《電子技術應用》
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                                                “北斗”開啟傳奇新篇章!北斗衛星導航系統走向世界為全球用戶提供服務

                                                2020-08-05
                                                來源: 廣東省北斗移動物聯網產業研究院

                                                   北斗組網,星耀全球。古有北斗七星辨明方向,今有北斗衛星定位九州。這一由我國自主建設、獨立運行的全球衛星導航系統,將為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。

                                                  那么北斗衛星導航系統有何本領,怎樣實現全產業鏈發力?北斗衛星全球組網,又將如何推動生產生活變革、賦能行業產業發展?

                                                  身兼五大能力  短報文通信功能是“獨門絕技”

                                                  北斗衛星導航系統是由我國自主建設運行的重要空間基礎設施,也是我國迄今為止,規模最大、覆蓋范圍最廣、服務性能要求最高的巨型復雜航天系統。

                                                  說起北斗,不少人的第一反應就是“導航定位”。實時導航和快速定位是衛星導航系統最基本的功能,除此之外,北斗還具有精確授時、位置報告和短報文通信三大特色功能。

                                                  “北斗衛星本身是我們國家的一個授時系統?!敝袊茖W院國家授時中心副主任盧曉春說,北斗三號衛星上的星載銣原子鐘的精度處于國際領先水平,可以達到每天100億分之5秒。目前,這一功能已廣泛應用于通信、電力、金融等系統。

                                                  位置報告功能,與北斗“有源定位”的特性息息相關。有源定位是中國北斗的一大創舉,利用無線電測定技術,通過兩顆地球同步軌道衛星聯手,不僅能回答用戶“我在哪”,還能告訴關注用戶行蹤的相關方“你在哪”,廣泛用于搜救、漁業等領域,是保障民生安全的“千里眼”。

                                                  短報文通信功能,是北斗系統的“獨門絕技”。導航衛星和通信衛星是兩種類型的衛星,但北斗導航衛星卻附加了通信功能。

                                                  中國衛星導航定位協會副秘書長王博介紹稱,北斗用戶利用終端,不僅可以知道自己的位置,還可以通過短報文將自己的情況告訴他人。這個功能在沙漠、遠洋、深山、森林等沒有網絡覆蓋的地區,或者是災害發生、通信受阻時至關重要。

                                                  “汶川地震以后,所有地面通信設施已經全中斷了。信息實際上就是靠北斗一號短報文短信息功能,雖然只有幾百個漢字的能力,但是當時很起作用?!焙教炜萍技瘓F五院北斗三號衛星總設計師王平說。

                                                  在北斗三號系統中,短報文通信的能力顯著提升, 信息發送能力從最初一次120個漢字提升到1200個漢字, 廣泛用于遠洋漁業、搶險救災、全球搜救等多個領域。

                                                  據中國衛星導航定位協會會長于賢成介紹,目前全國7萬余艘漁船和執法船安裝了北斗終端,累計救助1萬余人。

                                                  北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。值得一提的是,北斗空間段采用三種軌道衛星組成的混合星座,除了與美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統同樣具有中圓地球軌道衛星外;

                                                  還具有地球靜止軌道衛星和傾斜地球同步軌道衛星,這兩類衛星屬于高軌衛星,衛星越高,其抗遮擋能力越強,無論是在高樓林立的城市,還是在多有遮擋的山區,在其他衛星系統不能定位的情況下,北斗依然能“堅守崗位”。尤其在低緯度地區,北斗性能更具優勢。

                                                  惠及國內服務全球

                                                  從應用層面向上溯源,北斗產業鏈是如何劃分的呢?

                                                  據了解,“北斗”產業鏈主要集中于北斗系統的用戶段,分為上游基礎元器件、中游終端、下游運營服務三大環節。

                                                  其中,上游基礎元器件主要是芯片、板卡、天線等基礎元器件;中游終端主要是指能接收“北斗”信號的導航和定位裝置;下游運營服務主要是指為政企用戶、行業用戶、服務商和大眾消費者提供基于“北斗”的定位、導航、授時、短報文通信等各類基礎服務。

                                                  從為亞太區域提供服務到為全球提供服務,北斗實現全球組網,不僅意味著北斗服務范圍覆蓋面更廣,還會使全產業鏈受益,相關產業鏈產品就多了一套支持系統,這些產品的使用體驗、穩定性、可靠性都會隨之大幅提升,特別是芯片和終端產業。

                                                  北斗芯片的研發生產技術正在逐步成熟。支持“北斗三號”系統信號的28納米芯片已在物聯網和消費電子領域得到廣泛應用,22納米雙頻定位芯片已具備市場化應用條件,全頻一體化高精度芯片已投產,北斗芯片性能再上新臺階。

                                                  截至2019年底,國產北斗導航型芯片模塊出貨量已超1億片,季度出貨量突破1000萬片,北斗導航型芯片、模塊、高精度板卡和天線已輸出到100余個國家和地區。

                                                  在終端產品方面,以智能手機為例,2019年,國內衛星導航定位終端產品總銷量突破4.6億臺,其中智能手機銷售量達到3.72億臺。截至2019年第三季度,在中國市場申請入網的手機有400余款具有定位功能,其中支持北斗定位的近300款。

                                                  北斗全產業鏈發力,既惠及國內,也服務全球?!?019年北斗海外應用合作及貿易交往更加頻繁,國產北斗基礎產品已出口120余個國家和地區,基于北斗的土地確權、精準農業、智慧施工、智慧港口等,已在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等地得到成功應用?!庇谫t成說。

                                                  航天科技集團五院航天恒星公司,至今已研發出了千余種衛星應用產品,包括北斗導航手持機、北斗船載終端、北斗車載終端等?!?019年,我們的船載終端產品成功進入緬甸漁業市場,截止到目前共交付了1000余套船載終端產品,既為緬甸漁業監管部門提供船舶定位監管、禁漁禁航區管理等服務,也為漁民提供定位導航、漁獲上報、文本通信及報警救援等功能?!焙教旌阈怯嘘P負責人告訴記者。

                                                  北斗系統全面建成,將極大推動我國衛星導航產業新一輪發展?!?020中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》(以下簡稱《白皮書》)顯示,2019年,我國衛星導航與位置服務產業總體產值達到3450億元人民幣,較2018年增長14.4%,預計2020年產業總體產值將超過4000億元。

                                                  應用只受想象力限制  信號在天邊,應用在身邊。

                                                  從衣、食、住、行到水、電、氣、熱,從農林漁業到救災減災……北斗衛星導航系統與社會生活深度融入,滲透到經濟社會發展的方方面面。

                                                  開車上路,走哪條路更順暢?公交出行,汽車還有多久到站?共享騎行,怎樣才能快速找到單車?無論你選擇什么交通方式,都離不開北斗衛星導航系統。

                                                  交通運輸行業是北斗衛星導航系統最大的用戶之一。北斗系統廣泛應用于重點運輸過程監控、公路基礎設施安全監控、港口高精度實時調度監控等領域。

                                                  據《白皮書》的數據,截至2019年底,國內超過650萬輛運營車輛、4萬輛快遞和郵政車輛、36個城市的約8萬臺公交車、3200余座內河導航設施、2900余座海上導航設施都已應用北斗系統,建成了全球最大的營運車輛動態監管系統。

                                                  “在哪里”和“什么時間”構成了我們日常工作生活的衡量坐標??床灰娒恢臅r空信息,既是人們生活中不可或缺的重要保證,也是國民經濟的重要基礎設施。

                                                  智能化港口建設,被視為提升港口核心競爭力的重要手段。此前,交通運輸部等九部門發布《關于建設世界一流港口的指導意見》,提出要建設基于北斗衛星導航系統等技術的信息基礎設施,推動港區內部集卡和特殊場景集疏運通道集卡自動駕駛示范。

                                                  在武漢花山港,一排排橋吊、船吊、軌道吊依次排開,一輛輛約15米長、最高載重75噸的“平板車”自主行駛,停車、裝箱、駛離、停車、卸箱等一系列操作完全自主完成。

                                                  這是利用北斗定位的5G智能無人集裝箱轉運卡車。相比于傳統集裝箱無人集卡依靠地上的“磁釘”定位移動,北斗導航系統可以提供更高精度的時空信息,通過5G網絡傳輸數據,使車能夠感知200米以內的各類物體,停車定位精度控制在5厘米內。

                                                  精度控制在5厘米內——這還不是北斗的“極限”。高精度服務是北斗的一大特色,傳統導航系統的服務精度都是“米級”甚至“10米級”,更高精度的服務很少開放給民用市場。而北斗“全國一張網”,借助超過2000個地基增強站,北斗系統具備為用戶提供分米級、厘米級甚至是毫米級定位精度的能力。

                                                  當農業遇見北斗,播種更省力,出苗更省心,勞動生產效率大幅提升。在內蒙古自治區巴彥淖爾市烏拉特前旗大佘太鎮的農田里,無人駕駛播種機正在從“稀罕物”變得日益“尋?!??;诒倍范ㄎ还δ?,播種機沿預設路線自行作業。有了這種精準科學的方法,每千米播種偏差不超過2厘米,每畝地出苗率能提高10%。

                                                  據統計,基于北斗系統的農機自動駕駛系統已有超過2萬臺套,節約50%的用工成本;基于北斗系統的農機作業監管平臺和物聯網平臺為10萬余臺套農機設備提供服務,極大提高了作業管理效率。

                                                  當災害預警遇見北斗,人身更安全,財產有保障。前不久,在湖南省石門縣雷家山,多虧了“北斗衛星高精度地災監測預警系統”及時發出預警,位于滑坡危險區的村民及時轉移,無一傷亡。

                                                  通過對山體、水庫、河流的形變、位移等進行24小時實時監測,北斗對可能發生的滑坡、沉降、裂縫、水庫遇險、河流水位暴漲等險情進行預警,守護生命、減小損失。

                                                  特殊戰場上,北斗同樣快速響應、盡銳出戰。2020年初,一場抗擊新冠肺炎疫情的阻擊戰在神州大地打響,火神山、雷神山醫院平地而起,為復雜地形地貌實現高精度定位、精確標繪的,正是北斗;

                                                  面向全國的“千尋位置”網上無人機平臺,可以實現無人機精準噴灑等防疫作業,為其提供高精度數據的,也是北斗;物資運輸車輛實時監管調控,智能機器人將各地送達的醫療物資快速送往醫院隔離區,背后的支持系統,還是北斗……

                                                  北斗系統與新一代5G移動通信、區塊鏈、物聯網、人工智能等新技術碰撞融合,構建以北斗時空信息為主要內容的新興產業生態鏈,推動生產生活方式變革和商業模式不斷創新,將創造出巨大的經濟效益和社會效益。

                                                  未來,北斗擁有無限可能。正如首任北斗衛星導航系統總設計師孫家棟院士曾說的那樣,“北斗的應用只受人類想象力的限制!”

                                                  北斗衛星導航系統走向世界為全球用戶提供服務

                                                   歷經20多年發展,北斗衛星導航系統翻過一座座高峰,依照“三步走”戰略實現從跟跑、并跑到領跑,收官之星圓滿發射,意味著北斗衛星導航系統重點工作從工程建設轉移到穩定運行、提供服務上來。

                                                  今天,在世界的任何一個地方都能享受到北斗開放、免費、高質量的服務,中國的北斗積極融入世界衛星導航大家庭,不斷擴大國際合作“朋友圈”,與世界共享北斗發展成果。

                                                  自主:技術實力贏得國際尊重

                                                  在 2017年首次中俄“一帶一路”衛星導航聯合測試中,中方從西安出發,沿“絲綢之路”直到新疆霍爾果斯口岸,全長約3462公里,測試路線伸向我國西北腹地,橫跨陜西、甘肅、新疆。

                                                  俄方從莫斯科啟程,向東到達新西伯利亞,再返回莫斯科,測試規劃的環形線路與“歐洲—中國西部”運輸走廊相呼應。測試結束后,中俄雙方交換采集數據處理結果并形成聯合報告,向世界展現北斗/格洛納斯系統沿線服務性能。

                                                  “中俄雙方都有覆蓋全球的衛星導航系統,中俄渠道相互補充,讓全世界的用戶更加了解北斗和格洛納斯,雙方合作效果1+1>2?!焙教炜萍技瘓F九院衛星導航系統工程中心耿長江博士介紹。

                                                  近年來,我國先后與東盟、阿盟、中亞等國家和地區開展衛星導航合作,國際合作工作亮點頻出,中歐頻率協調工作進展順利,于烏茲別克斯坦境內開展北斗/GNSS監測評估,成功舉辦中阿北斗合作論壇,與“一帶一路”國家和國際組織合作更加廣泛。

                                                  面對 2020年全球新冠肺炎疫情影響,北斗國際合作場景從線下轉移到線上。7月,中國衛星導航系統管理辦公室聯合阿拉伯信息通信技術組織和聯合國附屬空間科技教育西亞區域中心舉辦中阿北斗合作線上培訓活動,吸引了全球15個國家的130余人參加,通過與世界各國分享北斗發展成果,共同促進世界衛星導航事業發展。

                                                  開放:海外應用落地生根

                                                  “天上好用,地上用好?!敝袊倍沸l星導航系統工程首任總設計師、航天科技集團高級技術顧問孫家棟曾這樣寄語。伴隨著北斗三號全球衛星導航系統星座部署的步伐,一批國內企業積極響應北斗“走出去”的戰略,結合各國、各行業應用需求,使中國北斗在異鄉沃土生根發芽。

                                                  兩年前,一艘安裝了北斗船載終端的貨船駛離上海羅涇港,隨后順利到達文萊。航天科技集團五院航天恒星公司研制的北斗船載終端產品順風出海,邁出了北斗應用走出國門的第一步。

                                                  兩年后,北斗船載終端產品經過迭代升級,成功進入緬甸漁業市場,航天恒星成為首個進入緬甸漁業部采購名錄的中國公司,共計交付 1000余套漁船監控產品,為緬甸漁業監管部門和當地漁民提供船舶定位監管、漁業非法捕撈、漁獲上報及天氣災害信息推送等各類服務,助力我國基于北斗的傳導一體化的漁船監控產品在國際應用推廣和規?;褂?。

                                                  “北斗船載終端在緬甸漁業市場的推廣應用,起到巨大的示范作用,為后續向東南亞、非洲以及南美地區等國際市場推廣打下良好的基礎?!焙教旌阈菄H業務總體部副主任陳付亮介紹。此外,航天恒星還發揮衛星應用技術和渠道、市場等綜合優勢,承擔了阿爾及利亞星基增強系統、老撾北斗地基增強系統等工程項目。

                                                  北斗系統功能強、服務種類多,為各行業應用提供廣闊前景。中國衛星導航系統管理辦公室發布的應用服務體系報告中寫道,北斗系統具備導航定位和通信數傳兩大功能,可提供7種服務。

                                                  為了把握北斗產業國際化發展機遇,航天科技集團所屬長城公司整合衛星導航資源,成立北京航天長城衛星導航科技有限公司,計劃打造星網一體化應用服務體系。

                                                  “這相當于開一家北斗4S店,所有意向者都可以看到終端、運營成果、解決方案,享受‘一站式服務’?!焙教鞂Ш焦究偨浝砗文陆榻B,依托長城公司海外銷售渠道,航天導航公司聯合合作國政府和合作伙伴,在17個海外代表處建設北斗應用中心,集北斗應用服務、技術合作、人才培訓、宣傳展示、運營服務等功能于一體,讓海外用戶體驗北斗、認知北斗、運營北斗、應用北斗。

                                                  一方面建設對外展示窗口、開展應用推廣;另一方面滿足本土化需求、支持系統建設,航天導航公司與阿爾及利亞、尼日利亞、巴基斯坦、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國家有關部門合作,開展星基導航增強系統和國家測繪網建設,積極參與本地化導航業務運營服務。

                                                  何穆認為,北斗產業將迎來國際化發展的黃金期,航天導航公司的發展目標是成為全球領先的精準時空能力提供商,將北斗高精度應用視為北斗商業模式中的重要組成部分,推動北斗產業國際化發展。

                                                  兼容:北斗系統融入國際體系

                                                  “國際化是北斗全球系統的天然屬性?!遍L城公司專家委副主任、中國衛星導航系統管理辦公室國際合作中心主任王莉介紹,中國的北斗要想成為世界的北斗、一流的北斗,需要按照國際化慣例、規則和要求來建設發展北斗系統,積極融入國際體系,為世界衛星導航事業發展作出貢獻。

                                                  在2020年全球新冠肺炎疫情的共同挑戰中,北斗系統的服務能力引人矚目,近期世界衛星導航領域期刊相繼刊發文章,介紹北斗系統在中國新冠肺炎疫情中發揮的作用,從應用角度對北斗特色服務及系統運行能力進行報道。

                                                  作為聯合國全球衛星導航系統國際委員會(ICG)認可的GNSS四大核心供應商之一,中國北斗衛星導航系統越來越多地活躍于國際舞臺,與美國GPS系統、俄羅斯格洛納斯系統、歐盟伽利略系統攜手,為全球用戶提供更加優質的服務。

                                                  作為ICG創始國之一,中國參加了歷次ICG大會,并分別于2012、2018年兩次主辦大會,積極推動衛星導航系統間兼容與互操作。在 ICG框架下,國際導航界倡議各系統兼容共用,國際主流 GNSS廠商也采用多系統兼容模式,支持多個衛星導航系統,提高產品性能,提升用戶體驗。

                                                  “目前世界上已經有半數以上的國家使用上我們的北斗,”北斗衛星導航系統工程總設計師楊長風介紹。這離不開航天人在背后的默默耕耘。

                                                  2011年,中國衛星導航系統管理辦公室依托長城公司,設立中國衛星導航系統管理辦公室國際合作中心(簡稱國合中心),由時任中國航天工業科學技術咨詢有限公司(簡稱航天咨詢公司)總經理王莉兼任國合中心主任,從多雙邊國際合作入手,搭建北斗國際合作的平臺和橋梁。

                                                  伴隨著北斗衛星導航系統建設的穩步推進,以及中方積極參與國際多邊事務,中國在ICG等多邊平臺的影響力和話語權逐漸提升,國際規則里漸漸出現中國主張和中國建議。

                                                  近年來,國合中心支撐北斗辦與東盟、阿盟、巴基斯坦、泰國、印尼、新加坡等國開展雙邊合作會談,組織參加國際會議、論壇、培訓活動,支撐北斗系統在國際電信聯盟(ITU)框架下開展頻率協調,推動北斗系統進入國際標準化組織(ISO)、國際民用航空組織(ICAO)、國際海事組織(IMO)、移動通信國際標準組織(3GPP)等,使北斗系統融入世界行業標準。

                                                  在去年第十四屆 ICG大會上,楊長風帶領中國代表團 50余人赴印度班加羅爾出席大會。在北斗三號全球衛星導航系統星座部署完成前夕,代表團作了北斗衛星導航系統更新報告,并針對中軌衛星搜救、空間碎片處置、精密單點定位等問題提出中方倡議和解決方案。

                                                  好消息不斷傳來,北斗國際標準化工作不斷取得進展。國際民航標準方面,北斗三號全球信號相關指標基本完成技術驗證,進入標準最后驗證階段;

                                                  國際海事標準方面,北斗系統成為第三個國際海事組織認可的世界無線電衛星導航系統,在海事應用方面獲得合法地位;國際移動通信標準方面,北斗移動通信國際標準累計已在移動通信國際標準組織制定26項北斗二號信號國際標準……


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