作者 ｜ 楊元喜 任夏

自2020年7月31日，北斗全球衛星導航系統（北斗三號）正式向全球用戶提供導航、定位和授時（PNT）服務，至今已穩定運行一年有余。

根據國際監測評估中心的評估結果，北斗三號單頻定位精度優于6米，其中水平方向優于3m，高程方向優于5m，授時精度優于14.7ns，遠優于系統設計指標。

高精度的PNT服務是一流衛星導航系統的重要標志，然而，特色的設計和特色的服務才是讓北斗系統耀眼全球的最大亮點。

具備六大特色功能

北斗衛星導航系統不僅可以提供基本PNT服務，還具備六大特色功能，即基于地球靜止軌道（GEO）衛星的四大特色服務和基于中圓地球軌道（MEO）衛星的兩大特色服務。

北斗GEO衛星主要提供無線電測定（RDSS）、區域短報文通信（RSMC）、星基精密單點定位（B2b-PPP）和星基增強(BDSBAS)四類區域服務；北斗MEO星座可覆蓋全球，主要提供全球短報文通信（GSMC）和國際搜救（MEOSAR）服務。

RDSS服務屬于有源定位，是用戶獲取PNT信息的另一種方式。RDSS用戶需要主動發送定位請求，并向兩顆GEO衛星發送測距信號；主控站收到請求后，根據測距信息和地面高程數據，即可求得用戶的位置信息并發送給用戶。

北斗三號的廣義RDSS定位模式，是指用戶利用上行鏈路向運控中心發送觀測信息（包括對GEO、IGSO和MEO的觀測），運控中心利用衛星精密軌道和鐘差計算用戶位置，完成用戶的快速定位。

這種廣義RDSS定位不僅有利于群組用戶間的位置交互，其安全性、傳輸速率以及定位精度與北斗二號相比均有顯著提升。

此外，用戶也可以在RNSS和廣義RDSS服務之間進行自由切換。運行一年來，RDSS服務性能得到全面驗證，所有性能均滿足設計指標。

RSMC是沿襲自北斗一號和北斗二號的另一項特色功能，其服務區域為東經50度至160度，北緯0度至60度。

根據需要，服務區內的用戶不僅可以進行點對點通信（點播模式），同一編組內的用戶（不超過127個）還可進行群內信息交互（組播模式），上級用戶也可對多個下屬用戶進行消息廣播（通播模式）。

運行一年來的試驗與驗證充分證明，RSMC單次通信最多可發送1000個漢字，實測點播成功率大于99.9%，通播成功率大于97.7%，優于設計指標（成功率大于95%）。

星基增強系統（SBAS）是為民航安全飛行與精密進近提供的具有健康安全性質指標的服務。

與國家星基增強系統不同，BDSBAS服務嵌入北斗系統，是北斗系統服務的一部分。

BDSBAS通過BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2b信號向中國及周邊地區提供增強信息，實現對標準導航定位服務精度的改進和提升。

BDSBAS服務不僅滿足國際民航組織（ICAO）標準，而且具備四大系統（BDS、GPS、Galileo和GLONASS）的單頻和雙頻多星座增強能力。

運行一年來，測試與試運行結果表明，BDSBAS定位精度在水平方向優于1.5m，高程方向優于2.0m，滿足民航飛機精密進近等要求。 

精度達厘米級

 北斗三號將國際GNSS服務中心提供的精密單點定位服務內容嵌入北斗GEO衛星，簡稱B2b-PPP。

B2b-PPP服務直接由北斗三號的GEO衛星發送精密軌道和精密衛星鐘差改正數，無需Internet支持，于是，既使用戶身處沙漠、戈壁、海上等無Internet網絡的地區，也可以獲得北斗系統的GEO衛星提供的B2b-PPP服務。

運行一年來，B2b-PPP定位精度可達厘米級，收斂時間一般在30min內。

北斗全球短報文（GSMC）功能可實現全球地面及以上1000km范圍內任意兩個用戶間的通信。

用戶發出的信息只要被任何一個搭載有短報文載荷的MEO衛星接收，即可通過星間鏈路在星座內“接力”傳遞，發送給另一用戶。

一年來的用戶使用結果表明，單次短報文可發送40個漢字，信息一旦發出，系統會在1min內作出響應，成功率優于95%。

北斗MEO衛星提供的國際搜救（MEOSAR）服務功能滿足國際海事組織相關標準，但是北斗系統的MEOSAR還特別設計了返向鏈路，即求救信息發出后，系統會在2min鐘內通過返向鏈路向呼救者確認，可以起到穩定呼救者情緒，避免重復呼救的作用。

經過一年來的運行服務，搜救信息的落地成功率優于99%，超出國際海事組織項標準要求。若與北斗的RNSS定位、短報文通信功能相結合，搜救精度可達到米級，可顯著提升搜救效率。

推廣應用至各行各業

 如今，北斗PNT服務已深入人們工作、生活的方方面面，在無人駕駛、電力輸送、災害監測、智慧牧業、精密農業、新冠疫情防控等領域發揮了重要的支撐作用，已推廣應用至120個國家。

隨著北斗系統功能的完善，特色功能和服務可以喚起人們對北斗應用更豐富的想象。

北斗短報文服務和B2b-PPP嵌入各類災害監測系統，可以進行高精度監測和告警，實現偏遠地區，尤其是無網絡覆蓋地區無人值守的災害實時預警。

短報文和定位服務嵌入車輛、漁船等平臺，可在用戶遇險時及時發送求救信息并報告精確位置，提高沙漠、海上等特殊環境下的救援成功率。

5G+北斗的融合模式，可確保城市、室內等環境下定位的可用性，助力智慧城市建設。

可見，北斗的創新設計和特色功能不僅提升了北斗系統的服務性能，拓展了服務功能，而且顯著提升了北斗系統的全球競爭力。

相信在不久的將來，特色的功能和服務會為北斗贏得更廣闊的應用市場。

（楊元喜系中國科學院院士、北斗導航系統副總工程師；任夏系西安測繪研究所助理研究員）