一、北斗卫星导航系统的传承及升级
卫星导航系统是指利用卫星发送的无线电信号实现定位、导航、授时服务的系统,目前主要有中国北斗卫星导航系统(BDS)、美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯系统(GLONASS)和欧盟伽利略系统(GALILEO)。北斗卫星导航系统是我国自主研发,与美国全球定位系统(GPS)一样可以提供全球服务的地位系统。
北斗卫星一号:1994年,我国就开始了北斗一号的攻关研究。2000年,我国开始发射北斗试验卫星。2003年初步建成了北斗卫星导航定位试验系统,北斗一号卫星导航系统是一个试验验证系统。
北斗卫星二号:在北斗一号基础上,形成了北斗二号区域导航定位系统,它由14颗卫星组成,地面站32个,2012年12月开始应用。北斗二号覆盖亚太地区,服务区域为南北纬55度,东经55度-180度的区域。北斗二号卫星导航系统是一个区域导航定位系统。
北斗卫星三号:2017年开始,开始发射北斗三号全球导航定位系统卫星。2018年完成了一带一路国家的信号覆盖。到2020年,实现了全球覆盖。至此,北斗三号卫星导航系统成为一个名属其实的全球导航定位系统。2020年7月31日,我国向世界宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通。这标志着我国独立自主研发的,适合我国国情的全球卫星定位系统,迈进全球服务新时代。
二、北斗卫星导航定位基准站的建设与升级
“天上好用,地上用好”,是中国科学院院士、“北斗之父”孙家栋对北斗系统的期待。北斗导航“地上用好”,离不开卫星导航定位基准站建设。通过基准站接收和分析处理,北斗卫星地面应用端单点定位精度可由5米提升至厘米级乃至毫米级。
作为国家重要空间基础设施,卫星导航定位基准站网对国家安全具有重要影响,对于促进北斗卫星导航定位市场发展具有重要作用。据不完全统计,我国已建成基准站超过1万座。其中,自然资源系统建设完成了超过3000座基准站,覆盖了我国陆地国土和沿海区域。
近年来,卫星导航定位基准站在技术体系、建设规模、服务能力等方面发展迅速,为满足经济建设对高精度空间位置信息的需求提供了有力支撑,已广泛应用于自然资源、智慧城市、交通运输、智能驾驶及民生等领域。由于不论北斗导航还是GPS导航等系统提供的民用信号定位精度均大于5米。这显然不能满足高精度位置服务需求。因此,为了提高用户定位精度,卫星导航定位基准站需要进行大规模建设。
《中华人民共和国测绘法》规定,卫星导航定位基准站是指对卫星导航信号进行长期连续观测,并通过通信设施将观测数据实时或者定时传送至数据中心的地面固定观测站。“连续运行参考站”“连续运行跟踪站”“北斗地基增强系统基准站”等,均属于法律规定的卫星导航定位基准站范畴。
基准站对卫星导航定位信号长期连续接收和分析处理,可消除卫星导航系统自身和卫星信号传输误差,并向用户提供高精度位置服务。多个基准站可构成卫星导航定位服务系统,采用网络实时动态差分技术(RTK)向用户提供实时厘米级、事后毫米级的定位服务。
我市共有13个卫星导航基准站,分别是解放区1个、示范区1个、沁阳市2个、孟州市2个、武陟县2个、温县2个、修武县2个、博爱县1个。2022年12月,我市按照河南省自然资源厅《关于开展河南省卫星导航定位基准服务系统北斗三号升级改造的通知》要求,对全市13个卫星导航基准站进行了北斗三号升级,新配备基准站接收机、放大器和有源功分器等。实现了支持北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)全频率信号接收和处理。
三、北斗三号卫星全球卫星导航用于车道级定位服务
在通信行业里,利用传统基站定位,如果能做到500米定位的精度,叫做“粗精度”。如果能做到50米,就叫“高精度”。此前,手机硬件中的导航定位精度一般为3到5米,现在,基于北斗三号全球卫星导航系统,全新发布的北斗高精度定位服务平台2.0能够实现秒级定位、定位精度提高到1.2米,而装配车载天线时精度甚至可以达到亚米级。1.2米的高精度意味着“车道级”定位得以实现。什么是车道级定位服务?中国信通院研究员刘旭解释说:“就是驾驶员在定位时,在手机上用百度导航、高德导航等,没有办法区分出主路和辅路,没有办法区分出左转道、直行道、右转道,利用这个之后,就可以做到车道级的定位,在导航的时候就不会因为分不清主路辅路而错过一个关键的岔路口。”
北斗三号用于车道级导航仅仅是其众多应用中的一个方面,它已广泛应用于自然资源调查、测绘、气象预报、城市规划、地质勘探、水利水电工程等领域,为用户提供高精度空间定位服务。