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2021年01月11日

除了手机导航,北斗还有哪些创新应用

●李德仁 刘经南 谭述森

从打开地图导航,到外卖点餐,再到车库里停车,现在北斗卫星导航系统在老百姓的生活中已经无处不在。目前,全球应用北斗系统导航的手机已经超过3.72亿部。少有人知的是,助力疫情防控是今年北斗应用的新亮点。日前,中国北斗应用大会在湖北武汉举行,李德仁、刘经南、谭述森三位院士分享了北斗的诸多创新应用。

1 中国科学院、中国工程院李德仁院士:北斗系统精准助力疫情防控

PTN的概念,包括定位、导航、授时服务。一般指基于统一时空基准网络和不同通信网络,能独立或与移动终端结合,为各类用户提供实时动态及空间位置和授时的综合信息服务,又称导航位置服务。北斗三代系统就是提供全球PTN应用服务,特点是信息已经从120个汉字扩展到1000个汉字,实现厘米级以上的高精度定位。

2020年,北斗系统精准助力湖北的疫情防控,比如火神山、雷神山医院选址,医院的物资、生活物品的调配,包括无人机送东西,还有医院送药的机器人,都用到了北斗系统。老百姓停车也都用到北斗导航定位,通过设备的卫星定位、室内的传感器和信号的定位在手机上实现融合的综合定位。

疫情期间,武汉还应用北斗系统和交通大数据,建立了武汉的智慧城市交通系统,实现对350万到450万辆汽车,6万多条道路的有效管理。今年还利用北斗技术做了一个疫情跟踪软件,在手机上自动生成健康码。可以说,北斗支持湖北人民成功抗击了新冠病毒疫情。

PNT的服务现在还有不足,比如服务的内容是一个点定位,一条线是导航,授时也是一个时间点,没有覆盖地表的各种要素,没有办法提供图像视频代表的目标信息和面信息,未来要做实时的导航增强,做精密授时、快速遥感、天地一体移动宽带通信服务。

2 中国工程院刘经南院士:北斗可实现全球双向通信

定位和授时分别是空间和时间与起始原点相关的绝对位置概念,导航是空间和时间两个位置上的相对时空度量概念。北斗系统是世界上唯一实现了通导遥一体化的卫星导航系统。

北斗系统的性能优势是功能多,全球短报文通信可以用于搜救。导航定位+全球双向通信可以向呼救者快速通告救援安排。还有遥感应用,有主动式遥感,配备星载太空环境遥感和电离层异常遥感载荷;被动式遥感,电磁波通过大气、海洋、陆地反射或漫反射遥感大气水汽、海洋河湖水位。

北斗是全球唯一宣布标准位置服务精度优于5米的卫星导航系统。北斗3三类异轨卫星之间都实现了星间自组织测距和数传,采用Ka频段链路,测距精度高,通信频带宽,远优于UHF链路,下一代将用激光链路,测距更准。

目前,北斗3星间链路已全面启动,效果显著,在GNSS中精度最高,确保了标准PNT服务精度高。北斗系统中轨卫星三个轨道面各有2颗确保全球域内能收到求救者上传UHF频段求救信号,然后下传给国际搜救中心,24颗中轨卫星都能接收国际搜救中心的搜救信号并通知求救者,同时可向求救者发送相关施救短报文。

在创新设计方面,因为北斗的频段是丰富的,现在北斗2和北斗3有五个频段。再就是设计了兼容互操作信号,创新调制技术,信号质量国际领先,它接收的时候能够和GPS的功能一样。总的来说,这些研发都有利于提高北斗3的PNT精度。

北斗RDSS双向链路定位授时,可大幅提升北斗定位授时抗干扰、抗欺骗性能,RDSS二维定位精度已到10米左右,时间比对精度相对于单向被动接收方式,授时精度可提高一倍,到10纳秒左右,对于一些时间比对频度不求太高而绝对时间精度要求较高的用户,如金融、通信、区块链平台,应急救援指挥中心运控平台等最有需求,可拓展这类防干扰要求甚高的绝对授时服务。

北斗系统作为时空技术,既是对地球资源环境及其动态变化信息感知认知,也是实现对所感知对象精准时空、调配管理的核心基础。北斗开拓应用的第一个重点是给其他技术,如信息、网络、能源、资源、环境、交通等技术,赋予精准时空位置的感知认知,使他们提升到智能化管理控制阶段,同时实现管理控制过程的时空智能化。

北斗应用的另一个重点,是综合开发其通导遥一体化的优势,发挥其跨技术跨领域甚至跨时间跨空间的空间智能作用,未来的目标,是研究PNT自然智能,开发出智能PNT技术,以开发新的应用。

3 中国工程院谭述森院士:中国的5G会成功,6G也一定能够成功

空间基准 用来确定轨道参数,连通坐标原点、地球自转参数共同构建起GNSS系统空间基准,中国北斗空间基准与中国大地坐标系为同一个坐标框架。全球实用的基准有两个,一个是GPS时空基准,另一个就是北斗时空基准。时空基准是互联网升级为物联网的基础条件,如果没有统一的时空基准,很难想象物与物如何联结。

北斗系统的发展是一个持续创新、开拓进取的历程。北斗一号主要成就是两颗卫星实现大范围高精度定位授时服务,它覆盖了中国及周边地区,按GPS定位原理需12颗卫星,双向授时精度10ns,国际领先。一秒内完成定位及报文通信,成为国际航行跟踪、生命救援的亮点定位与报告在同一信道同时完成,用户知道我在哪里,指挥部门知道我们在哪里,定位报告是北斗区别于GPS的最大特色。

北斗三号有六大功能,包括基本导航为根基,将SBAS、PPP、MSS等融为一体,精度增强、完好性增强、信息增强将更好地服务于各类用户。北斗MMS就是短报文通信,采用了RDSS的方式。北斗的星间链路实际上就是全球移动通信系统在中国的共享,它既是全球移动通信的双向数据链,也是中国时空星间钟差的系统,还可以进一步扩展为时空基准的维持系统。

中国的北斗建成了,基本上处于L频率米级导航精度水平。在2030年或2035年间,一个导航、通信、遥感深度融合的航天系统将出自中国,中国高速空间网络加5G地面网,实现全球天空地物与物的互联互通,即第6代移动通信,6G中国走的路跟西方国家走的路不一样,中国是先建地面系统,然后再建空间系统,中国的空间系统是建在北斗时空基准之上的,所以中国的5G会成功,中国的6G也一定能成功。

总之,北斗多业务卫星无线电系统,是国家重要的空间信息基础设施,北斗三号在基本导航、星基增强、精密单点定位、报文通信、国际搜救等业务的融合创新是未来发展的良好开端。北斗时空基准链路与高速数链路构建完善,将成为我国航天体系的“智能高速公路”。

据《光明日报》

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