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            行業動態
            我國北斗衛星導航應用發展方向淺析
            發布日期:2015-11-21

            衛星導航系統可發送高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時信息,是當今國民經濟和國防建設不可或缺的重要空間基礎設施。該系統在國民經濟眾多領域應用非常廣泛,已形成龐大的衛星導航產業。
            隨著北斗區域衛星導航系統開通運行,在我國及周邊地區、海域已經能夠實現連續實時三維定位測速能力、高精度授時能力和部分地區的用戶位置報告及雙向報文通信能力,我國的衛星導航應用領域即將邁入一個新的發展階段。

            從GPS發展的過程來看,以軍民兩用乃至民用為主的指導策略已經成為GPS從誕生、起步、擴大到壟斷的成功經驗。通過全球民用市場的開發,GPS積累了豐富的應用經驗和技術,并轉而應用于軍事領域。

            中國是發展中國家應用GPS最早的國家,目前GPS在我國民用市場占據95%左右的市場份額,其低廉的成本和先入為主的現狀成為限制我國北斗區域衛星導航系統發展的主要障礙。為打破GPS在我國民用導航領域的壟斷地位,實現北斗區域衛星導航系統在我國乃至全球應用的快速發展,需要充分發揮北斗區域衛星導航系統獨有的技術特點,研究中國獨特的導航信息應用與服務模式。

            GPS、GLONASS、GALILEO系統

            從GPS、GLONASS、GALILEO系統的應用方向和發展趨勢來看,主要有以下幾個特點:

            1、衛星應用產業發展完善

            衛星應用產業是國家戰略性高技術產業。應用衛星研制生產已形成系列化,正在從試驗應用型向業務服務型轉變,衛星應用已成為經濟建設、社會發展和政府決策的重要支撐。GPS已經建立了完整的衛星運營服務、地面設備與用戶終端制造、系統集成及信息綜合服務產業鏈,衛星應用產業發展迅速。

            2、從個體用戶定位測速向用戶信息共享發展

            無論是航空、航海、陸上車輛用戶,還是空間用戶,均需要實現用戶與用戶之間,用戶與調度指揮者之間的導航信息共享。雖然采用了通信接入的方式,暫時滿足了用戶需求,但通信手段的多樣化造成了系統總效能的下降,需要尋求統一的標準。

            3、單一服務方式向多類型服務方式發展。

            GPS和GLONASS都是從以軍用為目標的單一授權服務逐步轉向民用開放服務。但由于起始設計的限制,民用開放式服務等級少,在精度控制方面缺乏更多手段;GALILEO一開始就明確提出多種民用服務,并以不同的信號調制、信號與信息加密方式,向不同用戶提供不同精度等級、不同安全級別的服務。

            4、多系統兼容是未來發展方向。

            能夠接受一個以上衛星系統信號的多系統兼容接收機能夠大大提高衛星導航系統的完好性、精確性和可靠性。各導航系統終端設備生產廠家已經開始著力發展研制兼容性更強,功能更加完善的導航終端。

            北斗區域衛星導航系統

            相對于目前GPS系統、GLONASS系統和建設中的GALILEO系統,北斗區域衛星導航系統在設計之初就擁有自己的優勢。

            1、通過北斗衛星試驗系統完成了頂層設計及關鍵技術驗證試驗,以區域衛星導航為目標,以當時中國國情可以承受的經濟及技術能力,創建了中國第一個衛星導航系統,為北斗區域衛星導航系統打好了基礎,完成了技術積累。北斗區域衛星導航系統繼承了試驗系統,實現了定位與通信相結合的一體化設計,定位與位置報告同時完成,建立了用戶信息共享的統一標準。創建了雙向定時方法,解決了動態用戶的高精度授時。

            2、通過北斗導航試驗衛星完成了衛星無線電導航頻率申報和啟用,為中國衛星導航贏得了空間及頻率資源,同時也為北斗區域衛星導航系統兼容GPS、GLONASS、GALILEO系統創造了基本條件。

            3、采用了用戶等級劃分,逐步實現公開民用服務、授權民用服務、高級民用服務,并以不同的信號頻率和調制方式加以區別,提供不同精度和安全級別的服務。北斗區域衛星導航系統的發展應當在順應全球衛星導航系統發展大方向的基礎上,充分發揮自身特色,逐步發展建設成北斗全球衛星導航系統。

            主要包括以下幾個發展方向:

            實現多系統兼容,實現四大衛星導航系統信號共用;

            發揮特色功能作用,除導航、定位外,大力發展通信、定時等功能的應用;

            通過多種方式拓展系統功能,如移動通信、互聯網絡、Wi-Fi、偽衛星等;

            建設局域增強系統,實現高精度定位服務;

            開展組合定位研究,充分利用多源信號完成導航定位服務。

            我國北斗導航應用服務發展模式

            我國從20世紀90年代中期以來,衛星導航產業經歷了孕育、萌芽、快速發展、初步形成比較完整的產業鏈等幾個階段,即將步入加速騰飛期。在90年代的萌芽期,國內相繼注冊登記的與衛星導航相關的企業有近百家。2000年以后,我國衛星導航產業進入了快速發展時期。2005年前后,我國衛星導航產業內的企業已經達到2500多家。目前,企業總數已經達到6200多家。形成了包括衛星導航系統、基礎類產品、終端產品、系統集成和運營服務等組成的相對完整的產業鏈,為進一步快速騰飛奠定了重要基礎。

            1、建立衛星應用產業發展體系

            堅持遠近結合、軍民結合、自主研制與國家合作想結合的原則,以國民經濟、社會發展和公共安全重大需求為牽引,以業務化和規;l展為目標,以強化自主創新能力和公共服務能力建設、推進衛星應用公共資源的共享、培育衛星應用企業集群和產業鏈為重點,以體制機制創新和開放式發展為途徑,以加強衛星應用和培育衛星應用市場為突破口,加強國家對衛星應用產業的宏觀管理和政策引導,統籌規劃與建設衛星及其應用系統,加大對衛星應用產業扶持力度,促使衛星應用產業成為加強與改善政府宏觀管理和科學決策的重要手段,不斷提高衛星應用業務化運行能力,形成具有國內外市場競爭力的新興產業。

            從2006年開始,原信息產業部、國家發展改革委、科學技術部、商務部、國家知識產權局、原國防科學技術工業委員會、科技部、工信部、財政部等單位先后發布多份關于重點發展我國衛星導航產業的通知,并將衛星導航作為新興產業列入空間海洋發展“十二五”規劃中,給予大力和專項資金支持,為我國衛星應用產業創建了良好的發展環境。

            2、行業用戶建立示范工程,全力推廣應用

            2007年11月18日。國家發展和改革委員會、原國防科學技術工業委員會印發的《關于促進衛星應用產業發展的若干意見的通知》明確提出“對于涉及國家經濟、公共安全的重要行業領域,須逐步過渡到采用北斗衛星導航兼容其他衛星導航系統的服務體制,鼓勵其他行業和領域采用北斗衛星導航兼容其他衛星導航系統的服務體制!

            具體而言,發揮北斗區域衛星導航系統的特點,重點在以下幾個行業建立示范工程。

            交通行業

            交通運輸部發布通知,規定從2012年起“兩客一!保ㄩL途客車、客運包車和危險貨物運輸車)車輛必須安裝衛星定位裝置。2010年國內公路;奋囕v、大型客車共約37萬輛;如計及其他類型的專用貨車、普通貨車、中小型客車,規模則達1133萬輛;通過提高GPS兼容系統,北斗系統能夠快速提高滲透率,最終在技術與價格上與GPS形成競爭態勢,是北斗產業鏈從專業邁向大眾市場的契機。

            海洋漁業

            北斗導航定位系統為漁業船舶提高通信聯絡、監控和救助功能,提高漁船的遠航和外海作業能力。大中型漁船由于行駛范圍較大,要求加裝兼容GPS的北斗終端設備。2010年全國海洋大中型捕撈漁船數量為9.08萬艘。農林部漁業局的“十二五”規劃細則指出要為90%以上漁船配備必要的安全通信、避免設備,北斗導航終端應成為首選。從軍事角度講,沿海106萬艘裝備了北斗終端的漁船將能夠極大地擴展我國海防預警范圍,意義極為重大。

            電信、電力、銀行、傳媒等行業

            移動通信網的運行,電力的調度與切換,銀行和證券的結算,廣播電視的播出等均需要時間同步設備,國內上述行業的時間同步系統的時鐘源大都采用GPS系統作為時鐘源。3G/4G通信網絡以及數字電網的時間同步精度的要求更高,北斗系統雙向定時服務能夠保證10ns的精度,國家安全的需要使得北斗系統替代GPS授時成為必然,結合可靠性方面的考慮,基于多系統兼容的衛星授時方式成為優選。

            3、面向大眾市場,大理發展多種服務模式

            發展多模終端設備

            北斗多模導航終端進入大眾市場為大勢所趨。雖然目前GPS占了中國95%左右的市場,但未來北斗多模終端將使大勢所趨。

            核心原因是,多模系統兼容GPS和北斗的各自優勢,用戶可用自由選擇、自由切換。同時GPS系統無法覆蓋國內偏遠地區,而多模導航應用范圍更廣、系統精度更高。雖然北斗多模是大勢所趨,但由于目前北斗多模導航終端成本相對較高,大眾接受還有難度。大規模應用取決于成本降低的速度。

            為實現北斗衛星導航定位系統在民用領域的產業化,系統用戶終端關鍵元器件必須解決國產化問題。北斗系統用戶終端設備關鍵元器件研制要列入國家發展計劃,投入資金,組織有基礎的部門聯合攻關,以解決系統用戶機主要元器件依賴進口、用戶設備價格居高不下的局面,使系統用戶機的關鍵元器件與北斗系統一樣擁有自主知識產權。只有這樣,才能研制出性能好、價格廉的終端用戶機,也只有這樣才能使北斗系統在與國外衛星導航定位系統應用的競爭中取勝。

            建立多手段服務機制

            建立北斗導航信息通暢的服務渠道,按級別提高對應的服務:

            公共服務

            建立北斗導航信息公共服務網站,提高GPS、GLONASS、GALILEO、北斗系統的衛星預報星歷,預報鐘差、電離層模型、格網等導航信息,對用戶提供免費查詢和下載服務。

            授權服務

            通過安全網站向授權用戶提高北斗監測接收機原始測量信息、公共誤差修正參數、精密星歷、精密鐘差等信息,為長期用戶提供數據推送服務,制定標準數據接口,提供云計算服務等。

            廣域差分服務

            提供廣域差分增強服務,為用戶提供精度在厘米級別的高精度定位服務。同時監測各種誤差改正精度實現系統完好性監測,提高預警能力。

            信息擴展服務

            與中國移動、聯通、電信等通信公司合作,實現北斗RDSS短報文與手機短信、CDMA、Wi-Fi等通信網絡的互聯互通,北斗RDSS通信鏈路將得到極大擴展。

            配置偽衛星,提高定位精度、改善衛星導航系統的完好性和可用性。

            4、立足長遠,研究未來導航服務新方法

            隨著北斗區域衛星導航系統和GALILEO系統的即將建成,可增強的系統由兩個擴大到四個,有充分條件通過兼容增強形成GNSS(Global Navigation Satellite System,全球導航衛星系統)的能力。以后的GNSS將是四大系統兼容共用形成的全球導航衛星系統。

            因此,未來導航服務能力的首要研究方向依然是如何兼容共用四大導航系統。

            GNSS組合定位技術

            與現有的兼容接收機工作原理不同,GNSS的兼容共用是一種全新的概念,可以稱為組合導航技術,通過分析CDOP值與衛星數目的關系,確定選星數目以及設計星座選擇算法,并對各系統不同的導航電文進行時空統一以及觀測向量的誤差修正,最后完成定位解算,組合導航技術擁有反應時間短,定位精度高,可用性好等優點,將成為GNSS必然的發展方向。

            衛星信號干擾監測/定位技術

            衛星信號干擾是衛星導航應用的心腹大患,為解決GNSS衛星信號干擾問題,需要建立全國范圍的信號干擾監測系統,監測可能出現的干擾信號,對干擾源進行定位,并及時上報處理,確保GNSS的正常使用。衛星信號干擾監測是確保GNSS連續可用的必需手段,是未來導航服務的關鍵環節。

            室內導航和室內外導航的無縫融合技術

            由于GNSS信號容易受到遮擋和多路徑等傳播因素的影響,因此在城市密集城區和室內封閉空間無法保證可靠的定位精度和可用性。需要研究衛星導航與無線/有線通信的融合、與自主導航系統的融合,實現室內外導航定位的無縫融合和平滑對接,實現真正意義上的泛在定位服務。


            衛星導航定位系統是國家信息基礎設施之一,是實現社會信息化的重要工具,也是國家科技水平和經濟實力的象征。北斗衛星導航定位系統的建成并投入使用,打破了美國等發達國家壟斷衛星導航定位技術的局面,提高了我國經濟社會的信息化水平。北斗系統的應用發展涉及到國家各個領域。我們期望政府高度重視北斗系統的應用和生存發展,采取有力措施推進系統應用,社會各界攜起手來共同努力,建設具有中國特色的北斗衛星導航產業,使北斗系統更好地為我國的國民經濟建設服務。


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