǒng)空間段星座包括5顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星和30顆非GEO衛(wèi)星，地面控制段包括主控站、注入站、監(jiān)測站等30余個地面站，用戶段包括北斗用戶終端、與其他導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。

“北斗”系統(tǒng)提供授權(quán)、公開、廣域差分和短報文4種服務(wù)，定位精度優(yōu)于10m，授時精度優(yōu)于20ns，測速精度優(yōu)于0.2m/s。系統(tǒng)性能將持續(xù)改進提高，到2020年左右，系統(tǒng)總體性能將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高2倍左右。

發(fā)展步驟

“北斗”系統(tǒng)按照“三步走”的總體規(guī)劃，即“先區(qū)域、后全球，先有源、后無源”的總體發(fā)展思路分步實施，形成突出區(qū)域、面向世界、富有特色的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路。

第一步：在1994年啟動“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)建設(shè)，2000年形成區(qū)域有源服務(wù)能力；

第二步：在2004年啟動“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，2012年形成區(qū)域無源服務(wù)能力；

第三步：從2009年起持續(xù)發(fā)展“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，2020年左右“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成全球無源服務(wù)能力。

3 進展情況

主要包括系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用推廣、國際合作3個方面。

系統(tǒng)建設(shè)

（1）完成區(qū)域組網(wǎng)

“北斗”系統(tǒng)第二步規(guī)劃自2004年開始建設(shè)，2007年4月發(fā)射試驗衛(wèi)星，全面驗證了技術(shù)體制；2011年4月建成由3顆GEO衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星組成的基本系統(tǒng)，并于2011年12月27日提供試運行服務(wù)；2012年密集發(fā)射了“四箭六星”，完成了區(qū)域服務(wù)組網(wǎng)。目前在軌工作衛(wèi)星為14顆，包括5顆GEO、5顆IGSO和4顆中圓軌道（MEO）衛(wèi)星，構(gòu)成“5GEO+5IGSO+4MEO”的星座結(jié)構(gòu)。

（2）正式提供服務(wù)

2012年12月27日，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)。在中國及周邊地區(qū)，“北斗”系統(tǒng)基本服務(wù)性能如下：

覆蓋區(qū)域：55°（S）～55°（N）、55°（E）～180°（E）；

定位精度：平面10m，高程10m；

測速精度：0.2m/s；

授時精度：單向50ns。

可提供雙向高精度授時和短報文通信服務(wù)。通過廣域差分和地基增強等手段，“北斗”系統(tǒng)服務(wù)性能還可進一步提高。

（3）性能監(jiān)測評估

持續(xù)開展了系統(tǒng)性能監(jiān)測評估工作，全面測試了空間信號質(zhì)量、精度，定位、測速、授時服務(wù)能力。測試結(jié)果表明，正式運行9個月以來，系統(tǒng)運行連續(xù)、穩(wěn)定；系統(tǒng)覆蓋能力達到設(shè)計指標要求；定位精度逐漸提升，保證了區(qū)域服務(wù)性能。

應(yīng)用推廣

遵循“邊建邊用、以建帶用、以用促建”的基本思路，按照最大共性需求原則，加強基礎(chǔ)類芯片模塊的研發(fā)，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)；持續(xù)推進行業(yè)和區(qū)域示范項目，建立并提升應(yīng)用“北斗”的信心；加速推進“北斗”地基增強系統(tǒng)建設(shè)，在我國及周邊地區(qū)提供米級、分米級至厘米級的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)。

（1）基礎(chǔ)產(chǎn)品

“北斗”/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）基礎(chǔ)產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)已突破，技術(shù)攻關(guān)和使用驗證基本完成。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“北斗”/GPS雙模芯片已量產(chǎn)實用，可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度等性能進一步提升，預(yù)計2013年中國自主研發(fā)的“北斗”/GPS雙模芯片銷量達150萬片以上。

（2）行業(yè)應(yīng)用

交通領(lǐng)域。在北京、安徽等9省市共14萬輛“兩客一?！钡戎攸c運輸車輛上安裝“北斗”兼容終端，預(yù)計未來2年內(nèi)會有100萬輛營運車輛加裝“北斗”兼容終端，將進一步加強“北斗”導(dǎo)航在交通運輸安全監(jiān)管中的應(yīng)用力度，全面提升中國交通建設(shè)信息化和智能化水平。

氣象領(lǐng)域。構(gòu)建基于“北斗”的大氣、海洋和空間監(jiān)測預(yù)警體系，目前完成了“北斗”探空儀和探空系統(tǒng)的研發(fā)與試用，以及“北斗”水汽電離層監(jiān)測區(qū)域網(wǎng)的建設(shè)，“北斗”將逐步進入氣象監(jiān)測與預(yù)報業(yè)務(wù)體系，大幅提升傳統(tǒng)業(yè)務(wù)水平。

漁業(yè)領(lǐng)域?！氨倍贰笨商峁┻h海及近海船舶的位置監(jiān)控，“北斗”短信與手機短信可互聯(lián)互通，為漁船提供及時精準的氣象和海況信息。目前“北斗”船舶入網(wǎng)用戶近3萬個，伴隨手機用戶10萬余個。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。開展了基于“北斗”/GNSS的農(nóng)機精準監(jiān)控應(yīng)用，實現(xiàn)對農(nóng)機的高效管理和作業(yè)調(diào)度導(dǎo)航。目前，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)在北京開展了試用，通過實時監(jiān)測農(nóng)機的田間位置，大幅提高了農(nóng)機作業(yè)管理水平。

電力領(lǐng)域。研發(fā)了“北斗”/GNSS電力時間同步系統(tǒng)，目前中國近萬個電力主站、子站和電廠中已經(jīng)開始使用基于“北斗”的高精度授時終端，有效提升了電力行業(yè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的運行安全。

應(yīng)急救援領(lǐng)域。2013年4月20日中國四川蘆山地震，“北斗”終端在抗震救援的導(dǎo)航、通信和指揮中發(fā)揮了重要作用，48h內(nèi)共實現(xiàn)定位2.7萬余次，通信3萬余次，增配“北斗”終端500余臺。特別是在電力、通信、道路全部中斷的蘆山縣太平鎮(zhèn)，“北斗”終端向救援指揮部發(fā)出了第一條最緊迫的救援請求。

（3）大眾應(yīng)用

目前，已有20多個廠家參與“北斗”/GPS車載導(dǎo)航儀的生產(chǎn)，10余個品牌的“北斗”/GPS車載導(dǎo)航儀已經(jīng)正式走向市場，前后裝市場已各完成10萬臺以上的安裝和銷售。用戶體驗表明，“北斗”/GPS車載導(dǎo)航儀可以有效提升用戶在城市峽谷中導(dǎo)航定位的可用性和精度。同時，隨著芯片小型化、低功耗、低成本的發(fā)展，“北斗”芯片正在走進手機。預(yù)計不久，“北斗”/GNSS芯片將全面走向大眾應(yīng)用，服務(wù)大眾生活。

（4）地基增強系統(tǒng)

建設(shè)“北斗”地基增強系統(tǒng)，形成覆蓋全國的“北斗”地基增強骨干網(wǎng)和區(qū)域加密網(wǎng)，通過星基、地基等多種播發(fā)手段，向中國及其周邊地區(qū)提供廣域米級/分米級實時差分定位、區(qū)域厘米級實時定位等服務(wù)，提升“北斗”系統(tǒng)服務(wù)性能。計劃2015年前，建成覆蓋中國陸地及大部分海域的約150個國家框架站，和50%地區(qū)約750個區(qū)域加密站；2020年前，完成約1200個區(qū)域加密站建設(shè)；目前完成了關(guān)鍵技術(shù)演示驗證，即將啟動研制建設(shè)。

國際合作

深化和拓展國際合作，是全球衛(wèi)星導(dǎo)航大家庭的普遍共識和共同責任。中國始終秉承和堅持“‘北斗’是中國的、也是世界的”理念，愿與世界各國一道，共享衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展成果，共同開發(fā)空間資源，推動多系統(tǒng)兼容與互操作，全面提高衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)效益。

（1）多邊合作

●聯(lián)合國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)委員會

深度參與全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會（ICG）歷次大會，主辦ICG第七屆大會，首次發(fā)表《全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同宣言》，主導(dǎo)成立國際GNSS監(jiān)測和評估服務(wù)子工作組、應(yīng)用子工作組，致力于在兼容與互操作、開放透明服務(wù)、國際監(jiān)測評估、干擾檢測與減輕及頻譜保護等方面為全球用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

●國際電聯(lián)（ITU）

按照無線電規(guī)則，與各國就射頻兼容問題進行多輪協(xié)商，確?！氨倍贰毕到y(tǒng)不與其他系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。推動L頻段新增衛(wèi)星無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（RNSS）頻率以及S頻段衛(wèi)星無線電測定（RDSS）業(yè)務(wù)全球擴展，為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展爭取了新的頻率資源。

●國際標準化組織

積極融入國際標準化組織，推動“北斗”國際應(yīng)用。重點開展了“北斗”進入國際民航組織、國際海事組織、第三代移動通信標準化伙伴項目這三大組織的標準工作?！氨倍贰庇型?015年左右進入國際民航組織（ICAO）、國際海事組織（IMO）標準框架，2014年成為第三代合作伙伴計劃（3GPP）支持的定位系統(tǒng)。

●亞太地區(qū)有關(guān)國際組織

積極參加亞太地區(qū)有關(guān)國際組織及其活動。與亞太空間合作組織簽署合作意向書，舉辦衛(wèi)星導(dǎo)航培訓(xùn)班、研討會和交流活動，推動“北斗”在亞太地區(qū)的應(yīng)用。

●交流與培訓(xùn)

舉辦面向國際的中國衛(wèi)星導(dǎo)航學術(shù)年會，參加國際衛(wèi)星導(dǎo)航交流活動，推進學術(shù)交流、高端論壇和知識普及；依托國際GNSS科學教育中心，提供衛(wèi)星導(dǎo)航學歷教育、短期培訓(xùn)、專題授課等；籌建聯(lián)合國空間科學技術(shù)教育亞太區(qū)域中心。

（2）雙邊合作

推動與GNSS監(jiān)測評估有關(guān)國際組織合作，開展國際GNSS開放服務(wù)性能監(jiān)測評估活動，共同為用戶提供可靠的定位、導(dǎo)航和授時（PNT）服務(wù)。

與美、俄、歐等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開展兼容與互操作交流與協(xié)調(diào)，確保多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共同工作時，彼此間產(chǎn)生的干擾不影響對方系統(tǒng)性能；確保用戶在不顯著增加使用成本的前提下，通過使用多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號，享受到比使用單一系統(tǒng)信號更好的服務(wù)。

與巴基斯坦、印尼、斯里蘭卡、泰國、新加坡、澳大利亞等，開展衛(wèi)星導(dǎo)航交流與合作。致力于推動國際GNSS監(jiān)測評估系統(tǒng)建設(shè)，推動“北斗”/GNSS國際應(yīng)用。

4 “北斗”貢獻

獨特的發(fā)展模式

作為世界GNSS大家庭中的重要一員，通過長期積極探索，“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)形成了獨具特色的建設(shè)思路、建設(shè)道路和建設(shè)方案，極大地豐富了GNSS發(fā)展模式，為探索GNSS發(fā)展規(guī)律做出了貢獻。

一是基于中國國家發(fā)展需求，形成了“突出重點、服務(wù)全球、富有特色”的系統(tǒng)建設(shè)思路；二是基于中國技術(shù)經(jīng)濟實際，探索了“三步走”漸進發(fā)展的系統(tǒng)建設(shè)道路；三是基于廣大用戶使用要求，采用了無源定位+短報文通信的系統(tǒng)建設(shè)方案。

創(chuàng)新的技術(shù)體制

在繼承世界衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展成果的基礎(chǔ)上，圍繞用戶使用要求長期開展技術(shù)研究，攻克了核心關(guān)鍵技術(shù)，形成了系列創(chuàng)新成果，為GNSS技術(shù)發(fā)展做出了貢獻。

一是采用了GEO/IGSO/MEO三種軌道非均勻混合星座，快速形成應(yīng)用能力，為世界各國以較低的成本建設(shè)自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供了借鑒；二是首次將RNSS、廣域差分及短報文服務(wù)統(tǒng)一設(shè)計與實現(xiàn)，優(yōu)化了系統(tǒng)體制、節(jié)省了系統(tǒng)資源。

豐富的應(yīng)用機會

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)具備較為完善的應(yīng)用服務(wù)能力，可以滿足用戶使用要求，并形成了富有特色的服務(wù)能力，為衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的機遇。

一是具備服務(wù)亞太地區(qū)的能力，提供多系統(tǒng)兼容應(yīng)用的豐富選擇；二是具備三頻點導(dǎo)航信號服務(wù)能力，拓展高精度應(yīng)用的創(chuàng)新模式；三是具備定位、授時和短報文通信綜合服務(wù)能力，支持多樣化應(yīng)用。

5 近期計劃

系統(tǒng)建設(shè)方面。持續(xù)提升系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)健性，確保為用戶提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的服務(wù)；啟動第三階段組網(wǎng)建設(shè)，計劃于2014年發(fā)射衛(wèi)星，進一步驗證新技術(shù)和新體制。

應(yīng)用推廣方面。以需求為牽引持續(xù)提升自主芯片性能水平；加速建設(shè)“北斗”地基增強系統(tǒng)，促進與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算、大數(shù)據(jù)融合，打造“北斗”產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)；挖掘大眾需求，創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)模式，推進“北斗”產(chǎn)業(yè)規(guī)模經(jīng)濟型成長。

國際合作方面。持續(xù)深化雙邊合作，借助多邊平臺，持續(xù)開展GNSS國際應(yīng)用演示與體驗活動，推動國際GNSS監(jiān)測與評估領(lǐng)域合作。

未來10年，全球?qū)⒊霈F(xiàn)四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共存互補的局面，天上將會有100多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，用戶將享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多樣的定位導(dǎo)航授時服務(wù)，衛(wèi)星導(dǎo)航將以更大的規(guī)模，應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域，獨具中國特色的“北斗”系統(tǒng)將發(fā)揮重要作用?！胺?wù)全球、造福人類”是中國建設(shè)“北斗”系統(tǒng)的目標，我們將積極促進GNSS共同發(fā)展，推動形成資源共享、優(yōu)勢互補的世界衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展格局。讓我們攜手努力，共同開創(chuàng)衛(wèi)星導(dǎo)航國際合作共贏發(fā)展的光輝道路！