在过去的一年里,北斗卫星导航系统(BDS)在其发展过程中不断追求世界级的卓越,特别是在系统运行以及应用和新技术的发展方面。凭借这种不懈的创新和对卓越的追求,BDS不断超越其基准。
系统运营与服务
通过建立在轨保障系统,加强在轨运行控制,结合在轨软件再造和实时地面诊断,显著提升了北斗系统的功能和服务性能。在工程框架内定期评估空间和地面段的运行状态。各种数据集和方案都经过严格的测试和审查,以确保最高水平的用户满意度。
此外,该系统还集成了星对地和星间联合控制、统一信息传输和观测数据协调处理等新技术。结合人工智能、云平台和大数据分析,提升了北斗/GNSS全球持续监测评估能力。
今年5月,第一颗北斗三号地球静止轨道备份卫星成功发射。目前,北斗系统共有46颗在轨卫星,其中北斗二号星座15颗,北斗三号星座31颗。自正式投入运营以来,北斗导航系统始终如一地提供可靠的服务,性能指标稳步提升。2023年国际GNSS监测与评估系统(iGMAS)数据显示,北斗空间信号可用性为100%,信号连续性为99.996%,全球定位精度为5 m,亚太地区地区明显增强。图1显示了全球监测站评估的BDS B1C信号的定位精度。图2显示了可见的北斗卫星的数量,全球至少观测有六到八颗卫星。
北斗系统始终致力于服务全球社会,造福人类,推动创新,无缝整合系统的基础定位、导航、授时功能,同时构建四大业务平台,支持北斗特色业务应用的发展。国际搜救服务平台提供符合COSPAS-SARSAT标准的MEO搜救服务,提供基于北斗的特色回传链路服务。星基增强系统(SBAS)业务平台根据APV-I要求提供使用B1C信号的单频增强业务,以及根据CAT-I要求使用B2a信号的双频增强服务。短消息服务平台实现了与地面移动通信系统和互联网的无缝融合,标志着智能手机直连卫星,为主流智能手机用户带来区域性短消息通信业务的突破。地基增强服务平台拥有覆盖全国的地面站网络,实时提供高精度定位增强服务,精度等级从米到分米,直到厘米到毫米进行后处理,满足各行业和公众的需求。
图 1.北斗B1C信号的全局定位精度(95%) 图:中国卫星导航办公室测试与评估研究中心
系统应用与产业化
北斗应用行业持续增长。2022年,中国卫星导航和位置服务业总产值达到5007亿元人民币(约合715亿美元)。建立了完整的产业链,包括芯片、模块、天线、板卡、接收机和综合服务。基础BDS产品不断开发,已达到数亿套的生产规模。2022年,中国车载导航设备销量突破1200万台。物联网、可穿戴设备、车载、高精度设备等各类接收机销量突破1亿台。目前正在进行密集的研发工作,以将北斗导航功能与惯性、移动通信和视觉导航方法相结合,以增强各种应用场景下的用户体验。
北斗系统广泛应用于各行各业,并被证明是社会经济增长的关键技术驱动力。在运输部门,超过790万辆公路车辆、40,000多辆邮政和快递车辆、47,000多艘船舶、13,000多架水路导航辅助设备和近500架通用飞机使用北斗系统。在农林牧渔业领域,超过10万台自主农业机械单元、2万多台智能牲畜跟踪项圈和10万多艘渔船配备了北斗接收机。在水资源管理领域,北斗短报文服务支持对2500余座水库进行水文监测。在数字化建设中,北斗系统与多传感器和互联网技术的协同作用已被证明对成昆铁路、深圳妈湾海底隧道和新疆沙漠公路等项目至关重要,在降低人工和材料成本的同时,显著提高了施工质量和效率。在消费者应用方面取得了重大进展。
2022年,中国新增注册智能手机中有2.6亿部支持北斗,占比98.5%。BDS短消息服务已无缝集成到主流智能手机中,无需更换SIM卡、电话号码或添加外部设备。消费者现在可以访问BDS-3的短消息服务。基于北斗的车道级导航已在中国八个城市试点,并计划在全国范围内部署。“动态红绿灯倒计时”、“红绿灯状态”等北斗衍生功能已覆盖全国数百万个交通信号,日信号查询量超过14亿次。此外,国内知名在线测绘服务商提供北斗卫星定位服务日均点击量超过3000亿次。
图2.北斗可见卫星数量 ,图来源:中国卫星导航办公室试验评估研究中心
国际合作与交流
中国加强了国际双边伙伴关系,扩大了合作倡议。2023年3月,中俄卫星导航重大战略合作项目委员会升级为中俄卫星导航合作分委会,并于10月召开成立大会。今年10月,第四届中国-阿拉伯国家北斗系统合作论坛成功召开。积极参与联合国等多边组织的国际活动和卫星导航领域的学术交流,促进了全球卫星导航的联合讨论,确保了全球卫星导航系统的兼容性和互操作性。中国推动北斗系统融入民航、海事、移动通信、搜救等行业制定的国际标准。2022年11月,北斗系统短报文服务系统成为国际海事组织(IMO)认可的第三个全球海上遇险和安全卫星通信系统。2022年6月,北斗B2a和B3I信号技术标准获得3GPP批准,第四代、第五代移动通信系统北斗辅助定位标准正式发布。2022年11月,中国正式成为COSPAS-SARSAT空间段供应商。通过政策制定、标准化和知识产权保护,努力营造有利的“软环境”,保持开放沟通和可持续发展。随着2022年《北斗卫星导航标准系统(2.0版)》的发布,中国已提交与卫星导航相关的专利申请7000余件,彰显了中国对创新和高质量发展的承诺。2022年11月,中国国务院新闻办公室发布《新时代中国北斗卫星导航系统》白皮书,阐述了北斗的变革历程:展示新的业务能力,推动产业增长,推动合作,规划未来发展道路。
今年4月,以“数字经济——智能导航”为主题的第十三届中国卫星导航大会成功举办。首次征集了与卫星导航和定位、导航和授时(PNT)系统相关的挑战,后来在北斗的官方网站上公布。这些挑战涵盖了当前和新兴的GNSS技术、服务和应用,包括GNSS基于卫星的时空参考业务的建立和维护,在月球空间提供高精度导航和授时服务,在复杂环境下提供精确定位服务,以及部署智能应用。此外,还提出了为PNT应用发展多源异构时空信息统一理论的建议,旨在进一步融合北斗系统、PNT等新型信息技术。
谢军
未来发展前景
未来,计划发射两到四颗备用卫星,以加强北斗星座的鲁棒性和可及性。还承诺不断提高北斗地面智能运维标准,确保稳定运行和性能提升。此外,还将加强系统管理和日常评估,制定天基和地基综合战略,优化运行生态系统,丰富北斗服务和用户体验。
在新兴技术领域,将进一步推进利用低地球轨道技术改进导航及其实际应用的研究,以加强系统的精度和完整性,并满足以无处不在的连接和智能设备为特征的时代的要求。工作还将包括研究多层空间星座和月球空间导航的基本原理,以扩大北斗系统的覆盖范围。此外,将继续研究基于卫星的自主计时技术和脉冲星技术,以建立和维护基于GNSS卫星的时空参考系统。
秉持“自主创新、开放融合、万众一心、追求卓越”的基本理念,北斗系统与5G、人工智能、大数据等创新领域融合步伐坚定,力争到2035年,打造更加泛在、融合、智能的中国PNT体系。广阔的宇宙舞台召唤着合作探索。BDS将继续坚守其使命。北斗系统由中国开发,奉献世界,争创一流。北斗科技以推动进步的雄心壮志,努力为人类社会的发展和人类命运共同体做出重大贡献。
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