定位导航、授时、短报文“撑起”北斗应用

■北斗“启航”

今年的全国两会“委员通道”上，全国政协委员、中国北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风介绍，北斗全球系统最后一颗组网卫星计划于6月择机发射，届时北斗全球星座部署将圆满完成。

去年年底的国新办发布会上，中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统发言人冉承其曾透露，北斗系统服务覆盖200余个国家和地区，用户突破1亿，日服务达2亿次……

“未来北斗将无所不在，小到儿童的定位手表，大到航母……所有需要定位、导航、授时的场景，都会出现北斗。”南京航空航天大学航天学院微小卫星中心教授康国华如是说。

此外，据新华社消息，日前西安卫星测控中心已经完成29颗已入网工作的北斗三号卫星星间链路测试工作，确保全球组网如期完成。

定位和导航

高精度信号已公开发布

提及北斗的功能，“定位导航”经常并提。但二者的概念其实并不相同。

康国华告诉记者，定位是导航的基础，导航是定位的应用；定位是“告诉你在哪”，导航是“告诉你如何从现在所处的位置，去你想要去的地方”。

中科院微小卫星创新研究院研究员陈宏宇则表示，“简单说，导航需要定位后，再结合地图和算法来规划到达目的地的路线。”

以定位为例，大型基建工程，例如高铁、大桥、机场的建设，以及后期的变形监测等，都需要卫星定位。

例如，桥梁建成后，由于行车荷载、风力、温度、自然灾害等外界因素，以及混凝土收缩徐变、老化碳化、钢筋松弛锈蚀、墩台基础沉降等内在因素的影响，不可避免地将产生几何变化、内力变化和索力变化等各种效应。如果这些变化过大，超过了桥梁能够承受的安全范围，将会产生灾难性的后果。为了确保桥梁运营安全，必须对桥梁的变形状况长期监测。北斗卫星导航系统，可以实现这种长期监测。一旦变形量指标超标，可马上发出警报。

精度能够达到多少？根据中国卫星导航系统管理办公室去年12月公开发布的《北斗卫星导航系统发展报告（4.0版）》，在全球范围内，北斗的定位精度达到水平10米、高程10米；测速精度为0.2米每秒。亚太地区，定位精度水平5米、高程5米（以上均为95%置信度）。实测结果表明，北斗系统服务能力全面达到并优于上述指标。

这还不是北斗的最高精度。不同应用场景结合星基增强服务、精密单点定位服务等，北斗的精度将会更高：冉承其在去年年底的国新办发布会上就表示，精密单点定位服务，将为中国及周边地区提供动态分米级，静态厘米级的高精度定位服务，满足国土测绘、精准农业、自动驾驶等领域用户高精度服务需求。

此外，冉承其还曾表示，北斗在地基增强服务方面，结合交通、测绘、地震、气象、国土等行业监测站网资源，已建成2000多个基准站，提供实时米级、分米级、厘米级等增强定位精度服务；已经在国土测绘、形变监测、精准农业、车道级导航等应用领域开始规模化应用。“大家想想，厘米级和毫米级的高精度服务，会带来定位应用方面多大的变化，比如说车道级导航，甚至楼房的形变监测等方面都会有很好的应用。”

授时

从电网到股市，北斗能提供“纳秒级时钟”

北斗的定位、导航功能，我们在生活中能够直接接触。但北斗远不止于此。例如，北斗的“授时”功能就是非常重要的“幕后英雄”。

“授时，就是给准确的时间，对一些仪器设备来说就是进行时间的校准。”康国华说。

北斗如何提供授时出？清华大学电机工程与应用电子技术系教授谢小荣介绍，北斗卫星上一般搭载3到4台高精度（约0.3纳秒级）原子钟作为基准时间源。卫星播发的电文中含有轨道坐标和卫星时间，结合接收机的空间坐标，通过求解方程组，就能够实现授时功能。“北斗的授时精度可达到10纳秒级，这一精度与GPS相当。”谢小荣说。

康国华介绍，时间基准是一个国家安全的保障，如高铁、电网、股市、计算机网络通信、跨海大桥和海底隧道建设等等，都需要时间同步。“可以说，现代社会离开统一时间基准是不可想象的。”康国华说。

时间基准有多重要？以电网为例，谢小荣给记者举例：一条100公里的500千伏输电线路，如果两端电压相量测量的时间基准差0.1毫秒，就可能产生27万千瓦的功率差异，相当于30多万户城镇三口之家的平均用电；电力系统故障分析时，要求变电站时间同步精度优于1微秒，否则可能导致错误的故障原因分析结果。

谢小荣表示，据不完全统计，目前已有上千套变电站时间同步装置接收北斗授时信号；超过20%的电力通信频率网接收北斗授频信号；相关产业估计达到数百上千亿元规模，并处于快速发展中。

短报文

北斗特色，用导航卫星“发短信”

“短报文”服务是国外其他卫星导航系统均不具备的，堪称北斗特色。

简单地说，GPS等系统对于用户来说，只能接收卫星发出的信号，但无法向卫星发信息。而北斗的短报文功能可以实现双向通信，以类似于手机短信的形式，只要在服务范围，就能够将“短信”发到卫星上。

“最初的北斗一号仅对短报文系统进行了验证，二号、三号则分别实现区域和全球短报文服务。”陈宏宇表示。顾名思义，所谓区域短报文，就是服务中国及周边地区（东经75°至135°，北纬10°至55°），而全球短报文服务则是向全球提供服务。

在手机短信都使用越来越少的今天，为什么北斗的短报文功能被如此看重？

显然，短报文服务并不是面向城市普通用户“上网聊天”的。它主要面向普通移动通信信号不能覆盖的地区（如无人区，荒漠，海洋，极地等）或通信基站遭受破坏的情况（如地震，洪水，台风等）。

在这些情况下，装有北斗短报文模块的北斗终端，就可以通过短报文进行紧急通讯，不仅能让用户知道自己“在哪儿”，也能告诉别人“发生了什么”。

渔业是北斗短报文应用的重要领域。在没有移动通信信号的海域，使用北斗系统短报文功能，渔民能够通过北斗终端向家人报平安，有力保障了渔民生命安全、国家海洋经济安全、海洋资源保护和海上主权维护。2019年的中国卫星导航年会上，冉承其提到，全国7万余艘渔船和执法船安装北斗终端，累计救助1万余人。

另外，林业巡防、灾情通信，乃至电力等需要信息回传的领域，都是短报文应用的场景。