2020年7月31日，我國(guó)“北斗”三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS-3）正式開通服務(wù)，標(biāo)志著“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)部署圓滿完成，邁進(jìn)全球服務(wù)新時(shí)代。自2000年“北斗”一號(hào)建成至今，“北斗”系統(tǒng)始終堅(jiān)持“自主、開放、兼容、漸進(jìn)”的原則，通過“三步走”戰(zhàn)略不斷創(chuàng)新發(fā)展，逐漸形成了以高精度定位授時(shí)、報(bào)文通信、導(dǎo)航增強(qiáng)、國(guó)際搜救（SAR）為代表的具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的多樣服務(wù)，更好地滿足了各類用戶的多元化需求。在新時(shí)代，“北斗”作為國(guó)家重大時(shí)空信息基礎(chǔ)設(shè)施，將持續(xù)提升系統(tǒng)性能和用戶服務(wù)體驗(yàn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防安全、人民生產(chǎn)生活等方面發(fā)揮更加重要的作用。

與其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）相比，“北斗”系統(tǒng)提供定位導(dǎo)航授時(shí)和通信數(shù)傳兩大功能，更好地滿足了用戶的多元化需求，包括面向全球范圍提供衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)（RNSS）、全球短報(bào)文通信（GSMC）和國(guó)際搜救（SAR）服務(wù)；在中國(guó)及周邊地區(qū)提供星基增強(qiáng)（SBAS）、精密單點(diǎn)定位（PPP）和區(qū)域短報(bào)文通信（RSMC）服務(wù)。

無線電導(dǎo)航服務(wù)：通過“北斗”系統(tǒng)空間星座中衛(wèi)星的B1C、B2a、B2b、B1I、B3I信號(hào)提供服務(wù)。通過該服務(wù)用戶可確定自身位置、速度和時(shí)間。目前，定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)由“北斗”二號(hào)和“北斗”三號(hào)星座聯(lián)合提供。

區(qū)域短報(bào)文通信服務(wù)：通過星座中3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星提供的L頻段和S頻段信號(hào)提供服務(wù)。用戶完成申請(qǐng)注冊(cè)后，可獲取點(diǎn)播、組播、通播等模式的短消息通信服務(wù)。

全球短報(bào)文通信服務(wù)：利用“北斗”三號(hào)中圓軌道（MEO）衛(wèi)星全球覆蓋的特點(diǎn)，通過14顆MEO衛(wèi)星L頻段信號(hào)提供服務(wù)。該服務(wù)可實(shí)現(xiàn)在全球任何位置看見2顆及以上衛(wèi)星的全球短報(bào)文波束，滿足我國(guó)全球短報(bào)文隨遇接入需求。

星基增強(qiáng)服務(wù)：通過“北斗”三號(hào)3顆GEO衛(wèi)星提供的B1C、B2a信號(hào)提供服務(wù)。按照國(guó)際民航組織標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)中國(guó)及周邊地區(qū)用戶，支持單頻及雙頻多星座兩種增強(qiáng)服務(wù)模式。

精密單點(diǎn)定位服務(wù)：通過“北斗”三號(hào)3顆GEO衛(wèi)星提供的B2b信號(hào)提供服務(wù)。用戶通過本服務(wù)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分米級(jí)、靜態(tài)厘米級(jí)的高精度定位。

國(guó)際搜救服務(wù)：通過“北斗”三號(hào)MEO衛(wèi)星提供符合全球衛(wèi)星搜救系（COSPAS-SARSAT）標(biāo)準(zhǔn)的搜救服務(wù)，與其他中軌衛(wèi)星共同組成全球中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)，為全球用戶提供遇險(xiǎn)報(bào)警，并通過返向鏈路完成遇險(xiǎn)報(bào)警確認(rèn)。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)按照“三步走”戰(zhàn)略建設(shè)發(fā)展，如圖1所示。每一代“北斗”系統(tǒng)均采取向后兼容、平穩(wěn)過渡的系統(tǒng)升級(jí)策略，有力保證了系統(tǒng)升級(jí)過程中用戶服務(wù)的連續(xù)性。

“北斗”一號(hào)系統(tǒng)2000年投入使用，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星無線電測(cè)定服務(wù)（RDSS），為有源定位體制，為中國(guó)用戶提供定位、授時(shí)、廣域差分和短報(bào)文通信服務(wù)。“北斗”二號(hào)系統(tǒng)2012年投入使用，在兼容“北斗”一號(hào)系統(tǒng)技術(shù)體制基礎(chǔ)上，增加無源定位體制，即衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)（RNSS），為亞太地區(qū)用戶提供定位、測(cè)速、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。“北斗”三號(hào)系統(tǒng)在“北斗”二號(hào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升性能、擴(kuò)展功能。具體體現(xiàn)在定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)范圍覆蓋全球，服務(wù)性能持續(xù)提升；短報(bào)文服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大、服務(wù)容量不斷擴(kuò)展；星基系統(tǒng)持續(xù)建設(shè)完善，系統(tǒng)服務(wù)精度和可靠性大幅提高。同時(shí)，新增了精密單點(diǎn)定位、國(guó)際搜救等服務(wù)，為用戶提供導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳于一體的高品質(zhì)服務(wù)。

在“北斗”系統(tǒng)多服務(wù)集成中，主要從星座配置、信號(hào)設(shè)計(jì)、衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)3個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

在星座配置方面，依托混合星座構(gòu)型，以MEO衛(wèi)星為主承擔(dān)全球服務(wù)，利用GEO、傾斜地球同步軌道（IGSO）軌道相對(duì)固定的優(yōu)勢(shì)，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充和增強(qiáng)，并實(shí)現(xiàn)區(qū)域特色服務(wù)。

在信號(hào)設(shè)計(jì)方面，一是B1C和B2a信號(hào)載波頻率采用了國(guó)際通用的互操作頻1575.42MHz和1176.45MHz，實(shí)現(xiàn)與其他GNSS系統(tǒng)兼容與互操作；二是對(duì)不同類型衛(wèi)星信號(hào)功能進(jìn)行了系統(tǒng)劃分，支持多樣化服務(wù)。IGSO和MEO衛(wèi)星以RNSS服務(wù)為主，兼顧返向鏈路功能，通過信息速率較高的B2b信號(hào)作為返向鏈路向遇險(xiǎn)用戶發(fā)送報(bào)警信息、報(bào)警位置確認(rèn)或救援行動(dòng)確認(rèn)等應(yīng)答信息。GEO衛(wèi)星信號(hào)通過一體化設(shè)計(jì)，可同時(shí)支持RNSS、SBAS和PPP服務(wù)。

在衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)方面，MEO衛(wèi)星采用新型導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺(tái)，支持“一箭雙星”直接入軌，具備高精度時(shí)頻、RNSS導(dǎo)航、星間鏈路、全球短報(bào)文通信等功能。GEO衛(wèi)星采用“東方紅”三號(hào)B導(dǎo)航平臺(tái)，攻克了多信號(hào)復(fù)雜電磁兼容難題，具備基本導(dǎo)航、星基增強(qiáng)、PPP、短報(bào)文多類業(yè)務(wù)綜合處理功能，實(shí)現(xiàn)了多種服務(wù)信號(hào)在同一衛(wèi)星上同時(shí)播發(fā)。IGSO衛(wèi)星采用“東方紅”三號(hào)B導(dǎo)航平臺(tái)，攻克了IGSO高精度導(dǎo)航技術(shù)，具備基本導(dǎo)航和各類通信功能，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域服務(wù)性能的顯著提升。

在“北斗”全球系統(tǒng)服務(wù)規(guī)劃建設(shè)中，探索并實(shí)踐了螺旋上升增量發(fā)展的新模式，實(shí)現(xiàn)了“北斗”系統(tǒng)功能和服務(wù)的迭代演進(jìn)。

“北斗”以系統(tǒng)功能最強(qiáng)、性能最優(yōu)為目標(biāo)，在“北斗”三號(hào)衛(wèi)星設(shè)計(jì)上，平臺(tái)承載、設(shè)備產(chǎn)品布局面積、安裝接口、功率、熱控、信息傳輸接口等均提前設(shè)計(jì)擴(kuò)展余量，使多種增量載荷的靈活配置成為可能，為系統(tǒng)增量功能和需求拓展提供了前提條件，解決了配置復(fù)雜與批產(chǎn)的矛盾。

通過全面統(tǒng)籌系統(tǒng)資源與增量需求，分批次增加或增強(qiáng)服務(wù)能力，“北斗”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際搜救、全球短報(bào)文通信、精密單點(diǎn)定位三大服務(wù)增量功能和載荷。通過配置搜救載荷，“北斗”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際搜救服務(wù)，顯著提高了全球范圍內(nèi)的生命搜救和財(cái)物救援能力。全球短報(bào)文通信服務(wù)則是“北斗”系統(tǒng)最具特色的服務(wù)，填補(bǔ)了我國(guó)在全球短報(bào)文通信能力方面的空白，滿足了多方應(yīng)用需求。精密單點(diǎn)定位服務(wù)具備我國(guó)及周邊地區(qū)廣域分米級(jí)高精度定位能力，使“北斗”系統(tǒng)成為世界上第一個(gè)提供公開精密單點(diǎn)定位服務(wù)的GNSS系統(tǒng)，對(duì)擴(kuò)展“北斗”高精度應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

“北斗”系統(tǒng)定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)按照從有源到無源，從區(qū)域到全球演進(jìn)，在發(fā)展過程中既保證了系統(tǒng)平穩(wěn)過渡，又推動(dòng)定位授時(shí)精度不斷提升。基本定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)定位體制、服務(wù)區(qū)域、信號(hào)類型如表1所示。“北斗”三號(hào)通過星座規(guī)模擴(kuò)展、信號(hào)體制設(shè)計(jì)、星間鏈路測(cè)量、星載原子鐘升級(jí)以及電離層算法模型改進(jìn)顯著提升了服務(wù)能力。目前，“北斗”三號(hào)全球范圍平均水平定位精度優(yōu)于9m，垂直定位精度優(yōu)于10m，平均測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s，平均授時(shí)精度優(yōu)于20ns，空間信號(hào)連續(xù)性和可用性分別優(yōu)于99.8%和98%。

“北斗”三號(hào)星座規(guī)模擴(kuò)展以24顆MEO衛(wèi)星的全球組網(wǎng)為核心，利用MEO衛(wèi)星星下點(diǎn)歷經(jīng)全球的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)能力。如圖2所示，“北斗”二號(hào)以GEO、IGSO衛(wèi)星為主，可見衛(wèi)星數(shù)分布表現(xiàn)出明顯區(qū)域性，亞太地區(qū)為8~12顆，美洲地區(qū)服務(wù)不可用；而“北斗”三號(hào)全球可見5~12顆，平均8.5顆，且當(dāng)同時(shí)使用“北斗”二號(hào)和三號(hào)衛(wèi)星時(shí)，全球大部分地區(qū)可見衛(wèi)星超過8顆，平均為13.1顆，顯著改善了星座幾何圖形條件，拓展了服務(wù)范圍，提升了精度、可用性和連續(xù)性。

“北斗”三號(hào)信號(hào)體制設(shè)計(jì)以性能提升、自主創(chuàng)新、兼容操作、平穩(wěn)過渡為目標(biāo)。“北斗”系統(tǒng)信號(hào)設(shè)計(jì)中可用的頻率資源有限，且還需考慮GPS、GLONASS等系統(tǒng)已經(jīng)完成的導(dǎo)航信號(hào)專利布局。綜合以上情況，“北斗”系統(tǒng)采用多載波恒包絡(luò)復(fù)合導(dǎo)航信號(hào)，具有頻域稀疏、時(shí)域恒包絡(luò)等特點(diǎn)，能有效利用非連續(xù)頻譜資源，提供更優(yōu)測(cè)距精度，形成更大的Gabor帶寬，提升抗干擾能力。B1頻點(diǎn)和B2頻點(diǎn)分別為QMBOC、QPSK調(diào)制方式，信號(hào)結(jié)構(gòu)靈活，接收方式多樣，在保證兼容互操作性的同時(shí)，規(guī)避了知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，保證了系統(tǒng)的自主可控。另外，新信號(hào)增加了導(dǎo)頻通道，增強(qiáng)捕獲靈敏度，提高弱信號(hào)環(huán)境下的接收穩(wěn)健性，導(dǎo)航電文信息速率由“北斗”二號(hào)500bit/s降低為50bit/s或100bit/s，抗干擾能力顯著提升。

國(guó)外的GPS、“伽利略”等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)依靠在全球布設(shè)地面站的方式確保其在全球范圍內(nèi)具備良好的服務(wù)性能。針對(duì)我國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星管理無法全球布站、MEO衛(wèi)星觀測(cè)弧段不足的問題，“北斗”三號(hào)采用了“境內(nèi)站+星間鏈路”的方案構(gòu)建全球系統(tǒng)。通過衛(wèi)星之間的偽距測(cè)量與雙向通信，實(shí)現(xiàn)星座精密定軌與時(shí)間同步、支持全天候境外衛(wèi)星在軌管理的目標(biāo)。實(shí)測(cè)結(jié)果如圖3、圖4所示，加入星間鏈路以后，衛(wèi)星定軌精度在徑向、切向、法向和三維位置上分別提升至1.6cm、11.0cm、10.7cm、15.4cm，軌道預(yù)報(bào)精度在徑向、切向、法向和三維位置上分別提升至2.6cm、16.7cm、10.9cm和20.3cm。通過國(guó)際iGMAS的監(jiān)測(cè)評(píng)估，“北斗”系統(tǒng)30顆衛(wèi)星平均空間信號(hào)精度優(yōu)于0.5m，服務(wù)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

“北斗”三號(hào)衛(wèi)星上配置了我國(guó)自主研發(fā)的更高穩(wěn)定度、更小漂移率的新型高精度銣鐘和被動(dòng)型氫鐘，銣鐘天穩(wěn)達(dá)到3×10-14量級(jí)，氫鐘天穩(wěn)進(jìn)入5×10-15量級(jí)，相比“北斗”二號(hào)，星載時(shí)頻基準(zhǔn)性能大幅提高。此外，新增衛(wèi)星鐘自主平穩(wěn)切換與完好性監(jiān)視等功能，顯著提升了信號(hào)與服務(wù)的可靠性和完好性。

基本導(dǎo)航服務(wù)性能的提升離不開算法模型的改進(jìn)。以電離層延遲為例，“北斗”三號(hào)采用新一代全球廣播電離層延遲修正模型（BDGIM），為用戶提供更好的誤差改正服務(wù)。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，BDGIM模型在我國(guó)境內(nèi)、亞太地區(qū)和全球范圍內(nèi)的電離層修正百分比分別達(dá)到73%、70%和68%，顯著改善了“北斗”二號(hào)電離層模型59%、47%和38%的修正效果。

“北斗”三號(hào)系統(tǒng)提供區(qū)域和全球兩種短報(bào)文通信服務(wù)。區(qū)域短報(bào)文通信在“北斗”一號(hào)和“北斗”二號(hào)原有舊信號(hào)體制基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，既可確保用戶平穩(wěn)過渡，又進(jìn)一步擴(kuò)大了服務(wù)范圍，提高系統(tǒng)容量及運(yùn)行服務(wù)保證能力，降低終端發(fā)射功率，為衛(wèi)星短報(bào)文通信邁向大眾奠定了基礎(chǔ)。目前，“北斗”三號(hào)區(qū)域報(bào)文通信能力大幅提升，服務(wù)能力由54萬次/h提升至入站1000萬次/h和出站600萬次/h，單次通信能力由120漢字增長(zhǎng)至1000個(gè)漢字，終端發(fā)射功率由30W降低至3W。

短報(bào)文通信服務(wù)平臺(tái)由大口徑天線、信號(hào)處理系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和信息平臺(tái)等組成，面向“行業(yè)+大眾”應(yīng)用兩大服務(wù)領(lǐng)域，提供“終端—應(yīng)用平臺(tái)—手機(jī)”互通服務(wù)模式，“北斗”短報(bào)文通信以“不換SIM卡、不換手機(jī)號(hào)、不加外部設(shè)備”方式進(jìn)入大眾手機(jī)，全球首次實(shí)現(xiàn)了手機(jī)直連衛(wèi)星。2022年9月6日，支持“北斗”三號(hào)報(bào)文通信服務(wù)的手機(jī)正式發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了無地面網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋環(huán)境下的應(yīng)急通信，標(biāo)志著“北斗”三號(hào)報(bào)文通信服務(wù)由行業(yè)應(yīng)用邁入大眾應(yīng)用的發(fā)展新階段。

此外，在區(qū)域短報(bào)文的基礎(chǔ)上，“北斗”三號(hào)充分挖掘星間鏈路組網(wǎng)潛能，在現(xiàn)有導(dǎo)航星座中優(yōu)選MEO衛(wèi)星組成“子星座”，以最小代價(jià)形成全球范圍雙重覆蓋能力（地面仰角15°條件）。系統(tǒng)采用通信和導(dǎo)航相結(jié)合體制，通過配置全球短報(bào)文通信載荷，將報(bào)文通信區(qū)域從亞太地區(qū)擴(kuò)展到全球。目前，全球短報(bào)文服務(wù)信息速率為400bit/s，具備30萬次/h的短報(bào)文服務(wù)能力，可傳輸40個(gè)漢字。在星間鏈路支持下，全球短報(bào)文信息可低時(shí)延、高可靠傳輸，全球數(shù)據(jù)傳輸回傳時(shí)延小于30s，服務(wù)成功率優(yōu)于98%。

星基增強(qiáng)服務(wù)經(jīng)歷了“北斗”二號(hào)、“北斗”三號(hào)的發(fā)展演進(jìn)。“北斗”二號(hào)系統(tǒng)通過GEO衛(wèi)星B1I/B2I/B3I頻點(diǎn)發(fā)播D2電文，提供等效鐘差改正數(shù)和格網(wǎng)電離層延遲改正，實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)及周邊地區(qū)的廣域差分增強(qiáng)，但電文中沒有完好性信息，并且該電文也未采用國(guó)際民航組織（ICAO）公布的標(biāo)準(zhǔn)。“北斗”三號(hào)一體化規(guī)劃建設(shè)了“北斗”星基增強(qiáng)系統(tǒng)（BDSBAS），滿足ICAO系列標(biāo)準(zhǔn)。目前，通過GEO衛(wèi)星的B1C和B2a信號(hào)分別播發(fā)滿足一類垂直引導(dǎo)進(jìn)近（APV-I）要求的單頻增強(qiáng)服務(wù)和一類精密進(jìn)近（CAT-I）指標(biāo)要求的雙頻增強(qiáng)服務(wù)。

BDSBAS由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。空間段包括3顆GEO衛(wèi)星，地面段包括27個(gè)境內(nèi)監(jiān)測(cè)站、3個(gè)境外監(jiān)測(cè)站、2個(gè)數(shù)據(jù)處理中心、1個(gè)運(yùn)行控制中心和3個(gè)注入站，用戶段包括使用BDSBAS終端設(shè)備的航空等各類用戶。監(jiān)測(cè)站對(duì)GNSS衛(wèi)星基本導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，實(shí)時(shí)獲取原始觀測(cè)量和基本導(dǎo)航電文，同時(shí)采集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將各類信息傳送至數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心信息處理系統(tǒng)生成單頻和雙頻多星座（DFMC）差分改正數(shù)與完好性信息，發(fā)送給注入站并上注到GEO衛(wèi)星，由GEO衛(wèi)星將增強(qiáng)電文向用戶播發(fā)，供用戶使用。

BDSBAS單頻增強(qiáng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS L1C/A增強(qiáng)，增強(qiáng)服務(wù)信息（信息類型如表2所示）通過“北斗”GEO衛(wèi)星的B1C信號(hào)播發(fā)。B1C信號(hào)的中心頻率為1575.42MHz，調(diào)制方式BPSK(1)，信息速率為250bit/s，電文格式符合ICAO SARPs標(biāo)準(zhǔn)電文格式要求；BDSBAS DFMC增強(qiáng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)BDS B1C/B2a和GPS L1/L5的增強(qiáng)，增強(qiáng)信息（信息類型如表3所示）通過“北斗”GEO衛(wèi)星的B2a信號(hào)播發(fā)，B2a信號(hào)的中心頻率為1176.45MHz，調(diào)制方式為BPSK(10)，信息速率為250bit/s，電文格式符合IWG DFMC SBAS ICD標(biāo)準(zhǔn)電文格式要求。

通過對(duì)“北斗”星基增強(qiáng)服務(wù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和持續(xù)的性能評(píng)估分析，現(xiàn)階段BDSBAS單頻增強(qiáng)服務(wù)滿足APV-I指標(biāo)要求，DFMC增強(qiáng)服務(wù)滿足CAT-I指標(biāo)要求。

精密單點(diǎn)定位是“北斗”三號(hào)系統(tǒng)的新增服務(wù)。“北斗”系統(tǒng)在頂層設(shè)計(jì)上將PPP服務(wù)內(nèi)嵌到系統(tǒng)，通過GNSS星座的GEO衛(wèi)星的B2b導(dǎo)航信號(hào)播發(fā)精密軌道鐘差改正數(shù)、碼間偏差等增強(qiáng)信息，顯著提升了中國(guó)及周邊地區(qū)用戶的定位性能和使用便捷性。

基于PPP-B2b服務(wù)的PPP技術(shù)相繼突破了區(qū)域站與星間鏈路結(jié)合的高精度衛(wèi)星定軌，顧及兼容性與擴(kuò)展性的信號(hào)調(diào)制復(fù)用方案設(shè)計(jì)等技術(shù)難點(diǎn)，無需互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)域地面站支持，能夠解決互聯(lián)網(wǎng)接入和基站架設(shè)困難的偏遠(yuǎn)地區(qū)高精度服務(wù)問題，滿足大多數(shù)高精度服務(wù)需求。與傳統(tǒng)的商業(yè)PPP服務(wù)相比，一體化實(shí)現(xiàn)高效便捷，并且完全公開免費(fèi)。

如圖5所示，“北斗”三號(hào)PPP-B2b服務(wù)提供的“北斗”和GPS系統(tǒng)軌道產(chǎn)品徑向、切向、法向分別優(yōu)于0.1m，0.4m和0.3m；“北斗”與GPS鐘差STD均值分別為0.08ns和0.18ns。隨著智能時(shí)代人類對(duì)于精準(zhǔn)時(shí)空信息需求的愈發(fā)強(qiáng)烈、大型低軌星座的興起、精密定位理論的成熟，“北斗”高精度服務(wù)未來還將朝著全球快速厘米級(jí)定位的方向持續(xù)演進(jìn)升級(jí)。

“北斗”系統(tǒng)搜救服務(wù)由空間段和地面段支持，具備提供符合COSPAS-SARSAT標(biāo)準(zhǔn)的中軌搜救服務(wù)和“北斗”特色返向鏈路服務(wù)的能力。其中，空間段包括6顆配置搜救載荷的MEO衛(wèi)星，地面段包括中國(guó)中軌衛(wèi)星搜救接收站（MEOLUT）、“北斗”中軌搜救地面支持系統(tǒng)（包括“北斗”返向鏈路信息處理系統(tǒng)BDSRLSP）、國(guó)際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)中國(guó)任務(wù)控制中心（MCC），并與全球35個(gè)MCC、47個(gè)MEOLUT站共同構(gòu)建中軌搜救衛(wèi)星系統(tǒng)地面段。

“北斗”前向中軌搜救服務(wù)滿足COSPAS-SARSAT標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)體制與數(shù)據(jù)格式。用戶上行報(bào)警信號(hào)按照信標(biāo)的種類分為第一代信標(biāo)信號(hào)和第二代信標(biāo)信號(hào)兩種。其中，第一代信標(biāo)采用BPSK方式調(diào)制，第二代信標(biāo)采用DSSS-OQPSK方式調(diào)制，用戶上行信號(hào)主要工作參數(shù)見表4。下行信號(hào)與其他中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)兼容，并于2018年完成國(guó)際頻率協(xié)調(diào)，主要工作參數(shù)見表5。

“北斗”衛(wèi)星搜救轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率變換功能在UHF接收變頻器中實(shí)現(xiàn)，采用可靈活配置的二次變頻方案，本振電路采用雙環(huán)鎖相方式。公共本振、一本振和二本振設(shè)計(jì)為參數(shù)可調(diào)模式，通過對(duì)2個(gè)本振頻點(diǎn)的靈活配置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)搜救載荷需求的快速變更響應(yīng)。與此同時(shí)，“北斗”創(chuàng)新性地進(jìn)行搜救及報(bào)文天線的融合設(shè)計(jì)。突破微帶陣列形式的多頻段低剖面設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了天線整體剖面的壓縮；突破多天線共口徑設(shè)計(jì)技術(shù)、饋電網(wǎng)絡(luò)和天線陣面的多天線一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多頻段低剖面共口徑一體化搜救報(bào)文天線融合設(shè)計(jì)，解決了MEO衛(wèi)星平臺(tái)一箭雙星整流罩包絡(luò)約束問題，為在全球任意位置提供搜救服務(wù)和生成精準(zhǔn)報(bào)告信息提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)并惠及全球用戶。

返向鏈路（RLS）服務(wù)是COSPAS-SARSAT的先進(jìn)功能，即在COSPAS-SARSAT傳統(tǒng)前向中軌搜救服務(wù)基礎(chǔ)上，通過導(dǎo)航電文方式向遇險(xiǎn)信標(biāo)下播返向鏈路信息，為遇險(xiǎn)報(bào)警人員提供報(bào)警確認(rèn)及雙向信息交互，從而增強(qiáng)遇險(xiǎn)人員信息與存活概率，同時(shí)便于警情確認(rèn)及減少誤報(bào)警率。目前，“伽利略”（Galileo）、“北斗”和GLONASS為返向鏈路提供方。Galileo已于2021年宣布其返向鏈路進(jìn)入全功能運(yùn)行狀態(tài)，“北斗”與GLONASS已將其返向鏈路信息寫入COSPAS-SARSAT標(biāo)準(zhǔn)文件。2023年10月COSPAS-SARSAR審議通過“北斗”返向鏈路相關(guān)修訂建議，“北斗”系統(tǒng)正式成為返向鏈路提供者。三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)返向鏈路信息流如圖6所示。“北斗”返向鏈路服務(wù)通過MEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星支持全球范圍B2b頻點(diǎn)I支路的返向數(shù)據(jù)下播，每幀電文長(zhǎng)度1000符號(hào)位，包含436bit返向鏈路業(yè)務(wù)信息。

“北斗”國(guó)際搜救服務(wù)地面段可接受其周邊6000km范圍內(nèi)中軌搜救載荷轉(zhuǎn)發(fā)的遇險(xiǎn)報(bào)警信號(hào)。2022年，中國(guó)MEOLUT接收站可用度達(dá)99.99%，中國(guó)搜救任務(wù)控制中心（CNMCC）可用度達(dá)99.97%，“北斗”國(guó)際搜救服務(wù)地面段遇險(xiǎn)信號(hào)偵測(cè)范圍及遇險(xiǎn)目標(biāo)5km定位精度可探測(cè)概率如圖7所示，返向鏈路時(shí)延優(yōu)于2min。

目前，全球各主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均在積極開展后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)換代，提供新服務(wù)、部署新衛(wèi)星、應(yīng)用新技術(shù)，衛(wèi)星系統(tǒng)正在經(jīng)歷新一輪的全面變革和發(fā)展，主要的發(fā)展趨勢(shì)如下。

各系統(tǒng)通過增加衛(wèi)星數(shù)量、在新衛(wèi)星上采用更先進(jìn)的技術(shù)、擴(kuò)展地面監(jiān)測(cè)站數(shù)量和范圍、優(yōu)化改進(jìn)模型和算法等不斷提升精度和可用性，包括GPS、Galileo、GLONASS、“北斗”在內(nèi)的全球系統(tǒng)空間信號(hào)精度不斷提升，逐步逼近理論極限。此外，各系統(tǒng)還可提供更高精度的精密單點(diǎn)定位服務(wù)，“北斗”提供基于B2b信號(hào)的靜態(tài)厘米級(jí)、動(dòng)態(tài)分米級(jí)PPP服務(wù)；Galileo系統(tǒng)提供基于E6B信號(hào)的全球PPP服務(wù)，定位精度20cm；日本“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”（QZSS）以密集地面站為基礎(chǔ)提供快速收斂（1min）的厘米級(jí)PPP服務(wù)。

各系統(tǒng)在提供基本導(dǎo)航服務(wù)的同時(shí)，不斷拓展新的服務(wù)功能，GPS在新一代衛(wèi)星中搭載搜救和新設(shè)計(jì)的核爆探測(cè)載荷；GLONASS后續(xù)衛(wèi)星計(jì)劃提供搜救服務(wù)并具備返向鏈路功能；Gallileo實(shí)現(xiàn)了公開服務(wù)導(dǎo)航電文認(rèn)證接收機(jī)商業(yè)可用，正在測(cè)試中的高精度服務(wù)也將正式投入使用，后續(xù)還陸續(xù)發(fā)展電離層預(yù)測(cè)、預(yù)警服務(wù)等；日本QZSS明確將在L1S信號(hào)已有的廣播通信服務(wù)（DC Report）中集成預(yù)警功能，向亞洲/大洋洲地區(qū)播發(fā)與災(zāi)害相關(guān)信息；印度區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)NavIC將在L5頻點(diǎn)的報(bào)文服務(wù)中集成預(yù)警功能，向漁民播發(fā)漁業(yè)相關(guān)報(bào)文、颶風(fēng)和海浪預(yù)警。此外，GNSS服務(wù)正在由近地逐漸向（SSV）空間服務(wù)域、深空服務(wù)域（DSV）擴(kuò)展。

隨著四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和兩大區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)均提供服務(wù)，頻譜保護(hù)、干擾檢測(cè)與減輕（IDM）、確保衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用安全受到越來越多的關(guān)注。美國(guó)“導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星”3（NTS-3）將測(cè)試CHIMERA信號(hào)認(rèn)證協(xié)議，旨在提升GPS欺騙保護(hù)能力；Galileo將通過E1b信號(hào)提供開放服務(wù)導(dǎo)航電文認(rèn)證OSNMA服務(wù)，該服務(wù)空間信號(hào)接口控制文件及用于公眾觀測(cè)的接收機(jī)指南已發(fā)布。印度NavIC系統(tǒng)計(jì)劃在標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)中增加導(dǎo)航電文認(rèn)證增值服務(wù)，目前正在進(jìn)行空間信號(hào)測(cè)試。IDM方面，由于GNSS系統(tǒng)面臨的干擾和攻擊在不斷增多，美國(guó)已就相關(guān)內(nèi)容立法，并仍在尋求各部門的政策保護(hù)。

“北斗”系統(tǒng)首創(chuàng)中高軌混合異構(gòu)星座，綜合利用了高軌衛(wèi)星單星覆蓋區(qū)域大、抗遮擋能力強(qiáng)，中軌衛(wèi)星星座全球運(yùn)行、全球覆蓋的特點(diǎn)，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)為各系統(tǒng)發(fā)展混合星座樹立了典范。日本QZSS、印度NavIC在區(qū)域系統(tǒng)建設(shè)中均采取了混合星座方案，并不斷擴(kuò)大星座規(guī)模；美國(guó)NTS-3將在地球同步軌道上運(yùn)行；俄羅斯加快MEO衛(wèi)星更新?lián)Q代的同時(shí)，計(jì)劃增加IGSO和GEO衛(wèi)星，構(gòu)建GLONASS混合星座，全面提升系統(tǒng)性能。

保護(hù)定位、導(dǎo)航、授時(shí)（PNT）不僅需要加強(qiáng)GNSS，還需要開發(fā)不過分依賴衛(wèi)星導(dǎo)航的技術(shù)手段，并將它們有效集成。

2023年，3顆“北斗”三號(hào)備份星成功發(fā)射，目前“北斗”系統(tǒng)在軌衛(wèi)星共48顆，包括15顆“北斗”二號(hào)衛(wèi)星、30顆“北斗”三號(hào)衛(wèi)星及3顆“北斗”三號(hào)備份星，所有衛(wèi)星健康狀態(tài)良好，在軌運(yùn)行穩(wěn)定。未來，“北斗”系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展和運(yùn)行服務(wù)將迎來全新階段，需要扎實(shí)做好穩(wěn)定運(yùn)行、全面提升用戶服務(wù)體驗(yàn)，滿足萬物互聯(lián)、萬物智能時(shí)代對(duì)精準(zhǔn)泛在時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施的新需求，結(jié)合GNSS發(fā)展趨勢(shì)，主要從系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、服務(wù)性能提升、多手段融合賦能3個(gè)方面提出建議。

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·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》編輯委員會(huì)