北斗“一带一路”应用服务性能增强方法

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发布时间:2021年08月19日
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司南导航www.sinognss.com:北斗“一带一路”应用服务性能增强方法

(一)星基增强

国外卫星导航系统本身目前只能提供精度最高为米级的定位服务,更高精度的广域定位服务,则需要在其基础上另外建立星基增强系统(SBAS),例如美国的 WAAS、欧洲的地球静止导航重叠服务(EGNOS)以及俄罗斯卫星导航增强系统(SDCM)等。以上系统级的 GPS/GLONASS增强系统播发的改正参数包含轨道、卫星钟差改正数以及完好性参数。

北斗分米级星基增强系统通过首创的四重差分体制,同步计算基本导航电文参数以及星基增强参数,并实现两类参数的一体化、同步播发。如图 4所示,北斗四重差分参数在通常的轨道、卫星钟差改正数的基础上,进一步进行空间环境误差的改正,叠加了电离层格网改正数以及分区综合改正数。并利用北斗广播电文协议的空余字段进行参数增量式编排,通过地球同步轨道(GEO)卫星向所有用户进行播发。

地面基础设施需要进行重点建设。北斗在“一带一路”沿线仅能实现 3~5 m 的定位精度。为了实现分米级定位服务覆盖,需在“一带一路”国家和地区建设少量地面监测站。根据当前分米级服务系统的服务能力,每个地面监测站可实现覆盖半径约1000 km 区域的分米级星基增强服务。

北斗分米级星基增强系统使北斗成为第一个融合基本导航、广域增强以及精密定位三类服务模式为一体的卫星导航系统,具备了优于 GPS 的系统级星基服务性能,成为北斗差异化服务能力提升的有效途径。

目前,北斗基本导航的系统空间信号精度达到了 0.8 m,广域增强为 0.3 m,精密定位为 0.2 m。其中,分米级星基增强覆盖区域如图 5 所示。从图 5 中可以看到,北斗系统的分米级服务覆盖的浅紫色区域主要集中在中国及周边区域。

在“一带一路”推广应用中,通过扩展地面观测网络以及卫星播发资源,能够将北斗高精度星基增强服务推广至“一带一路”所涉及的国家和地区。

根据当前北斗分米级服务系统的设计原则,基于每个地面监测站的观测数据可实现半径约1000 km 区域内的分米级星基增强服务。基于“一带一路”沿线的观测情况新增建设约 18 个连续观测台站,如图 6 所示,图 6 中的浅紫色区域为基于现有和新增连续台站数据的北斗分米级服务覆盖区域。基于 18 个新增的参考站,基于 2019 年 4 月1 日至 7 日的北斗观测数据,进行模拟双频动态定位数据处理,采用卡尔曼滤波逐历元估计定位参数。表 1 统计了“一带一路”北斗分米级星基增强覆盖区域内各站的三维定位精度。通过在该区域新建少量北斗连续观测台站,能够实现用户三维位置精度优于 0.25 m 的服务性能。此外,将北斗与其他导航系统进行融合能进一步提高服务的性能及服务可用性。

星基增强的改正参数通过北斗 GEO 卫星向用户进行广播,实现更大区域分米级星基增强服务的可用性。

(二)北斗短报文海外服务系统

向“一带一路”国家和地区推广普及短报文服务,需进行北斗系统海外服务能力扩展,搭建服务海外的专用系统平台。

向“一带一路”提供大众化的服务,可设计一套服务海外的民用信号,扩建新体制信号的运行与处理中心及海外运营系统与服务平台,提升北斗海外服务应用能力。根据海外应用规模,可释放出每小时数千万次的服务能力资源,开发应用芯片,大幅降低终端成本、功率等,有效嵌入个人智能终端。

根据短报文海外服务容量的需要,前期可基于现有 GEO 卫星提供的服务进行应用推广,当现有GEO 卫星难以满足未来大规模服务需求时,可以通过在“一带一路”沿线布设综合 GEO 卫星进行能力扩展,星上搭载短报文和卫星无线电导航业务(RNSS)载荷,增强和扩大现有服务区域,同步提供海外短报文和分米级星基增强服务系统性能,进一步提升北斗系统的竞争力。

(三)示范应用

未来,随着北斗系统完成全球组网,星基增强、精密定位、全球短报文等业务陆续开通与应用,北斗系统服务能力将大幅提升,有力支撑泛在北斗的应用与发展,从而进一步拓展出新的应用模式和经济增长点,为“一带一路”推广应用奠定坚实基础。通过设立海外推广示范应用工程,可以点带面推动北斗特色应用“走出去”。

自北斗区域短报文和星基增强服务开通以来,为更好推动系统的应用推广,先后制定了用户接口协议、用户应用算法等系列标准文件。芯片、板卡、终端生产厂家也已完成了相应的协议升级和应用软件改造。面向“一带一路”应用,需要完善相关知识产权布局,升级现有协议、标准,满足更多用户、更广区域、更高精度的服务要求。

在芯片领域,重点突破多模兼容(SoC)导航芯片的系列关键技术,发展具有自主知识产权的多系统融合导航定位芯片,对标国际主流芯片,进一步提升产品竞争力。在用户终端领域,加强北斗短报文、星基增强等特色技术的融合应用,设计标准化、易移植的嵌入式软件,开发多型谱、通用型的用户终端,包括北斗单频、增强型单频、双频导航、多频精密单点定位终端,实现从芯片到终端的便捷应用,重点发展面向智能应用的高精度终端产品。在“一带一路”沿线地区推广方面,采用因地制宜的策略,在深入调研本地化需求的基础上,做好针对性的卫星无线电测定业务(RDSS)特色服务产品以及高精度导航产品研发,提供适销对路的产品和服务。

 

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