定位導航、授時、短報文“撐起”北斗應用

據統計，全國有7萬余艘漁船和執法船安裝北斗終端。

　　■北斗“啟航”

　　今年的全國兩會“委員通道”上，全國政協委員、中國北斗衛星導航系統工程總設計師楊長風介紹，北斗全球系統最后一顆組網衛星計劃于6月擇機發射，屆時北斗全球星座部署將圓滿完成。

　　去年年底的國新辦發布會上，中國衛星導航系統管理辦公室主任、北斗衛星導航系統發言人冉承其曾透露，北斗系統服務覆蓋200余個國家和地區，用戶突破1億，日服務達2億次……

　　“未來北斗將無所不在，小到兒童的定位手表，大到航母……所有需要定位、導航、授時的場景，都會出現北斗。”南京航空航天大學航天學院微小衛星中心教授康國華如是說。

　　此外，據新華社消息，日前西安衛星測控中心已經完成29顆已入網工作的北斗三號衛星星間鏈路測試工作，確保全球組網如期完成。

　　定位和導航

　　高精度信號已公開發布

　　提及北斗的功能，“定位導航”經常并提。但二者的概念其實并不相同。

　　康國華告訴記者，定位是導航的基礎，導航是定位的應用；定位是“告訴你在哪”，導航是“告訴你如何從現在所處的位置，去你想要去的地方”。

　　中科院微小衛星創新研究院研究員陳宏宇則表示，“簡單說，導航需要定位后，再結合地圖和算法來規劃到達目的地的路線。”

　　以定位為例，大型基建工程，例如高鐵、大橋、機場的建設，以及后期的變形監測等，都需要衛星定位。

　　例如，橋梁建成后，由于行車荷載、風力、溫度、自然災害等外界因素，以及混凝土收縮徐變、老化碳化、鋼筋松弛銹蝕、墩臺基礎沉降等內在因素的影響，不可避免地將產生幾何變化、內力變化和索力變化等各種效應。如果這些變化過大，超過了橋梁能夠承受的安全范圍，將會產生災難性的后果。為了確保橋梁運營安全，必須對橋梁的變形狀況長期監測。北斗衛星導航系統，可以實現這種長期監測。一旦變形量指標超標，可馬上發出警報。

　　精度能夠達到多少？根據中國衛星導航系統管理辦公室去年12月公開發布的《北斗衛星導航系統發展報告（4.0版）》，在全球范圍內，北斗的定位精度達到水平10米、高程10米；測速精度為0.2米每秒。亞太地區，定位精度水平5米、高程5米（以上均為95%置信度）。實測結果表明，北斗系統服務能力全面達到并優于上述指標。

　　這還不是北斗的最高精度。不同應用場景結合星基增強服務、精密單點定位服務等，北斗的精度將會更高：冉承其在去年年底的國新辦發布會上就表示，精密單點定位服務，將為中國及周邊地區提供動態分米級，靜態厘米級的高精度定位服務，滿足國土測繪、精準農業、自動駕駛等領域用戶高精度服務需求。

　　此外，冉承其還曾表示，北斗在地基增強服務方面，結合交通、測繪、地震、氣象、國土等行業監測站網資源，已建成2000多個基準站，提供實時米級、分米級、厘米級等增強定位精度服務；已經在國土測繪、形變監測、精準農業、車道級導航等應用領域開始規模化應用。“大家想想，厘米級和毫米級的高精度服務，會帶來定位應用方面多大的變化，比如說車道級導航，甚至樓房的形變監測等方面都會有很好的應用。”

　　授時

　　從電網到股市，北斗能提供“納秒級時鐘”

　　北斗的定位、導航功能，我們在生活中能夠直接接觸。但北斗遠不止于此。例如，北斗的“授時”功能就是非常重要的“幕后英雄”。

　　“授時，就是給出準確的時間，對一些儀器設備來說就是進行時間的校準。”康國華說。

　　北斗如何提供授時？清華大學電機工程與應用電子技術系教授謝小榮介紹，北斗衛星上一般搭載3到4臺高精度（約0.3納秒級）原子鐘作為基準時間源。衛星播發的電文中含有軌道坐標和衛星時間，結合接收機的空間坐標，通過求解方程組，就能夠實現授時功能。“北斗的授時精度可達到10納秒級，這一精度與GPS相當。”謝小榮說。

　　康國華介紹，時間基準是一個國家安全的保障，如高鐵、電網、股市、計算機網絡通信、跨海大橋和海底隧道建設等等，都需要時間同步。“可以說，現代社會離開統一時間基準是不可想象的。”康國華說。

 　時間基準有多重要？以電網為例，謝小榮給記者舉例：一條100公里的500千伏輸電線路，如果兩端電壓相量測量的時間基準差0.1毫秒，就可能產生27萬千瓦的功率差異，相當于30多萬戶城鎮三口之家的平均用電；電力系統故障分析時，要求變電站時間同步精度優于1微秒，否則可能導致錯誤的故障原因分析結果。

　　謝小榮表示，據不完全統計，目前已有上千套變電站時間同步裝置接收北斗授時信號；超過20%的電力通信頻率網接收北斗授頻信號；相關產業估計達到數百上千億元規模，并處于快速發展中。

　　短報文

　　北斗特色，用導航衛星“發短信”

　　“短報文”服務是國外其他衛星導航系統均不具備的，堪稱北斗特色。

　　簡單地說，GPS等系統對于用戶來說，只能接收衛星發出的信號，但無法向衛星發信息。而北斗的短報文功能可以實現雙向通信，以類似于手機短信的形式，只要在服務范圍，就能夠將“短信”發到衛星上。

　“最初的北斗一號僅對短報文系統進行了驗證，二號、三號則分別實現區域和全球短報文服務。”陳宏宇表示。顧名思義，所謂區域短報文，就是服務中國及周邊地區（東經75°至135°，北緯10°至55°），而全球短報文服務則是向全球提供服務。

　　在手機短信都使用越來越少的今天，為什么北斗的短報文功能被如此看重？

　　顯然，短報文服務并不是面向城市普通用戶“上網聊天”的。它主要面向普通移動通信信號不能覆蓋的地區（如無人區，荒漠，海洋，極地等）或通信基站遭受破壞的情況（如地震，洪水，臺風等）。

　　在這些情況下，裝有北斗短報文模塊的北斗終端，就可以通過短報文進行緊急通訊，不僅能讓用戶知道自己“在哪兒”，也能告訴別人“發生了什么”。

　　漁業是北斗短報文應用的重要領域。在沒有移動通信信號的海域，使用北斗系統短報文功能，漁民能夠通過北斗終端向家人報平安，有力保障了漁民生命安全、國家海洋經濟安全、海洋資源保護和海上主權維護。2019年的中國衛星導航年會上，冉承其提到，全國7萬余艘漁船和執法船安裝北斗終端，累計救助1萬余人。

　　另外，林業巡防、災情通信，乃至電力等需要信息回傳的領域，都是短報文應用的場景。

　　值得一提的是，在北斗二號時期，已經有相當成熟的民用短報文產品出現。據記者了解，目前市面上，幾千元即可購入短報文終端，每條短報文信息服務費幾角錢左右，更有“包年包月”等套餐。相對于昂貴的衛星電話，短報文服務費用較低，在“驢友”群體中，短報文相關產品有普及的趨勢。