基本介紹
- 中文名：北斗衛星導航系統
- 外文名：BeiDou Navigation Satellite System
- 簡稱：BDS
- 地區：中國
系統概述,發展目標,建設原則,基本組成,系統建設,發展歷程,發展特色,建設進展,服務性能,未來發展,套用與產業化,基礎產品及設施,行業及區域套用,大眾套用,國際合作,中俄衛星導航合作,中美衛星導航合作,中歐衛星導航合作,北斗國際標準化進展,發射記錄,
系統概述
北斗衛星導航系統（以下簡稱北斗系統）是中國著眼於國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。
北斗衛星導航系統示意圖
北斗衛星導航系統示意圖隨著北斗系統建設和服務能力的發展，相關產品已廣泛套用於交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、測繪地理信息、森林防火、通信時統、電力調度、救災減災、應急搜救等領域，逐步滲透到人類社會生產和人們生活的方方面面，為全球經濟和社會發展注入新的活力。
衛星導航系統是全球性公共資源，多系統兼容與互操作已成為發展趨勢。中國始終秉持和踐行“中國的北斗，世界的北斗”的發展理念，服務“一帶一路”建設發展，積極推進北斗系統國際合作。與其他衛星導航系統攜手，與各個國家、地區和國際組織一起，共同推動全球衛星導航事業發展，讓北斗系統更好地服務全球、造福人類。
發展目標
建設世界一流的衛星導航系統，滿足國家安全與經濟社會發展需求，為全球用戶提供連續、穩定、可靠的服務；發展北斗產業，服務經濟社會發展和民生改善；深化國際合作，共享衛星導航發展成果，提高全球衛星導航系統的綜合套用效益。
建設原則
自主。堅持自主建設、發展和運行北斗系統，具備向全球用戶獨立提供衛星導航服務的能力。
開放。免費提供公開的衛星導航服務，鼓勵開展全方位、多層次、高水平的國際交流與合作。
兼容。提倡與其他衛星導航系統開展兼容與互操作，鼓勵國際交流與合作，致力於為用戶提供更好的服務。
漸進。分步驟推進北斗系統建設，持續提升北斗系統服務性能，不斷推動衛星導航產業全面、協調和可持續發展。
基本組成
北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。
空間段由若干地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成。
地面段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施。
用戶段包括北斗及兼容其他衛星導航系統的晶片、模組、天線等基礎產品，以及終端設備、套用系統與套用服務等。
系統建設
發展歷程
中國高度重視北斗系統建設發展，自20世紀80年代開始探索適合國情的衛星導航系統發展道路，形成了“三步走”發展戰略：
第一步，建設北斗一號系統。1994年，啟動北斗一號系統工程建設；2000年，發射2顆地球靜止軌道衛星，建成系統並投入使用，採用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務；2003年，發射第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統性能。
第二步，建設北斗二號系統。2004年，啟動北斗二號系統工程建設；2012年年底，完成14顆衛星（5顆地球靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星和4顆中圓地球軌道衛星）發射組網。北斗二號系統在兼容北斗一號系統技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。
第三步，建設北斗三號系統。2009年，啟動北斗三號系統建設；2018年年底，完成19顆衛星發射組網，完成基本系統建設，向全球提供服務；計畫2020年年底前，完成30顆衛星發射組網，全面建成北斗三號系統。北斗三號系統繼承北斗有源服務和無源服務兩種技術體制，能夠為全球用戶提供基本導航（定位、測速、授時）、全球短報文通信、國際搜救服務，中國及周邊地區用戶還可享有區域短報文通信、星基增強、精密單點定位等服務。
發展特色
北斗系統的建設實踐，實現了在區域快速形成服務能力、逐步擴展為全球服務的發展路徑，豐富了世界衛星導航事業的發展模式。
北斗系統具有以下特點：一是北斗系統空間段採用三種軌道衛星組成的混合星座，與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區性能特點更為明顯。二是北斗系統提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是北斗系統創新融合了導航與通信能力，具有實時導航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。
建設進展
截至2018年年底，北斗三號基本系統建成並提供全球服務，包括“一帶一路”國家和地區在內的世界各地均可享受到北斗系統服務。
工程建設方面：（1）空間段實現全球組網。當前，北斗一號系統已退役；北斗二號系統15顆衛星連續穩定運行；北斗三號系統正式組網前，發射了5顆北斗三號試驗衛星，開展在軌試驗驗證，研製了更高性能的星載銣原子鐘（天穩定度達到10-14量級）和氫原子鐘（天穩定度達到10-15量級），進一步提高了衛星性能與壽命；成功發射了19 顆組網衛星（其中，18 顆中圓地球軌道衛星已提供服務，1顆地球靜止軌道衛星處於在軌測試狀態），構建了穩定可靠的星間鏈路，基本系統星座部署圓滿完成。（2）地面段實施了升級改造。北斗三號系統建立了高精度時間和空間基準，增加了星間鏈路運行管理設施，實現了基於星地和星間鏈路聯合觀測的衛星軌道和鐘差測定業務處理，具備定位、測速、授時等全球基本導航服務能力；同時，開展了短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位等服務的地面設施建設。
系統運行方面：（1）健全穩定運行責任體系。完善北斗系統空間段、地面段、用戶段多方聯動的常態化機制，完善衛星自主健康管理和故障處置能力，不斷提高大型星座系統的運行管理保障能力，推動系統穩定運行工作向智慧型化發展。（2）實現系統服務平穩接續。北斗三號系統向前兼容北斗二號系統，能夠向用戶提供連續、穩定、可靠服務。（3）創新風險防控管理措施。採用衛星在軌、地面備份策略，避免和降低衛星突發在軌故障對系統服務性能的影響；採用地面設施的冗餘設計，著力消除薄弱環節，增強系統可靠性。（4）保持高精度時空基準，推動與其他衛星導航系統時間坐標框架的互操作。北斗系統時間基準（北斗時），溯源於協調世界時，採用國際單位制（SI）秒為基本單位連續累計，不閏秒，起始曆元為2006 年1月1日協調世界時（UTC）00時00分00秒。北斗時通過中國科學院國家授時中心保持的UTC，即UTC（NTSC）與國際UTC建立聯繫，與UTC的偏差保持在50納秒以內（模1秒），北斗時與 UTC 之間的跳秒信息在導航電文中發播。北斗系統採用北斗坐標系（BDCS），坐標系定義符合國際地球自轉服務組織（IERS）規範，採用2000中國大地坐標系（CGCS2000）的參考橢球參數，對準於最新的國際地球參考框架（ITRF），每年更新一次。（5）建設全球連續監測評估系統。統籌國內外資源，建成監測評估站網和各類中心，實時監測評估包括北斗系統在內的各大衛星導航系統星座狀態、信號精度、信號質量和系統服務性能等，向用戶提供原始數據、基礎產品和監測評估信息服務，為用戶套用提供參考。
服務性能
截至2018年12月，北斗系統可提供全球服務，在軌工作衛星共33顆，包含15顆北斗二號衛星和18顆北斗三號衛星，具體為5顆地球靜止軌道衛星、7顆傾斜地球同步軌道衛星和21顆中圓地球軌道衛星。
| 北斗系統當前基本導航服務性能指標 | |
|---|---|
服務區域 | 全球 |
定位精度 | 水平10米、高程10米（95%） |
測速精度 | 0.2 米每秒（95%） |
授時精度 | 20 納秒（95%） |
服務可用性 | 優於95%，在亞太地區，定位精度水平5米、高程5米（95%） |
未來發展
未來，北斗系統將持續提升服務性能，擴展服務功能，增強連續穩定運行能力。2020年年底前，北斗二號系統還將發射1顆地球靜止軌道備份衛星，北斗三號系統還將發射6顆中圓地球軌道衛星、3顆傾斜地球同步軌道衛星和2顆地球靜止軌道衛星，進一步提升全球基本導航和區域短報文通信服務能力，並實現全球短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位等服務能力。
基本導航服務。為全球用戶提供服務，空間信號精度將優於0.5米；全球定位精度將優於10米，測速精度優於0.2米/秒，授時精度優於20納秒；亞太地區定位精度將優於5米，測速精度優於0.1米/秒，授時精度優於10納秒，整體性能大幅提升。
短報文通信服務。中國及周邊地區短報文通信服務，服務容量提高10倍，用戶機發射功率降低到原來的1/10，單次通信能力 1000 漢字（14000比特）；全球短報文通信服務，單次通信能力40漢字（560比特）。
星基增強服務。按照國際民航組織標準，服務中國及周邊地區用戶，支持單頻及雙頻多星座兩種增強服務模式，滿足國際民航組織相關性能要求。
國際搜救服務。按照國際海事組織及國際搜尋和救援衛星系統標準，服務全球用戶。與其他衛星導航系統共同組成全球中軌搜救系統，同時提供返向鏈路，極大提升搜救效率和能力。
精密單點定位服務。服務中國及周邊地區用戶，具備動態分米級、靜態厘米級的精密定位服務能力。
| 2020年北斗系統計畫提供的服務類型 | |||
|---|---|---|---|
服務類型 | 信號頻點 | 衛星 | |
基本導航服務 | 公開 | B1I，B3I，B1C，B2a | 3IGSO+24MEO |
B1I，B3I | 3GEO | ||
授權 | B1A，B3Q，B3A | ||
短報文通信服務 | 區域 | L（上行），S（下行） | 3GEO |
全球 | L（上行） | 14MEO | |
B2b（下行） | 3IGSO+24MEO | ||
星基增強服務（區域） | BDSBAS-B1C, BDSBAS-B2a | 3GEO | |
國際搜救服務 | UHF（上行） | 6MEO | |
B2b（下行） | 3IGSO+24MEO | ||
精密單點定位服務（區域） | B2b | 3GEO | |
（註：GEO-地球靜止軌道，IGSO-傾斜地球同步軌道，MEO-中圓地球軌道）
套用與產業化
中國積極培育北斗系統的套用開發，打造由基礎產品、套用終端、套用系統和運營服務構成的產業鏈，持續加強北斗產業保障、推進和創新體系建設，不斷改善產業環境，擴大套用規模，實現融合發展，提升衛星導航產業的經濟和社會效益。
基礎產品及設施
北斗基礎產品已實現自主可控，國產北斗晶片、模組等關鍵技術全面突破，性能指標與國際同類產品相當。多款北斗晶片實現規模化套用，工藝水平達到 28 納米。截至 2018 年 11 月，國產北斗導航型晶片、模組等基礎產品銷量已突破 7000 萬片，國產高精度板卡和天線銷量分別占國內市場 30%和 90%的市場份額。
建設北斗地基增強系統。截至2018年12月，在中國範圍內已建成2300餘個北斗地基增強系統基準站，在交通運輸、地震預報、氣象測報、國土測繪、國土資源、科學研究與教育等多個領域為用戶提供基本服務，提供米級、分米級、厘米級的定位導航和後處理毫米級的精密定位服務。
行業及區域套用
北斗系統提供服務以來，已在交通運輸、農林漁業、水文監測、氣象測報、通信時統、電力調度、救災減災、公共安全等領域得到廣泛套用，融入國家核心基礎設施，產生了顯著的經濟效益和社會效益。
——交通運輸方面，北斗系統廣泛套用於重點運輸過程監控、公路基礎設施安全監控、港口高精度實時定位調度監控等領域。截至2018年12月，國內超過600萬輛營運車輛、3萬輛郵政和快遞車輛，36箇中心城市約8萬輛公車、3200餘座內河導航設施、2900餘座海上導航設施已套用北斗系統，建成全球最大的營運車輛動態監管系統，有效提升了監控管理效率和道路運輸安全水平。據統計，2011年至2017年間，中國道路運輸重特大事故發生起數和死亡失蹤人數均下降50%。
——農林漁業方面，基於北斗的農機作業監管平台實現農機遠程管理與精準作業，服務農機設備超過5萬台，精細農業產量提高5%，農機油耗節約10%。定位與短報文通信功能在森林防火等套用中發揮了突出作用。為漁業管理部門提供船位監控、緊急救援、信息發布、漁船出入港管理等服務，全國7萬餘只漁船和執法船安裝北斗終端，累計救助1萬餘人。
——水文監測方面，成功套用於多山地域水文測報信息的實時傳輸，提高災情預報的準確性，為制定防洪抗旱調度方案提供重要支持。
——氣象測報方面，研製一系列氣象測報型北斗終端設備，形成系統套用解決方案，提高了國內高空氣象探空系統的觀測精度、自動化水平和應急觀測能力。
——通信時統方面，突破光纖拉遠等關鍵技術，研製出一體化衛星授時系統，開展北斗雙向授時套用。
——電力調度方面，開展基於北斗的電力時間同步套用，為在電力事故分析、電力預警系統、保護系統等高精度時間套用創造了條件。
——救災減災方面，基於北斗系統的導航、定位、短報文通信功能，提供實時救災指揮調度、應急通信、災情信息快速上報與共享等服務，顯著提高了災害應急救援的快速反應能力和決策能力。
——公共安全方面，全國40餘萬部警用終端聯入警用位置服務平台。北斗系統在亞太經濟合作組織會議、二十國集團峰會等重大活動安保中發揮了重要作用。
大眾套用
北斗系統大眾服務發展前景廣闊。基於北斗的導航服務已被電子商務、移動智慧型終端製造、位置服務等廠商採用，廣泛進入中國大眾消費、共享經濟和民生領域，深刻改變著人們的生產生活方式。
——電子商務領域，國內多家電子商務企業的物流貨車及配送員，套用北斗車載終端和手環，實現了車、人、貨信息的實時調度。
——智慧型手機套用領域，國內外主流晶片廠商均推出兼容北斗的通導一體化晶片。2018 年前三季度，在中國市場銷售的智慧型手機約有470款具有定位功能，其中支持北斗定位的有298款，北斗定位支持率達到63%以上。
——智慧型穿戴領域，多款支持北斗系統的手錶、手環等智慧型穿戴設備，以及學生卡、老人卡等特殊人群關愛產品不斷湧現，得到廣泛套用。
國際合作
持續與其他衛星導航系統開展協調合作，推動系統間兼容與互操作，共同為全球用戶提供更加優質的服務。
中俄衛星導航合作
在中俄總理定期會晤委員會框架下，成立了中俄衛星導航重大戰略合作項目委員會；簽署了中俄政府間《關於和平使用北斗和格洛納斯全球衛星導航系統的合作協定》《中國北斗和俄羅斯格洛納斯系統兼容與互操作聯合聲明》，以及《和平利用北斗系統和格洛納斯系統開展導航技術套用合作的聯合聲明》等成果檔案；圍繞兼容與互操作、增強系統與建站、監測評估、聯合套用等領域設立聯合工作組，開展務實合作，推進10個標誌性合作項目並取得階段進展，完成中俄衛星導航監測評估服務平台建設並開通運行，促進兩系統優勢互補、融合發展。
中美衛星導航合作
建立中美衛星導航合作對話機制，簽署了系統間《中美衛星導航系統（民用）合作聲明》《北斗與GPS信號兼容與互操作聯合聲明》，標誌著兩系統在國際電聯框架下實現了射頻兼容，北斗系統B1C信號與GPS系統 L1C 信號達成互操作；在兼容與互操作、增強系統、民用服務等領域設立聯合工作組，推動合作交流。
中歐衛星導航合作
成立了中歐兼容與互操作工作組，開展多輪會談；持續推進頻率協調；在中歐空間科技合作對話機制下開展廣泛交流。
北斗國際標準化進展
發布了北斗系統規範性檔案。自2011年起根據北斗系統建設和套用進展，有計畫、分步驟地擬制了空間信號B1I、B1C、B2a和B3I接口控制檔案（ICD），性能規範檔案（PS），並通過國務院新聞辦公室新聞發布會等形式對外發布，是北斗系統提供服務公開承諾的具體表現。
全面開展了民航、海事、移動通信、接收機通用數據格式國際標準化工作。一是國際民航方面，2010年9月中國民航局在ICAO第37屆大會上，正式提交北斗系統進入ICAO標準申請；2011年1月，ICAO第192次理事會以決議形式，同意北斗系統逐步進入ICAO標準框架；北斗為國際民航套用提供B1I、B1C、B2a等3種服務信號的策略獲得認可；累計參加ICAO導航系統專家組（NSP）10餘次會議，基本完成了北斗B1I信號標準和建議措施（SARPs）草案核心內容修訂；同時與工業界標準組織航空無線電技術委員會（RTCA）、歐洲民用航空設備組織（EUROCAE）建立了聯繫。二是國際海事方面，2014年11月IMO海上安全分委會（MSC）94次會議完成了北斗系統作為世界無線電導航系統（WWRNS）的最終認可，北斗系統成為第三個被國際海事組織認可的世界無線電導航系統；完成了船載北斗接收機設備性能標準，標準號MSC.379（93）；通過了支持北斗的多系統船載導航接收機性能標準，標準號MSC.401（95）；2017年3月IMO航行安全、通信與搜救分委會（NCSR）第4次會議將北斗寫入海事套用的PNT導則內；2018年5月IMO啟動了北斗報文服務系統加入全球海上遇險搜救系統（GMDSS）的申請工作。三是移動通信方面，在第三代合作夥伴計畫（3GPP）、第三代合作夥伴計畫之二（3GPP2）、開放移動聯盟（OMA）等移動通信國際標準化組織中全面推動北斗標準化工作，第三代、第四代移動通信系統支持北斗B1I定位業務的24項標準已獲得通過，包括技術標準、功能和性能標準、測試標準，2018年9月3GPP RAN#81次全會通過了啟動B1C信號標準化工作提案。四是接收機通用數據格式方面，全面啟動了推動北斗進入國際海事無線電技術委員會（RTCM）、美國國家海洋電子協會（NMEA）、國際GNSS服務組織（IGS）等相關國際組織關於衛星導航接收機國際通用數據標準的工作；推動RTCM第104專業委員會成立北斗工作組及恢復網路RTK工作組，中方均任工作組組長；RTCM 10402.X差分電文標準、RTCM 10403.X差分電文標準、RTCM 10410.1 Ntrip差分電文網際網路傳輸標準、RTCM 10401.3 RSIM差分基準站完備性監測標準等增加北斗區域信號的修訂工作已基本完成；支持北斗的NMEA-0183標準完成修訂；2016年1月全面支持北斗的RINEX3.03版本通過RTCM SC-104會議批准並正式發布。
初步形成了“政產學研用”共同推動的局面。自2010年起，中國衛星導航系統管理辦公室與工信部、中國民航局、交通運輸部海事局等部門密切合作，持續開展北斗國際標準化工作。組織國內優勢力量，梳理了北斗國際標準化工作內容，從總體推進與深化研究、標準技術研究與編制、測試與試驗驗證、國際參會技術協調等方面有序開展工作。此外，中國民航局於2015年成立了推進北斗衛星導航系統國際標準化與民航套用工作領導小組，全面推進政策研究、規劃制定、技術標準研製、產品研發與套用等工作。
發射記錄
| 北斗衛星發射列表 | ||||
|---|---|---|---|---|
發射時間 | 火箭 | 衛星編號 | 衛星類型 | 發射地點 |
2000年10月31日 | 北斗-1A | 北斗1號 | ||
2000年12月21日 | 北斗-1B | |||
2003年5月25日 | 北斗-1C | |||
2007年2月3日 | 北斗-1D | |||
2007年4月14日04時11分 | 長征三號甲 | 第一顆北斗導航衛星（M1） | 北斗2號 | |
2009年4月15日 | 長征三號丙 | 第二顆北斗導航衛星（G2） | ||
2010年1月17日 | 第三顆北斗導航衛星（G1） | |||
2010年6月2日 | 第四顆北斗導航衛星（G3） | |||
2010年8月1日05時30分 | 長征三號甲 | 第五顆北斗導航衛星（I1） | ||
2010年11月1日00時26分 | 長征三號丙 | 第六顆北斗導航衛星（G4） | ||
2010年12月18日04時20分 | 長征三號甲 | 第七顆北斗導航衛星（I2） | ||
2011年4月10日04時47分 | 第八顆北斗導航衛星（I3） | |||
2011年7月27日05時44分 | 第九顆北斗導航衛星（I4） | |||
2011年12月2日05時07分 | 第十顆北斗導航衛星（I5） | |||
2012年2月25日0時12分 | 長征三號丙 | 第十一顆北斗導航衛星 | ||
2012年4月30日4時50分 | 長征三號乙 | 第十二、十三顆北斗導航系統組網衛星 | ||
2012年9月19日3時10分 | 長征三號乙 | 第十四、十五顆北斗導航系統組網衛星 | ||
2012年10月25日23時33分 | 長征三號丙 | 第十六顆北斗導航衛星 | ||
2015年3月30日21時52分 | 長征三號丙 | 第十七顆北斗導航衛星 | ||
2015年7月25日20時29分 | 長征三號乙 | 第十八、十九顆北斗導航衛星 | ||
2015年9月30日7時13分 | 長征三號乙 | 第二十顆北斗導航衛星 | ||
2016年2月1日15時29分 | 長征三號丙 | 第二十一顆北斗導航衛星 | ||
2016年3月30日4時11分 | 長征三號甲 | 第二十二顆北斗導航衛星（備份星） | ||
2016年6月12日23時30分 | 長征三號丙 | 第二十三顆北斗導航衛星（備份星） | ||
2018年7月10日4時58分 | 長征三號甲 | 第三十二顆北斗導航衛星（備份星） | ||
2017年11月5日19時45分 | 長征三號乙 | 第二十四、二十五顆北斗導航衛星 | 北斗3號 | |
2018年1月12日7時18分 | 長征三號乙 | 第二十六、二十七顆北斗導航衛星 | ||
2018年2月12日12時03分 | 長征三號乙 | 第二十八、二十九顆北斗導航衛星 | ||
2018年3月30日01時56分 | 長征三號乙 | 第三十、三十一顆北斗導航衛星 | ||
2018年7月29日9時48分 | 長征三號乙 | 第三十三、三十四顆北斗導航衛星 | ||
2018年8月25日7時52分 | 長征三號乙 | 第三十五、三十六顆北斗導航衛星 | ||
2018年9月19日22時07分 | 長征三號乙 | 第三十七、三十八顆北斗導航衛星 | ||
2018年10月15日12時23分 | 長征三號乙 | 第三十九、四十顆北斗導航衛星 | ||
2018年11月1日23時57分 | 長征三號乙 | 第四十一顆北斗導航衛星 | ||
2018年11月19日2時7分 | 長征三號乙 | 第四十二、四十三顆北斗導航衛星 | ||
2019年4月20日22時41分 | 長征三號乙 | 第四十四顆北斗導航衛星 | ||
2019年5月17日23時48分 | 長征三號丙 | 第四十五顆北斗導航衛星 | ||
2019年6月25日2時09分 | 長征三號乙 | 第四十六顆北斗導航衛星 | 北斗3號 | |
