北斗导航卫星系统
中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDouNavigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。 [1]
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 [2] 北斗卫星导航系统是全球四大卫星导航核心供应商之一，在轨卫星已达39颗。从2017年底开始，北斗三号系统建设进入了超高密度发射。北斗系统正式向全球提供RNSS服务，在轨卫星共39颗。2019年还将再发射5-7颗，2020年再发射2-4颗卫星后，北斗全球系统建设将全面完成。
系统概述
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。 [4]
随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。 [4]
卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。 [4]
建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求，为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务；发展北斗产业，服务经济社会发展和民生改善；深化国际合作，共享卫星导航发展成果，提高全球卫星导航系统的综合应用效益。 [4]
自主。坚持自主建设、发展和运行北斗系统，具备向全球用户独立提供卫星导航服务的能力。
开放。免费提供公开的卫星导航服务，鼓励开展全方位、多层次、高水平的国际交流与合作。
兼容。提倡与其他卫星导航系统开展兼容与互操作，鼓励国际交流与合作，致力于为用户提供更好的服务。
渐进。分步骤推进北斗系统建设，持续提升北斗系统服务性能，不断推动卫星导航产业全面、协调和可持续发展。 [4]
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。
地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。
用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。 [4]
中国高度重视北斗系统建设发展，自20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”发展战略：
第一步，建设北斗一号系统。1994年，启动北斗一号系统工程建设；2000年，发射2颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，采用有源定位体制，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003年，发射第3颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。 [5]
第二步，建设北斗二号系统。2004年，启动北斗二号系统工程建设；2012年年底，完成14颗卫星（5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星）发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上，增加无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。 [5]
第三步，建设北斗三号系统。2009年，启动北斗三号系统建设；2018年年底，完成19颗卫星发射组网，完成基本系统建设，向全球提供服务；计划2020年年底前，完成30颗卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。北斗三号系统继承北斗有源服务和无源服务两种技术体制，能够为全球用户提供基本导航（定位、测速、授时）、全球短报文通信、国际搜救服务，中国及周边地区用户还可享有区域短报文通信、星基增强、精密单点定位等服务。 [5]
北斗系统的建设实践，实现了在区域快速形成服务能力、逐步扩展为全球服务的发展路径，丰富了世界卫星导航事业的发展模式。 [4]
北斗系统具有以下特点：
一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。
二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。
三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。 [4]
截至2018年年底，北斗三号基本系统建成并提供全球服务，包括“一带一路”国家和地区在内的世界各地均可享受到北斗系统服务。 [5]
工程建设方面：
（1）空间段实现全球组网。当前，北斗一号系统已退役；北斗二号系统15颗卫星连续稳定运行；北斗三号系统正式组网前，发射了5颗北斗三号试验卫星，开展在轨试验验证，研制了更高性能的星载铷原子钟（天稳定度达到10～14量级）和氢原子钟（天稳定度达到10～15量级），进一步提高了卫星性能与寿命；成功发射了19颗组网卫星（其中，18颗中圆地球轨道卫星已提供服务，1颗地球静止轨道卫星处于在轨测试状态），构建了稳定可靠的星间链路，基本系统星座部署圆满完成。
（2）地面段实施了升级改造。北斗三号系统建立了高精度时间和空间基准，增加了星间链路运行管理设施，实现了基于星地和星间链路联合观测的卫星轨道和钟差测定业务处理，具备定位、测速、授时等全球基本导航服务能力；同时，开展了短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等服务的地面设施建设。 [5]
系统运行方面：
（1）健全稳定运行责任体系。完善北斗系统空间段、地面段、用户段多方联动的常态化机制，完善卫星自主健康管理和故障处置能力，不断提高大型星座系统的运行管理保障能力，推动系统稳定运行工作向智能化发展。
（2）实现系统服务平稳接续。北斗三号系统向前兼容北斗二号系统，能够向用户提供连续、稳定、可靠服务。
（3）创新风险防控管理措施。采用卫星在轨、地面备份策略，避免和降低卫星突发在轨故障对系统服务性能的影响；采用地面设施的冗余设计，着力消除薄弱环节，增强系统可靠性。
（4）保持高精度时空基准，推动与其他卫星导航系统时间坐标框架的互操作。北斗系统时间基准（北斗时），溯源于协调世界时，采用国际单位制（SI）秒为基本单位连续累计，不闰秒，起始历元为2006年1月1日协调世界时（UTC）00时00分00秒。北斗时通过中国科学院国家授时中心保持的UTC，即UTC（NTSC）与国际UTC建立联系，与UTC的偏差保持在50纳秒以内（模1秒），北斗时与UTC之间的跳秒信息在导航电文中发播。北斗系统采用北斗坐标系（BDCS），坐标系定义符合国际地球自转服务组织（IERS）规范，采用2000中国大地坐标系（CGCS2000）的参考椭球参数，对准于最新的国际地球参考框架（ITRF），每年更新一次。
（5）建设全球连续监测评估系统。统筹国内外资源，建成监测评估站网和各类中心，实时监测评估包括北斗系统在内的各大卫星导航系统星座状态、信号精度、信号质量和系统服务性能等，向用户提供原始数据、基础产品和监测评估信息服务，为用户应用提供参考。 [5]
截至2018年12月，北斗系统可提供全球服务，在轨工作卫星共33颗，包含15颗北斗二号卫星和18颗北斗三号卫星，具体为5颗地球静止轨道卫星、7颗倾斜地球同步轨道卫星和21颗中圆地球轨道卫星。
北斗系统当前基本导航服务性能指标 | |
服务区域 | 全球 |
定位精度 | 水平10米、高程10米（95%） |
测速精度 | 0.2米每秒（95%） |
授时精度 | 20纳秒（95%） |
服务可用性 | 优于95%，在亚太地区，定位精度水平5米、高程5米（95%） |
未来，北斗系统将持续提升服务性能，扩展服务功能，增强连续稳定运行能力。2020年年底前，北斗二号系统还将发射1颗地球静止轨道备份卫星，北斗三号系统还将发射6颗中圆地球轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星和2颗地球静止轨道卫星，进一步提升全球基本导航和区域短报文通信服务能力，并实现全球短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等服务能力。 [5]
基本导航服务。为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。
短报文通信服务。中国及周边地区短报文通信服务，服务容量提高10倍，用户机发射功率降低到原来的1/10，单次通信能力1000汉字（14000比特）；全球短报文通信服务，单次通信能力40汉字（560比特）。
星基增强服务。按照国际民航组织标准，服务中国及周边地区用户，支持单频及双频多星座两种增强服务模式，满足国际民航组织相关性能要求。
国际搜救服务。按照国际海事组织及国际搜索和救援卫星系统标准，服务全球用户。与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统，同时提供返向链路，极大提升搜救效率和能力。
精密单点定位服务。服务中国及周边地区用户，具备动态分米级、静态厘米级的精密定位服务能力。
2020年北斗系统计划提供的服务类型 | |||
服务类型 | 信号频点 | 卫星 | |
基本导航服务 | 公开 | B1I，B3I，B1C，B2a | 3IGSO+24MEO |
B1I，B3I | 3GEO | ||
授权 | B1A，B3Q，B3A | ||
短报文通信服务 | 区域 | L（上行），S（下行） | 3GEO |
全球 | L（上行） | 14MEO | |
B2b（下行） | 3IGSO+24MEO | ||
星基增强服务（区域） | BDSBAS-B1C,BDSBAS-B2a | 3GEO | |
国际搜救服务 | UHF（上行） | 6MEO | |
B2b（下行） | 3IGSO+24MEO | ||
精密单点定位服务（区域） | B2b | 3GEO | |
（注：GEO-地球静止轨道，IGSO-倾斜地球同步轨道，MEO-中圆地球轨道）
中国积极培育北斗系统的应用开发，打造由基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的产业链，持续加强北斗产业保障、推进和创新体系建设，不断改善产业环境，扩大应用规模，实现融合发展，提升卫星导航产业的经济和社会效益。 [5]
北斗基础产品已实现自主可控，国产北斗芯片、模块等关键技术全面突破，性能指标与国际同类产品相当。多款北斗芯片实现规模化应用，工艺水平达到28纳米。截至2018年11月，国产北斗导航型芯片、模块等基础产品销量已突破7000万片，国产高精度板卡和天线销量分别占国内市场30%和90%的市场份额。 [5]
建设北斗地基增强系统。截至2018年12月，在中国范围内已建成2300余个北斗地基增强系统基准站，在交通运输、地震预报、气象测报、国土测绘、国土资源、科学研究与教育等多个领域为用户提供基本服务，提供米级、分米级、厘米级的定位导航和后处理毫米级的精密定位服务。 [5]
北斗系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信时统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，融入国家核心基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。 [5]
——交通运输方面，北斗系统广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度实时定位调度监控等领域。截至2018年12月，国内超过600万辆营运车辆、3万辆邮政和快递车辆，36个中心城市约8万辆公交车、3200余座内河导航设施、2900余座海上导航设施已应用北斗系统，建成全球最大的营运车辆动态监管系统，有效提升了监控管理效率和道路运输安全水平。据统计，2011年至2017年间，中国道路运输重特大事故发生起数和死亡失踪人数均下降50%。
——农林渔业方面，基于北斗的农机作业监管平台实现农机远程管理与精准作业，服务农机设备超过5万台，精细农业产量提高5%，农机油耗节约10%。定位与短报文通信功能在森林防火等应用中发挥了突出作用。为渔业管理部门提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理等服务，全国7万余只渔船和执法船安装北斗终端，累计救助1万余人。
——水文监测方面，成功应用于多山地域水文测报信息的实时传输，提高灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供重要支持。
——气象测报方面，研制一系列气象测报型北斗终端设备，形成系统应用解决方案，提高了国内高空气象探空系统的观测精度、自动化水平和应急观测能力。
——通信时统方面，突破光纤拉远等关键技术，研制出一体化卫星授时系统，开展北斗双向授时应用。
——电力调度方面，开展基于北斗的电力时间同步应用，为在电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。
——救灾减灾方面，基于北斗系统的导航、定位、短报文通信功能，提供实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。
——公共安全方面，全国40余万部警用终端联入警用位置服务平台。北斗系统在亚太经济合作组织会议、二十国集团峰会等重大活动安保中发挥了重要作用。
北斗系统大众服务发展前景广阔。基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，广泛进入中国大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。 [5]
——电子商务领域，国内多家电子商务企业的物流货车及配送员，应用北斗车载终端和手环，实现了车、人、货信息的实时调度。
——智能手机应用领域，国内外主流芯片厂商均推出兼容北斗的通导一体化芯片。2018年前三季度，在中国市场销售的智能手机约有470款具有定位功能，其中支持北斗定位的有298款，北斗定位支持率达到63%以上。
——智能穿戴领域，多款支持北斗系统的手表、手环等智能穿戴设备，以及学生卡、老人卡等特殊人群关爱产品不断涌现，得到广泛应用。
持续与其他卫星导航系统开展协调合作，推动系统间兼容与互操作，共同为全球用户提供更加优质的服务。
在中俄总理定期会晤委员会框架下，成立了中俄卫星导航重大战略合作项目委员会；签署了中俄政府间《关于和平使用北斗和格洛纳斯全球卫星导航系统的合作协定》《中国北斗和俄罗斯格洛纳斯系统兼容与互操作联合声明》，以及《和平利用北斗系统和格洛纳斯系统开展导航技术应用合作的联合声明》等成果文件；围绕兼容与互操作、增强系统与建站、监测评估、联合应用等领域设立联合工作组，开展务实合作，推进10个标志性合作项目并取得阶段进展，完成中俄卫星导航监测评估服务平台建设并开通运行，促进两系统优势互补、融合发展。 [5]
建立中美卫星导航合作对话机制，签署了系统间《中美卫星导航系统（民用）合作声明》《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》，标志着两系统在国际电联框架下实现了射频兼容，北斗系统B1C信号与GPS系统L1C信号达成互操作；在兼容与互操作、增强系统、民用服务等领域设立联合工作组，推动合作交流。 [5]
成立了中欧兼容与互操作工作组，开展多轮会谈；持续推进频率协调；在中欧空间科技合作对话机制下开展广泛交流。 [5]
发布了北斗系统规范性文件。自2011年起根据北斗系统建设和应用进展，有计划、分步骤地拟制了空间信号B1I、B1C、B2a和B3I接口控制文件（ICD），性能规范文件（PS），并通过国务院新闻办公室新闻发布会等形式对外发布，是北斗系统提供服务公开承诺的具体表现。 [6]
全面开展了民航、海事、移动通信、接收机通用数据格式国际标准化工作。一是国际民航方面，2010年9月中国国家民航局在ICAO第37届大会上，正式提交北斗系统进入ICAO标准申请；2011年1月，ICAO第192次理事会以决议形式，同意北斗系统逐步进入ICAO标准框架；北斗为国际民航应用提供B1I、B1C、B2a等3种服务信号的策略获得认可；累计参加ICAO导航系统专家组（NSP）10余次会议，基本完成了北斗B1I信号标准和建议措施（SARPs）草案核心内容修订；同时与工业界标准组织航空无线电技术委员会（RTCA）、欧洲民用航空设备组织（EUROCAE）建立了联系。二是国际海事方面，2014年11月IMO海上安全分委会（MSC）94次会议完成了北斗系统作为世界无线电导航系统（WWRNS）的最终认可，北斗系统成为第三个被国际海事组织认可的世界无线电导航系统；完成了船载北斗接收机设备性能标准，标准号MSC.379（93）；通过了支持北斗的多系统船载导航接收机性能标准，标准号MSC.401（95）；2017年3月IMO航行安全、通信与搜救分委会（NCSR）第4次会议将北斗写入海事应用的PNT导则内；2018年5月IMO启动了北斗报文服务系统加入全球海上遇险搜救系统（GMDSS）的申请工作。三是移动通信方面，在第三代合作伙伴计划（3GPP）、第三代合作伙伴计划之二（3GPP2）、开放移动联盟（OMA）等移动通信国际标准化组织中全面推动北斗标准化工作，第三代、第四代移动通信系统支持北斗B1I定位业务的24项标准已获得通过，包括技术标准、功能和性能标准、测试标准，2018年9月3GPPRAN#81次全会通过了启动B1C信号标准化工作提案。四是接收机通用数据格式方面，全面启动了推动北斗进入国际海事无线电技术委员会（RTCM）、美国国家海洋电子协会（NMEA）、国际GNSS服务组织（IGS）等相关国际组织关于卫星导航接收机国际通用数据标准的工作；推动RTCM第104专业委员会成立北斗工作组及恢复网络RTK工作组，中方均任工作组组长；RTCM10402.X差分电文标准、RTCM10403.X差分电文标准、RTCM10410.1Ntrip差分电文互联网传输标准、RTCM10401.3RSIM差分基准站完备性监测标准等增加北斗区域信号的修订工作已基本完成；支持北斗的NMEA-0183标准完成修订；2016年1月全面支持北斗的RINEX3.03版本通过RTCMSC-104会议批准并正式发布。 [6]
初步形成了“政产学研用”共同推动的局面。自2010年起，中国卫星导航系统管理办公室与工信部、国家民航局、交通运输部海事局等部门密切合作，持续开展北斗国际标准化工作。组织国内优势力量，梳理了北斗国际标准化工作内容，从总体推进与深化研究、标准技术研究与编制、测试与试验验证、国际参会技术协调等方面有序开展工作。此外，中国民航局于2015年成立了推进北斗卫星导航系统国际标准化与民航应用工作领导小组，全面推进政策研究、规划制定、技术标准研制、产品研发与应用等工作。 [6]
北斗卫星发射列表 | ||||
发射时间 | 火箭 | 卫星编号 | 卫星类型 | 发射地点 |
2000年10月31日 | 长征三号甲 [7] | 北斗-1A | 北斗1号 | |
2000年12月21日 | 长征三号甲 | 北斗-1B | ||
2003年5月25日 | 长征三号甲 | 北斗-1C | ||
2007年2月3日 | 长征三号甲 | 北斗-1D | ||
2007年4月14日04时11分 | 长征三号甲 | 第一颗北斗导航卫星（M1） | ||
2009年4月15日 | 长征三号丙 | 第二颗北斗导航卫星（G2） | ||
2010年1月17日 | 第三颗北斗导航卫星（G1） | |||
2010年6月2日 | 第四颗北斗导航卫星（G3） | |||
2010年8月1日05时30分 | 长征三号甲 | 第五颗北斗导航卫星（I1） | ||
2010年11月1日00时26分 | 长征三号丙 | 第六颗北斗导航卫星（G4） | ||
2010年12月18日04时20分 | 长征三号甲 | 第七颗北斗导航卫星（I2） | ||
2011年4月10日04时47分 | 第八颗北斗导航卫星（I3） | |||
2011年7月27日05时44分 | 第九颗北斗导航卫星（I4） | |||
2011年12月2日05时07分 | 第十颗北斗导航卫星（I5） | |||
2012年2月25日0时12分 | 长征三号丙 | 第十一颗北斗导航卫星 | ||
2012年4月30日4时50分 | 长征三号乙 | 第十二、十三颗北斗导航系统组网卫星 | ||
2012年9月19日3时10分 | 长征三号乙 | |||
2012年10月25日23时33分 | 长征三号丙 | |||
2015年3月30日21时52分 | 长征三号丙 | |||
2015年7月25日20时29分 | 长征三号乙 | |||
2015年9月30日7时13分 | 长征三号乙 | |||
2016年2月1日15时29分 | 长征三号丙 | |||
2016年3月30日4时11分 | 长征三号甲 | |||
2016年6月12日23时30分 | 长征三号丙 | |||
2018年7月10日4时58分 | 长征三号甲 | 第三十二颗北斗导航卫星（备份星） | ||
2017年11月5日19时45分 | 长征三号乙 | 北斗3号 | ||
2018年1月12日7时18分 | 长征三号乙 | |||
2018年2月12日12时03分 | 长征三号乙 | |||
2018年3月30日01时56分 | 长征三号乙 | 第三十、三十一颗北斗导航卫星 | ||
2018年7月29日9时48分 | 长征三号乙 | |||
2018年8月25日7时52分 | 长征三号乙 | |||
2018年9月19日22时07分 | 长征三号乙 | |||
2018年10月15日12时23分 | 长征三号乙 | |||
2018年11月1日23时57分 | 长征三号乙 | |||
2018年11月19日2时7分 | 长征三号乙 | |||
2019年4月20日22时41分 | 长征三号乙 | |||
2019年5月17日23时48分 | 长征三号丙 | 第四十五颗北斗导航卫星（备份星） [8] | ||
2019年6月25日2时09分 | 长征三号乙 | |||
2019年9月23日5时10分 | 长征三号乙 | |||
2019年11月5日1时43分 | 长征三号乙 | |||
2019年11月23日8时55分 | 长征三号乙 | 北斗3号 | 西昌 | |
2019年12月16日15时22分 | 长征三号乙 | 西昌 | ||
2020年3月9日19时55分 | 长征三号乙 | 西昌 | ||
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