聚焦｜世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最新應(yīng)用與趨勢特點分析

北斗系統(tǒng)已全面服務(wù)交通運輸、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林牧漁、城市治理等行業(yè)，融入電力、金融、通信等基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛進入大眾消費、共享經(jīng)濟和民生領(lǐng)域，深刻改變著人們的生產(chǎn)生活方式，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟和社會效益。

支持北斗三號新信號的22nm工藝射頻基帶一體化芯片，已經(jīng)進入量產(chǎn)階段，性能再上新臺階。目前已構(gòu)建起集芯片、模塊、板卡、終端和運營服務(wù)為一體的北斗完整產(chǎn)業(yè)鏈，10年來我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值年均增長20%以上，2019年達到3450億元，2020年有望超4000億元。

以交通農(nóng)業(yè)領(lǐng)域為例，近700萬輛道路營運車輛已經(jīng)安裝使用北斗系統(tǒng)，占運營車輛的96%；基于北斗的農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)推廣應(yīng)用近4.5萬臺套，節(jié)約50%的用工成本；基于北斗的農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管平臺和物聯(lián)網(wǎng)平臺為近40萬余臺套農(nóng)機設(shè)備提供服務(wù)，極大提高了作業(yè)管理效率。在2020年抗擊新冠肺炎疫情中，北斗高精度服務(wù)提供精確標繪，有力支撐武漢火神山、雷神山醫(yī)院10天建成，基于北斗的無人機、無人車紛紛應(yīng)用到疫區(qū)醫(yī)療物資配送，實現(xiàn)智能化、精準化。

北斗系統(tǒng)已在全球超過一半的國家和地區(qū)得到應(yīng)用，向億級以上用戶提供服務(wù)，基于北斗的土地確權(quán)、精準農(nóng)業(yè)、數(shù)字施工、車輛船舶監(jiān)管、智慧港口解決方案在東盟、南亞、東歐、西亞、非洲等得到成功應(yīng)用。

此外，北斗持續(xù)推進進入民航、海事、搜救衛(wèi)星、移動通信、電工委員會等國際組織標準。2020年11月，在國際民航組織導(dǎo)航系統(tǒng)專家組第六次全體會上，北斗三號全球系統(tǒng)189項性能指標技術(shù)驗證全部通過，標志著北斗三號全球系統(tǒng)進入國際民航組織標準工作的最核心和最主要任務(wù)圓滿完成；2020年，國際電工委員會發(fā)布首個北斗船載接收設(shè)備檢測國際標準，國際移動通信組織發(fā)布首批支持北斗三號B1C信號的5G標準，國際海事無線電技術(shù)委員會也將發(fā)布完全支持北斗三號所有公開信號的RTCM標準協(xié)議。

GPS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在美國交通部、國土安全局、國防部、國家安全維護等方面。

在民用領(lǐng)域，GPS提供L1 C/A、L1C、L2C、L5信號服務(wù)，并在門戶網(wǎng)站上持續(xù)公開發(fā)布服務(wù)信息，超過95%的設(shè)備支持GPS系統(tǒng)。另外，GPS注重星基增強系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，已有超過131000架美國飛機配備WAAS系統(tǒng)。

總體來看，GPS系統(tǒng)通過保持連續(xù)可靠服務(wù)、鼓勵與其他系統(tǒng)互操作、發(fā)布和更新保護民用信號及安全使用的系列政策，保持其在GNSS應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)和優(yōu)勢地位。

GLONASS系統(tǒng)規(guī)劃了4類不同精度的民用服務(wù)，包括5m的基本開放服務(wù)、1m的星基增強服務(wù)、0.1m的星基精密單點定位服務(wù)、0.03m的地面增強服務(wù)。

當前，GLONASS已經(jīng)在俄羅斯得到廣泛應(yīng)用，例如基于GLONASS的聯(lián)邦汽車運輸應(yīng)急系統(tǒng)（ERA-GLONASS）自2017年起被廣泛應(yīng)用于新的交通設(shè)備，大大降低了事故發(fā)生率，商業(yè)前景廣泛；基于GLONASS的貨物運輸收費系統(tǒng)（PLATON）自2015年開始運行，廣泛應(yīng)用于所有境內(nèi)高速公路，超過百萬輛卡車注冊使用，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟價值。

未來，隨著精度和服務(wù)性能的進一步提升，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛和深入，主要包括海上導(dǎo)航、密集市區(qū)內(nèi)的港口航行、精準建筑施工與工程無人機、精準農(nóng)業(yè)、智能交通、智慧城市、內(nèi)部水路測繪、海/陸架鉆探科技等。

伽利略系統(tǒng)服務(wù)多樣，目前已提供公開服務(wù)、公共特許服務(wù)、搜救服務(wù)，2020年后，還將逐步增加公開服務(wù)信息認證、商業(yè)授權(quán)服務(wù)信息認證、緊急告警、全球20cm精密單點定位服務(wù)等，覆蓋高安全、高精度、高效信息播發(fā)等不同范疇，以滿足各類用戶多樣化需求。

當前，伽利略系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)，包括航空航天、航海、無人機、汽車、智能手機等。以大眾消費為例，根據(jù)其市場調(diào)查報告，兼容伽利略系統(tǒng)的智能手機數(shù)量將達到15億部。

搜救服務(wù)方面，國際搜救組織于2016年12月宣布伽利略系統(tǒng)具備搜救早期服務(wù)能力。目前伽利略系統(tǒng)可提供基于SAR信標遠程激活漁船的服務(wù)，即如果一艘漁船在一段時間內(nèi)未與其船隊進行通信，此船就會被遠程激活，以便獲取此漁船的位置。未來，其搜救服務(wù)還將進一步升級，具備返向鏈路功能。

QZSS已經(jīng)提供與GPS民用信號完全兼容的PNT服務(wù)、星基增強服務(wù)、亞米級增強服務(wù)、厘米級增強服務(wù)、災(zāi)害與危機管理衛(wèi)星報告服務(wù)（Satellite Report for Disaster and Crisis Management，DC Report）、 星基增強服務(wù)、定位技術(shù)驗證服務(wù)（Positioning Technology Verification  Service，PTV）、QZSS安全確認服務(wù)（QZSS Safety Confirmation Service，Q-ANPI）共7類服務(wù)，廣泛應(yīng)用于日本境內(nèi)的多個領(lǐng)域，包括汽車自動駕駛、航行自動駕駛、智能農(nóng)業(yè)、無人機、軌道交通管理系統(tǒng)、自動停泊系統(tǒng)、海洋建設(shè)、可穿戴運動設(shè)備等。

NavIC系統(tǒng)向用戶提供民用標準定位服務(wù)（SPS）并向授權(quán)用戶提供限制服務(wù)（RS），單頻用戶可以使用L5或S頻段信號，雙頻用戶使用L5和S頻段信號。當前兼容NavIC系統(tǒng)的芯片種類較少，主要包括僅接收NavIC信號的芯片和接收NavIC信號和GPS增強信號的芯片。同時NavIC系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到印度國內(nèi)授時、時頻同步、衛(wèi)星發(fā)射和跟蹤網(wǎng)絡(luò)、國家電網(wǎng)等行業(yè)用戶。

目前，NavIC系統(tǒng)定位和短消息服務(wù)已可以在手機應(yīng)用程序中使用，支持NavIC的信息接收機可以通過藍牙連接用戶的手機，用戶可以在手機上獲得使用當?shù)卣Z言的海嘯、大浪等預(yù)警信息以及政府機構(gòu)發(fā)布的信息。

從世界主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最新發(fā)展情況來看，各衛(wèi)星導(dǎo)航國家和地區(qū)對GNSS系統(tǒng)的重視與日俱增，加速謀劃系統(tǒng)能力升級換代，加快部署新技術(shù)、新衛(wèi)星、新服務(wù)。系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用總體呈現(xiàn)以下新的趨勢和特點。

各系統(tǒng)更加重視通過增加衛(wèi)星數(shù)量、配置更高性能原子鐘、擴展監(jiān)測站數(shù)量和范圍、優(yōu)化改進精密定軌和時間同步算法等方面，不斷提升空間信號精度和系統(tǒng)定位精度。同時，逐步提供精密定位服務(wù)，如伽利略系統(tǒng)將提供全球20cm高精度服務(wù)，GLONASS將提供區(qū)域10cm高精度服務(wù)，QZSS已在本土和周邊提供10cm高精度服務(wù)。

完好性服務(wù)方面，各系統(tǒng)加快現(xiàn)有星基增強系統(tǒng)升級換代，由單頻單星座向雙頻多星座發(fā)展，并注重星地完好性聯(lián)合監(jiān)測，更好保障用戶安全可靠應(yīng)用。

• GPS將在新一代衛(wèi)星上搭載搜救和新設(shè)計的核爆探測載荷；

• 伽利略系統(tǒng)未來還將逐漸推出安全認證、告警服務(wù)、電離層預(yù)測等特色服務(wù)；

• GLONASS后續(xù)衛(wèi)星也計劃提供搜救服務(wù)；

• 日、印系統(tǒng)也將陸續(xù)推出新服務(wù)、新功能。

如何實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的集約高效，實現(xiàn)一星多用、一系統(tǒng)多能成為未來各系統(tǒng)挖潛增效、提升國際競爭力的新方向。

彈性是PNT體系的主要特征之一，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為綜合PNT體系的基石，更應(yīng)該具備彈性特征，以實現(xiàn)系統(tǒng)可靠安全。通過高中低軌混合星座、高速星間鏈路等手段構(gòu)建彈性體系，提升系統(tǒng)的安全性和服務(wù)可用性。如GEO可實現(xiàn)本土全時覆蓋和操控，IGSO可提升區(qū)域能力和遮擋環(huán)境下的服務(wù)可用性，MEO更加注重全球覆蓋，LEO可完成導(dǎo)航增強和備份。

GPS雖已有全球監(jiān)測和操控能力，但還在積極發(fā)展基于星間鏈路的本土操控和自主運行能力；GLONASS也在發(fā)展混合星座體系和星間鏈路；伽利略系統(tǒng)也在積極研究引入低軌，提升復(fù)雜環(huán)境下服務(wù)的穩(wěn)健性和系統(tǒng)能力的彈性。

目前，北斗全球系統(tǒng)已全面建成，正式邁入全球服務(wù)新時代，以嶄新的姿態(tài)走向世界。世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最新進展可以為北斗發(fā)展提供重要參考。

隨著各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面服務(wù)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航進入新一輪競技，2035年也將成為下一個重要里程碑。當前，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、低軌星座等技術(shù)的迅猛發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與新領(lǐng)域、新業(yè)態(tài)融合發(fā)展的趨勢愈加明顯。一方面，要充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)高精度和特色服務(wù)優(yōu)勢，加快北斗應(yīng)用融合發(fā)展；另一方面，北斗系統(tǒng)應(yīng)抓住當前各類新技術(shù)蓬勃發(fā)展帶來的機遇，通過技術(shù)融合，大幅提升服務(wù)性能和系統(tǒng)安全性。此外，應(yīng)做好包括新型原子鐘、高速星間鏈路等對系統(tǒng)服務(wù)性能提升有關(guān)鍵影響的核心技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)和儲備，進一步提升我國衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的全球競爭力。

2035年前，我國還將建成更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導(dǎo)航授時體系，未來，北斗系統(tǒng)應(yīng)著眼世界衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展前沿，繼續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，為全球用戶提供基準統(tǒng)一、覆蓋無縫、安全可靠、便捷高效的PNT服務(wù)，為未來智能化、無人化發(fā)展提供核心支撐。