毛新健?于晶晶

摘? 要：在“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通并提供國(guó)際搜救服務(wù)的背景下，介紹全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)概況及發(fā)展趨勢(shì)，闡述“北斗三號(hào)”國(guó)際搜救系統(tǒng)加入歷程及系統(tǒng)組成，展望“北斗三號(hào)”在搜救領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：北斗三號(hào)；COSPAS—SARSAT

1 前 沿

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)著眼于國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主研發(fā)建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2000年，“北斗一號(hào)”系統(tǒng)建成，在中國(guó)境內(nèi)提供服務(wù)；2012年，“北斗二號(hào)”系統(tǒng)建成，服務(wù)范圍擴(kuò)展至亞太地區(qū)。2020年7月31日，習(xí)近平總書記宣布“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，向全球用戶提供定位導(dǎo)航授時(shí)、全球短報(bào)文、區(qū)域短報(bào)文、精密單點(diǎn)定位、星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)和國(guó)際搜救等七大服務(wù)。其中，作為“北斗三號(hào)”系統(tǒng)的特色服務(wù)之一，北斗國(guó)際搜救服務(wù)具備了符合全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT）標(biāo)準(zhǔn)的中軌搜救和返向鏈路服務(wù)能力，可面向全球用戶提供搜救服務(wù)。

2 全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)

全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT），是由加拿大、法國(guó)、美國(guó)和前蘇聯(lián)于1979年聯(lián)合開發(fā)的全球性衛(wèi)星遇險(xiǎn)報(bào)警搜救系統(tǒng)，是國(guó)際海事組織（IMO）推行的全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）的重要組成部分。自從1985年正式宣布投入使用以來(lái)，COSPAS—SARSAT在遇險(xiǎn)搜救領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用，至今已成功協(xié)助營(yíng)救數(shù)以萬(wàn)計(jì)的遇險(xiǎn)者。整套系統(tǒng)由搜救衛(wèi)星（空間段）、處理系統(tǒng)（地面段）、信標(biāo)（用戶段）三部分組成，使用406 MHz-406.1 MHz頻率電磁波報(bào)警信號(hào)。截至 2021年，45個(gè)國(guó)家（或地區(qū)、組織）參與系統(tǒng)建設(shè)，包括4個(gè)協(xié)約國(guó)（空間設(shè)備提供國(guó)）、30個(gè)地面設(shè)備提供國(guó)、2個(gè)參與地面段提供組織和9個(gè)用戶國(guó)。

近年來(lái)，為提升遇險(xiǎn)搜救的成功率，COSPAS—SARSAT逐漸呈現(xiàn)出2個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，一是搜救衛(wèi)星向中軌衛(wèi)星過(guò)渡，二是搜救衛(wèi)星增加返向鏈路服務(wù)。

2.1 向中軌衛(wèi)星過(guò)渡

傳統(tǒng)的COSPAS—SARSAT空間段主要是由搭載著搜救載荷的近地軌道衛(wèi)星（LEOSAR）和靜止軌道衛(wèi)星（GEOSAR）組成。近地軌道衛(wèi)星通過(guò)多普勒頻率變化實(shí)現(xiàn)自主定位，但存在定位精度不高、覆蓋面狹窄、時(shí)延嚴(yán)重、無(wú)法實(shí)時(shí)報(bào)警、遇險(xiǎn)目標(biāo)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等不足。靜止軌道衛(wèi)星覆蓋范圍大，可覆蓋除極地外地球絕大多數(shù)地方，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，但衛(wèi)星相對(duì)遇險(xiǎn)信標(biāo)而言是靜止的，無(wú)法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)自主定位，而需借助額外的導(dǎo)航設(shè)備。

鑒于近地軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星存在的明顯短板，空間段搜救衛(wèi)星向中軌衛(wèi)星過(guò)渡，尤其是用中軌衛(wèi)星替代近地軌道衛(wèi)星已成為必然趨勢(shì)。相對(duì)于近地軌道衛(wèi)星，中軌衛(wèi)星軌道高度更高，因此定位精度得到提升，覆蓋面擴(kuò)大，時(shí)延縮小，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警。2004年，COSPAS—SARSAT啟動(dòng)中軌搜救系統(tǒng)開發(fā)，目前在中軌衛(wèi)星上搭載搜救載荷已成主流趨勢(shì)，四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均已在其中軌衛(wèi)星上搭載搜救載荷。

2.2? 增加返向鏈路服務(wù)

傳統(tǒng)的COSPAS—SARSAT報(bào)警信息為單向，只有前向報(bào)警服務(wù)（FLAM）。增加返向鏈路服務(wù)，即在COSPAS—SARSAT前向報(bào)警服務(wù)基礎(chǔ)上，通過(guò)導(dǎo)航電文方式向遇險(xiǎn)信標(biāo)下播返向信息，實(shí)現(xiàn)搜救部門與遇險(xiǎn)報(bào)警人員之間報(bào)警確認(rèn)、誤報(bào)警解除、緊急告警服務(wù)等雙向信息交互服務(wù)，從而增強(qiáng)遇險(xiǎn)人員的信心，協(xié)助搜救部門更好地開展救援行動(dòng)，提升救援成功率。

COSPAS—SARSAT已將返向鏈路服務(wù)定義為中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的一項(xiàng)先進(jìn)功能，并在《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz遇險(xiǎn)信標(biāo)規(guī)范 C/S T.018》中，明確要求第二代遇險(xiǎn)信標(biāo)應(yīng)支持返向鏈路服務(wù)。目前，伽利略和北斗系統(tǒng)均已完成返向鏈路空間段、地面段基礎(chǔ)設(shè)施部署，伽利略系統(tǒng)返向鏈路服務(wù)已于2021年正式宣布投入使用。

3 北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)

我國(guó)加入國(guó)際搜救衛(wèi)星組織以后，高度關(guān)注全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的發(fā)展，尤其“北斗三號(hào)”建成服務(wù)以來(lái)，更是著力推動(dòng)“北斗三號(hào)”盡早加入COSPAS—SARSAT。1998年，我國(guó)建成近地搜救衛(wèi)星本地用戶終端（LUT）和任務(wù)控制中心（MCC），成為COSPAS—SARSAT地面設(shè)備提供國(guó)；2016年，我國(guó)正式啟動(dòng)北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)論證與建設(shè)。2022年4月，國(guó)際搜救衛(wèi)星組織第66屆理事會(huì)確認(rèn)，“北斗三號(hào)”系統(tǒng)搭載的6顆搜救載荷符合全球中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)空間段標(biāo)準(zhǔn)要求，北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)加入國(guó)際搜救衛(wèi)星組織的技術(shù)審核工作全部完成，至此，中國(guó)成為COSPAS—SARSAT空間設(shè)備提供國(guó)已基本確定，基于“北斗三號(hào)”的北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)將作為COSPAS—SARSAT的重要組成部分將向全球提供國(guó)際搜救服務(wù)。

遵照COSPAS—SARSAT相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)同樣由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成。

1）空間段

我國(guó)已分別于2018年9月19日、2019年9月23日、2019年11月23日分三批，在發(fā)射的“北斗三號(hào)”MEO-13、MEO-14、MEO-21、MEO-22、MEO-23、MEO-24等6 顆中軌衛(wèi)星上搭載了符合COSPAS-SARSAT空間段標(biāo)準(zhǔn)的搜救載荷，分布在3個(gè)軌道面。北斗搜救載荷前向報(bào)警服務(wù)鏈路信號(hào)（右旋圓極化）中心頻點(diǎn)為406.05 MHz，下行信號(hào)（右旋圓極化）中心頻點(diǎn)為1544.21 MHz。搜救載荷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)遵循《COSPAS—SARSAT中軌搜救系統(tǒng)中使用的406 MHz有效載荷的描述 C/S T.016》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可與 GPS、格洛納斯、伽利略等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)聯(lián)合提供搜救服務(wù)。

2）地面段

北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)地面段按照COSPAS—SARSAT要求進(jìn)行建設(shè)，由中國(guó)中軌道衛(wèi)星搜救地面系統(tǒng)（北京地面站MEOLUT）、中國(guó)任務(wù)控制中心（CNMCC）和北斗中軌搜救地面支持系統(tǒng)三部分組成。中國(guó)中軌道衛(wèi)星搜救地面系統(tǒng)作為全球中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)地面網(wǎng)路的組成部分，現(xiàn)已完成建設(shè)并進(jìn)入前期操作階段。中國(guó)任務(wù)控制中心主要承擔(dān)中國(guó)搜救責(zé)任區(qū)遇險(xiǎn)信息接收和處理業(yè)務(wù)，融合中軌和近地軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)報(bào)警信息以及輔助搜救決策。北斗中軌搜救地面支持系統(tǒng)承擔(dān)北斗中軌衛(wèi)星搜救載荷長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)、驗(yàn)證、評(píng)估任務(wù)，提供返向鏈路業(yè)務(wù)處理能力，負(fù)責(zé)北斗搜救載荷狀態(tài)的接收?qǐng)?bào)送以及基于返向鏈路的雙向搜救信息交互。

3）用戶段

目前，我國(guó)在海事、漁業(yè)、民航、探險(xiǎn)等多個(gè)用戶領(lǐng)域裝備了EPIRB、ELT、PLB等信標(biāo)終端，但應(yīng)用層面還局限于區(qū)域管理或者行業(yè)管理，甚至僅是企業(yè)行為。但隨著北斗系統(tǒng)加入COSPAS—SARSAT，北斗搜救系統(tǒng)返向鏈路服務(wù)開通，國(guó)家層面統(tǒng)一的北斗搜救體系即將建立，新型北斗信標(biāo)終端也必須符合COSPAS—SARSAT相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前，支持北斗返向鏈路服務(wù)的第二代信標(biāo)樣機(jī)已完成研制，信標(biāo)符合《COSPAS—SARSAT406MHz遇險(xiǎn)信標(biāo)規(guī)范C/S T.001》及《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz 遇險(xiǎn)信標(biāo)規(guī)范 C/ST.018》要求，兼容全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可處理北斗 B2b 電文播發(fā)的返向鏈路信號(hào)，具備遇險(xiǎn)信號(hào)確認(rèn)功能，并可通過(guò)聲光提示，提醒遇險(xiǎn)者遇險(xiǎn)信號(hào)已接收，從而有效提升遇險(xiǎn)者求生信念，提高救援成功率。

4 應(yīng)用展望

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自“北斗一號(hào)”系統(tǒng)建設(shè)到“北斗二號(hào)”向民用市場(chǎng)提供服務(wù)以來(lái)，因其除導(dǎo)航功能外，特有的北斗短報(bào)文通信功能，國(guó)內(nèi)一直都在積極探索北斗系統(tǒng)在搜救領(lǐng)域的研究應(yīng)用，其主要的應(yīng)用場(chǎng)景為無(wú)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)情況下的應(yīng)急通信、個(gè)人遇險(xiǎn)后的緊急報(bào)警及輔助搜救。但由于缺乏國(guó)家層面完備的基于北斗的搜救體系，也未建立國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，北斗搜救領(lǐng)域的各個(gè)廠家或單位都根據(jù)各自的應(yīng)用需求自定義北斗搜救信標(biāo)終端功能，造成市場(chǎng)需求和產(chǎn)品型號(hào)繁多而雜亂，難以形成體系化規(guī)模應(yīng)用，客觀上制約了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在搜救領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著“北斗三號(hào)”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式建成開通，“國(guó)際搜救”被明確提出作為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的七大服務(wù)之一。尤其是2022年，基于“北斗三號(hào)”的北斗國(guó)際搜救系統(tǒng)成功加入COSPAS—SARSAT，北斗系統(tǒng)遵循COSPAS—SARSAT標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際國(guó)內(nèi)搜救領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用是大勢(shì)所趨?？臻g段，利用“北斗三號(hào)”6顆中軌衛(wèi)星搭載的搜救載荷，提供符合COSPAS—SARSAT標(biāo)準(zhǔn)的中軌衛(wèi)星搜救服務(wù)，以及未來(lái)開通基于中軌衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星提供的B2b 信號(hào)的返向鏈路服務(wù)；地面段，基于COSPAS—SARSAT章程開展地面處理系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)轉(zhuǎn)和服務(wù)，并與其他會(huì)員國(guó)進(jìn)行信息共享和協(xié)同互助；用戶段，依照COSPAS—SARSAT第二代標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行搜救信標(biāo)終端產(chǎn)品的研發(fā)，在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、漁業(yè)生產(chǎn)、民用航空、長(zhǎng)途運(yùn)輸、地質(zhì)勘探、科學(xué)考察、個(gè)人探險(xiǎn)等領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。

基于COSPAS—SARSAT和北斗短報(bào)文的2種不同搜救服務(wù)，將長(zhǎng)期共存。一方面考慮到COSPAS—SARSAT是國(guó)際組織，不是我國(guó)自主可控的系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)某些特定搜救場(chǎng)景中并不適合使用；另一方面，盡管COSPAS—SARSAT即將開通返向鏈路服務(wù)，實(shí)現(xiàn)雙向信息交互，但這種交互信息是基于406 MHz導(dǎo)航電文方式進(jìn)行的，目前僅實(shí)現(xiàn)遇險(xiǎn)搜救反饋確認(rèn)和誤報(bào)警解除等有限功能，而緊急告警服務(wù)仍處于電文格式定義階段，尚未投入應(yīng)用。這種有限程度的雙向信息交互，與北斗短報(bào)文已實(shí)現(xiàn)的信息交互差距巨大。基于“北斗三號(hào)”短報(bào)文的雙向信息交互功能，除了支持自由自主的的短報(bào)文通信外，還可以支持語(yǔ)音對(duì)講通信和實(shí)時(shí)照片通信，這對(duì)提升搜救成功率起到極其重要的作用。

目前，“北斗三號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在功能性上既支持基于COSPAS—SARSAT406 MHz信號(hào)的中軌衛(wèi)星國(guó)際搜救服務(wù)，也支持基于北斗短報(bào)文的國(guó)內(nèi)搜救應(yīng)用。盡管COSPAS—SARSAT將成為主流，但在國(guó)內(nèi)搜救領(lǐng)域的特定場(chǎng)合，基于北斗短報(bào)文的應(yīng)急搜救系統(tǒng)依然具有很大的應(yīng)用潛力。因此，基于COSPAS—SARSAT和北斗短報(bào)文的2種不同搜救服務(wù)，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將共存且共同發(fā)展，并在各自適合的領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。