據(jù)《新華每日電訊》報道，10月14日，中國信息通信研究院發(fā)布北斗高精度定位服務(wù)平臺（北斗定位2.0版），可將民用手機(jī)的定位精度提高到1.2米。這意味著我們在駕駛車輛行進(jìn)時，手機(jī)“導(dǎo)航”就能告訴我們是在主路還是在輔路。近期，華為發(fā)布的新款手機(jī)就實現(xiàn)了亞米級北斗導(dǎo)航定位，可進(jìn)一步分清我們車輛行駛在主路或輔路的哪個車道。
那么，北斗系統(tǒng)是如何實現(xiàn)這一高精度定位服務(wù)的呢？這是許多讀者和用戶關(guān)心的問題。今天，就讓我們一起走進(jìn)北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心一探究竟。
北斗系統(tǒng)高精度定位服務(wù)的秘訣
——專訪北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心主任、北斗地面運控系統(tǒng)副總指揮劉勇
■張晶宇 楊思佳 史青霞 解放軍報記者 安普忠
北斗三號星座由3顆地球靜止軌道衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和24顆中圓地球軌道衛(wèi)星組成。
地面運控系統(tǒng)將星歷、鐘差等信息上注北斗衛(wèi)星，衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航信號并傳遞相關(guān)信息，用戶終端接收可見的衛(wèi)星信號和信息后進(jìn)行解算，便能實現(xiàn)導(dǎo)航定位。
天地一體的團(tuán)結(jié)協(xié)作
記者：大家知道，北斗系統(tǒng)有很多分系統(tǒng)和設(shè)備，它是如何向用戶提供定位服務(wù)的呢？
劉勇：北斗定位服務(wù)需要北斗衛(wèi)星、地面控制中心、用戶接收機(jī)相互協(xié)作實現(xiàn)。首先，北斗衛(wèi)星發(fā)射信號告訴用戶衛(wèi)星當(dāng)前的位置和時間，用戶接收到4顆以上衛(wèi)星信號后，可同步獲得從用戶到衛(wèi)星的距離信息?；诰嚯x信息、衛(wèi)星的位置和時間信息，就能計算出用戶自身的位置。這就是北斗基本的定位過程，用戶一般可實現(xiàn)米級的定位精度。
這一過程看似簡單，卻離不開天上幾十顆北斗衛(wèi)星、地面上萬臺（套）設(shè)備連續(xù)精確的配合。同時，需要采用世界上“最準(zhǔn)的節(jié)拍器”——時間統(tǒng)一系統(tǒng)。時間統(tǒng)一系統(tǒng)首先通過高精度的原子鐘組，實現(xiàn)時間的精準(zhǔn)維持，可以做到300萬年不差一秒。然后，通過多種手段向北斗系統(tǒng)上萬臺（套）設(shè)備發(fā)送“對表”指令，確保測量通信、數(shù)據(jù)處理、規(guī)劃控制等分系統(tǒng)和設(shè)備的時間，同步精度控制在千萬分之五秒以內(nèi)，為北斗系統(tǒng)提供服務(wù)奠定基礎(chǔ)。
時間統(tǒng)一系統(tǒng)一般不出問題，可一旦出問題就是大問題。2018年7月，歐盟伽利略系統(tǒng)因為時間統(tǒng)一系統(tǒng)故障，導(dǎo)致系統(tǒng)“停擺”長達(dá)117小時。這些年來，我國通過不斷增加守時鐘組規(guī)模、改進(jìn)守時算法和授時技術(shù)，以提升時間統(tǒng)一能力。
除了系統(tǒng)運行服務(wù)，北斗系統(tǒng)建設(shè)更需要上萬人的團(tuán)結(jié)協(xié)作。在北斗三號系統(tǒng)建設(shè)過程中，我們除了支撐3年30顆衛(wèi)星的聯(lián)調(diào)聯(lián)試之外，還緊鑼密鼓地推進(jìn)地面設(shè)施建設(shè)。通過合理籌劃、共同努力，地面站點建設(shè)提前半年高質(zhì)量完成，順利投入使用，保證了北斗三號系統(tǒng)的正常開通。
精益求精的自主創(chuàng)新
記者：您經(jīng)歷了兩代北斗系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，可以說親歷了北斗系統(tǒng)服務(wù)性能提升發(fā)展的過程，重點區(qū)域定位精度大幅提升，還具備了分米級定位服務(wù)能力，請您談?wù)勥@是靠什么實現(xiàn)的？
劉勇：這主要靠我們北斗地面控制中心團(tuán)隊在技術(shù)上堅持精益求精、二十多年如一日的自主創(chuàng)新。
地面控制中心是北斗系統(tǒng)運行和服務(wù)的核心樞紐，調(diào)度著分布在全國的地面站網(wǎng)，管控著整個北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，因而又被稱為北斗的“最強(qiáng)大腦”。地面控制中心的主要職能，可以概括為測、算、注、傳。首先匯總?cè)诤系孛嬲揪W(wǎng)的海量數(shù)據(jù)，利用幾百臺處理器計算北斗衛(wèi)星的精確位置、星載原子鐘鐘差及其誤差的改正信息，然后按照計劃，按時把相關(guān)信息上注衛(wèi)星后傳送給廣大用戶。
北斗定位精度實現(xiàn)提升的關(guān)鍵在于，我們算的能力和手段的不斷提升。這其中，衛(wèi)星定軌和衛(wèi)星鐘差測定技術(shù)比較典型。
北斗系統(tǒng)在世界上率先采用混合星座布局。星座由地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星組成。測定不同種類衛(wèi)星在太空中的位置，又稱為衛(wèi)星定軌，難度極大。北斗系統(tǒng)采用獨創(chuàng)的多星聯(lián)合定軌策略，不斷精化定軌模型，設(shè)計了巧妙的星歷誤差改正計算方法，將定軌精度提升了10倍，可以計算出遠(yuǎn)在36000公里和21000公里外衛(wèi)星的位置，不差幾分米。同時，創(chuàng)新采用先進(jìn)的軌道預(yù)報方法，可以準(zhǔn)確預(yù)報幾個小時后北斗衛(wèi)星的位置。即便衛(wèi)星失聯(lián)幾十天，也能準(zhǔn)確預(yù)測衛(wèi)星的位置。
北斗系統(tǒng)建設(shè)早期，星載原子鐘不能滿足高精度定位需求。在衛(wèi)星性能無法提高的情況下，地面控制中心創(chuàng)新采用多種技術(shù)手段，實現(xiàn)了地面“強(qiáng)星”：首先，采用雙向時頻傳遞技術(shù)測定鐘差，即讓衛(wèi)星和地面站之間先后發(fā)信號，通過相同的傳播路徑剝離信號傳播時延的影響，實現(xiàn)高精度衛(wèi)星鐘差測定。其次，建立準(zhǔn)確的星載原子鐘在軌評估模型，優(yōu)化預(yù)報方法，實現(xiàn)更為精準(zhǔn)的鐘差預(yù)測。
此外，通過進(jìn)一步創(chuàng)新電離層延遲、硬件時延等誤差的計算和應(yīng)用技術(shù)，北斗系統(tǒng)重點區(qū)域的定位服務(wù)能力從北斗一號的20米提升到目前的5米，達(dá)到與GPS相當(dāng)?shù)乃健；诒倍废到y(tǒng)的分米級星基增強(qiáng)服務(wù)，可以實現(xiàn)車道級的導(dǎo)航定位。市場上出現(xiàn)的基于北斗系統(tǒng)的商用高精度定位服務(wù)，與我們的分米級星基增強(qiáng)服務(wù)模式不同，但也受惠于北斗系統(tǒng)定位能力的提升。
穩(wěn)如泰山的運行管理
記者：剛剛提到了國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)中斷現(xiàn)象，我們理解，系統(tǒng)穩(wěn)定運行是高精度定位的前提，否則一切服務(wù)都無從談起。那么，北斗系統(tǒng)在這方面是怎么做的呢？
劉勇：北斗系統(tǒng)作為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是經(jīng)濟(jì)社會命脈的重要支撐，一分一秒都不能停。如果中斷一天，就可能造成上百億元的經(jīng)濟(jì)損失，喪失掉用戶的信任。搞好衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的運行管理，有三點最重要：
第一個是責(zé)任心要強(qiáng)。北斗系統(tǒng)開通以后，需要24小時晝夜“守護(hù)”，隨時處置各類突發(fā)情況。我們的運維人員為了應(yīng)對系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的突發(fā)情況，自發(fā)整理匯編了數(shù)百套應(yīng)急處置方案，每年預(yù)先解決了上千個故障隱患，確保系統(tǒng)穩(wěn)定服務(wù)。
第二個是隊伍能力要強(qiáng)。目前，中心碩士以上人員占比達(dá)60%以上，通過我們內(nèi)部的創(chuàng)新激勵機(jī)制，自主創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，這是中心整體業(yè)務(wù)能力始終蓬勃向上發(fā)展的保證。
第三個是規(guī)章制度要嚴(yán)。北斗系統(tǒng)運行牽涉面廣，地面控制中心建立了嚴(yán)格的運行管理制度，用制度約束人、用管理保精穩(wěn)。作為中心工作的生命線和底線，北斗系統(tǒng)建成服務(wù)至今6000多天，像泰山一樣穩(wěn)定可靠，從未出現(xiàn)過服務(wù)中斷現(xiàn)象。
開放包容的服務(wù)理念
記者：北斗三號系統(tǒng)開通服務(wù)后，在進(jìn)一步提升系統(tǒng)服務(wù)能力上有什么打算？
劉勇：北斗三號系統(tǒng)正式開通后，向縱深推廣北斗系統(tǒng)應(yīng)用、確保系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定運行是我們重中之重要做好的兩項工作：
一方面，是加快北斗特色應(yīng)用推廣，特別是做好高精度定位服務(wù)。北斗系統(tǒng)目前的星基增強(qiáng)和精密單點定位服務(wù)，可為中國及周邊地區(qū)提供動態(tài)分米級、靜態(tài)厘米級的高精度定位服務(wù)，滿足自動駕駛、國土測繪、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域用戶高精度服務(wù)需求。在應(yīng)用模式上，我們歡迎北斗應(yīng)用與各行業(yè)應(yīng)用的深度融合，推進(jìn)“北斗+”和“+北斗”的各類創(chuàng)新應(yīng)用。
另一方面，是加強(qiáng)北斗系統(tǒng)穩(wěn)定運行。持續(xù)強(qiáng)化系統(tǒng)運行管理能力，優(yōu)化完善各項規(guī)章制度，不斷提升系統(tǒng)的智能化運維程度，吸取國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運行管理的經(jīng)驗教訓(xùn)，確保系統(tǒng)更加精穩(wěn)、更加可靠。
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