除了手机导航，北斗还有哪些创新应用

李德仁刘经南谭述森

2020-10-05 09:08:17　来源：光明日报

　　从打开地图导航，到外卖点餐，再到车库里停车，现在北斗卫星导航系统在老百姓的生活中已经无处不在。目前，全球应用北斗系统导航的手机已经超过3.72亿部。少有人知的是，助力疫情防控是今年北斗应用的新亮点。北斗系统在疫情防控的“武汉保卫战”中发挥了极其特殊的作用：从火神山、雷神山医院的建设应用到方舱医院的改造，从医疗物资的调配到生活用品的保障供给，从病毒的流行病学调查到武汉健康码的应用都有北斗的身影。国庆前夕，中国北斗应用大会在湖北武汉举行，李德仁、刘经南、谭述森三位院士分享了北斗的诸多创新应用。

　　航天科技“北斗”团队入选“最美奋斗者”：图为团队部分成员摆出“北斗”两字的造型。新华社发

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中国科学院、中国工程院李德仁院士：北斗系统精准助力疫情防控

　　PTN的概念，包括定位、导航、授时服务。一般指基于统一时空基准网络和不同通信网络，能独立或与移动终端结合，为各类用户提供实时动态及空间位置和授时的综合信息服务，又称导航位置服务。北斗三代系统就是提供全球PTN应用服务，特点是信息已经从120个汉字扩展到1000个汉字，实现厘米级以上的高精度定位。

　　今年，北斗系统精准助力湖北的疫情防控，比如火神山、雷神山医院选址，医院的物资、生活物品的调配，包括无人机送东西，还有医院送药的机器人，都用到了北斗系统。老百姓停车也都用到北斗导航定位，通过设备的卫星定位、室内的传感器和信号的定位在手机上实现融合的综合定位。

　　疫情期间，武汉还应用北斗系统和交通大数据，建立了武汉的智慧城市交通系统，实现对350万到450万辆汽车，6万多条道路的有效管理。今年还利用北斗技术做了一个疫情跟踪软件，在手机上自动生成健康码。可以说，北斗支持湖北人民成功抗击了新冠病毒疫情。

　　PNT的服务现在还有不足，比如服务的内容是一个点定位，一条线是导航，授时也是一个时间点，没有覆盖地表的各种要素，没有办法提供图像视频代表的目标信息和面信息，未来要做实时的导航增强，做精密授时、快速遥感、天地一体移动宽带通信服务。未来我们要解决八个方面的核心技术问题，比如智能对地观测技术，对地导航定位新方法，地球时空基准建立与维持，空天环境，卫星资源组织与调度，网络通信与安全，智能卫星平台与载荷等。

　　现在正在研发一个北斗应用的软件，把12种定位的信息集合在一起，在手机App上提供服务。可以把这个系统应用到医院去，实现对病人的设备跟踪、处理、自动化，这样的系统应用在手机上，手机就成了智能助理，有老人在外面摔倒了，手机能告诉医生在什么时间什么地点摔倒，也可以应用到物联网上去定位充电桩位置，保证新能源汽车的充电安全。

　　还可以做高精度导航定位地图实现智能驾驶。北斗可以解决测路系统的智能化问题。汽车开在路上，路上的标牌是给人看的，所以利用北斗建立测路系统是实现智能驾驶的关键。

　　从当前需求来看，从PNT发展到PNTRC，建设我国自主的通导遥一体化天基信息实时智能服务系统，中国不能等，要抓紧时间搞好基础研究和应用。

　　未来，PNT的需求从事后走向实时和瞬间，从静态走向动态和高速，从粗略走向精准和完备，从室外走向室内，从陆地走向海洋和天空，从区域走向广域和全球。北斗应用还会把移动互联网、智能制造融合于一体，将深入到经济的各个领域，深入到老百姓的生活中。

中国工程院刘经南院士：北斗可实现全球双向通信

　　定位和授时分别是空间和时间与起始原点相关的绝对位置概念，导航是空间和时间两个位置上的相对时空度量概念。北斗系统是世界上唯一实现了通导遥一体化的卫星导航系统。

　　北斗系统的性能优势是功能多，全球短报文通信可以用于搜救。导航定位+全球双向通信可以向呼救者快速通告救援安排。还有遥感应用，有主动式遥感，配备星载太空环境遥感和电离层异常遥感载荷；被动式遥感，电磁波通过大气、海洋、陆地反射或漫反射遥感大气水汽、海洋河湖水位。

　　北斗是全球唯一宣布标准位置服务精度优于5米的卫星导航系统。北斗3三类异轨卫星之间都实现了星间自组织测距和数传，采用Ka频段链路，测距精度高，通信频带宽，远优于UHF链路，下一代将用激光链路，测距更准。

　　目前，北斗3星间链路已全面启动，效果显著，在GNSS中精度最高，确保了标准PNT服务精度高。北斗系统中轨卫星三个轨道面各有2颗确保全球域内能收到求救者上传UHF频段求救信号，然后下传给国际搜救中心，24颗中轨卫星都能接收国际搜救中心的搜救信号并通知求救者，同时可向求救者发送相关施救短报文。

　　在创新设计方面，因为北斗的频段是丰富的，现在北斗2和北斗3有五个频段。再就是设计了兼容互操作信号，创新调制技术，信号质量国际领先，它接收的时候能够和GPS的功能一样。总的来说，这些研发都有利于提高北斗3的PNT精度。

　　根据北斗的优势特点，怎么利用它开展应用呢？要通导遥一体化，充分利用北斗的多频段导航信号优势开展多用或专用高性能低成本PNT研发，提升PNT服务能力，充分利用星间链路测距，研究或分离不同轨道和不同型号的卫星系统，充分利用全球和中国周边短报文双向服务能力拓展服务内涵，研发传图像、传语音、传视频等方法形成专利，发挥双向通信与PNT集成服务功能，利用通导遥一体化，开发多任务多目标的协同智慧调度应急应用，充分利用北斗GNSS卫星的L波段和S波段载波作为遥感辐射源开发新型遥感，特别是目标遥感。

　　北斗RDSS双向链路定位授时，可大幅提升北斗定位授时抗干扰、抗欺骗性能，RDSS二维定位精度已到10米左右，时间比对精度相对于单向被动接收方式，授时精度可提高一倍，到10纳秒左右，对于一些时间比对频度不求太高而绝对时间精度要求较高的用户，如金融、通信、区块链平台，应急救援指挥中心运控平台等最有需求，可拓展这类防干扰要求甚高的绝对授时服务。

　　利用RDSS双向通信功能，可开发共享的多部门协同调度系统，比如综合智慧运营控制平台。

　　北斗3的创新设计、服务能力、精度优势、运行稳健构成了强劲的后发优势和发展潜力，被“一带一路”沿线国家和地区接受，无愧“中国的北斗，世界的北斗，一流的北斗”的美誉，体现了“北斗导航，世界共享”的理念。

　　北斗系统作为时空技术，既是对地球资源环境及其动态变化信息感知认知，也是实现对所感知对象精准时空、调配管理的核心基础。北斗开拓应用的第一个重点是给其他技术，如信息、网络、能源、资源、环境、交通等技术，赋予精准时空位置的感知认知，使他们提升到智能化管理控制阶段，同时实现管理控制过程的时空智能化。

　　北斗应用的另一个重点，是综合开发其通导遥一体化的优势，发挥其跨技术跨领域甚至跨时间跨空间的空间智能作用，未来的目标，是研究PNT自然智能，开发出智能PNT技术，以开发新的应用。

中国工程院谭述森院士：中国的5G会成功，6G也一定能够成功

　　什么叫空间基准？空间基准它用来确定轨道参数，连通坐标原点、地球自转参数共同构建起GNSS系统空间基准，中国北斗空间基准与中国大地坐标系为同一个坐标框架。全球实用的基准我认为只有两个，一个是GPS时空基准，另一个就是北斗时空基准。时空基准是互联网升级为物联网的基础条件，如果没有统一的时空基准，很难想象物与物如何联结。

　　北斗系统的发展是一个持续创新、开拓进取的历程。北斗一号主要成就是两颗卫星实现大范围高精度定位授时服务，它覆盖了中国及周边地区，按GPS定位原理需12颗卫星，双向授时精度10ns，国际领先。一秒内完成定位及报文通信，成为国际航行跟踪、生命救援的亮点定位与报告在同一信道同时完成，用户知道我在哪里，指挥部门知道我们在哪里，定位报告是北斗区别于GPS的最大特色。

　　北斗是全球第一个拥有三频完整服务能力的导航系统，在2012年实现B1、B2、B3三个频率的导航定位全星座播发，GPS什么时候完成三频导航，现在还不好预测。原来是说2020年完成，现在还看不到它哪一年可以完成。北斗是世界上第一个连续导航与定位报告双模融合的系统，双模用户机发挥了巨大的社会和经济效益。

　　北斗三号主要成就是独立构建全球时空基准，这里为什么说只有北斗三号可以称得上中国向全球提供了卫星导航的时空基准？因为只有全球系统才具有对全球系统的代表性描述，那些区域系统不具备构建时空基准的能力，所以说北斗三号系统实际上是完成了从第一阶段到第四阶段的导航，所以说北斗的成就是跨代的。

　　北斗三号有六大功能，包括基本导航为根基，将SBAS、PPP、MSS等融为一体，精度增强、完好性增强、信息增强将更好地服务于各类用户。北斗MMS就是短报文通信，采用了RDSS的方式。北斗的星间链路实际上就是全球移动通信系统在中国的共享，它既是全球移动通信的双向数据链，也是中国时空星间钟差的系统，还可以进一步扩展为时空基准的维持系统。

　　中国的北斗建成了，基本上处于L频率米级导航精度水平。在2030年或2035年间，一个导航、通信、遥感深度融合的航天系统将出自中国，中国高速空间网络加5G地面网，实现全球天空地物与物的互联互通，即第6代移动通信，6G中国走的路跟西方国家走的路不一样，中国是先建地面系统，然后再建空间系统，中国的空间系统是建在北斗时空基准之上的，所以中国的5G会成功，中国的6G也一定能成功。

　　在未来北斗新的导航系统上，在LEO轨道上，实行导航通信深度融合，并服务遥感的方针，达到全球物联网和数字地球的目标。

　　将来还会有北斗全球物联网。互联网是人与人之间的联接，人是非常囊括的，要实现全球动态物与物的互联互通，必须在时空基准的维持下才能实现全球的物联网。静态厘米级、动态分米级世界一流卫星导航系统在北斗三号系统里面已经实现了，提供统一时空基准的天基物联网，获得对地球认知的天基无线电全球系统，未来北斗天基物联网模块将实现太空物与太空物的互联、太空物与地球物的联网，任务超越对地球导航手段的研究。它的意义就是要充分发挥北斗时空基准的基础性价值，打破世界导航、通信、遥感独立建设行业固化的这种状态，要为大部分行业包括遥感提供公共数据链。

　　总之，北斗多业务卫星无线电系统，是国家重要的空间信息基础设施，北斗三号在基本导航、星基增强、精密单点定位、报文通信、国际搜救等业务的融合创新是未来发展的良好开端。北斗时空基准链路与高速数链路构建完善，将成为我国航天体系的“智能高速公路”。

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　　生活中的北斗应用

　　现在，地图查询、手机导航、叫车服务、共享单车、快递外卖等往往都要应用手机中的北斗卫星定位功能。未来结合5G、人工智能和穿戴式设备的发展还将极大扩展北斗的大众化应用，实现室内外一体化定位导航，包括实现远程医疗监护、智能出行服务、智慧旅游服务、个人安全保障和应急救援等。

　　2019年以北斗应用发展为核心的我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到3450亿元，与2012年北斗刚刚提供服务时相比，总体产值增长了4倍，其中随着北斗+和+北斗的发展不断深化，由疫情衍生带动的关联产值就高达2284亿元，显示了我国北斗应用与产业化发展融合的生态已经初步形成。

　　此外，近年来北斗创新应用已经深入融合到许多产业的转型升级之中，在汽车、高铁、能源、矿产、邮政、移动通信、交通物流、互联网服务等领域的骨干企业，正在主动“+北斗”发展，成为产业新生力量，从而极大促进了我国卫星导航与位置服务产业的整体发展，行业经济效益的贡献显著提高。北斗海外应用合作及贸易交往也更加频繁，基于北斗的土地确权、精准农业、智慧施工、智慧港口等，已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等地得到成功应用。

　　未来新基建、“一带一路”等国家战略的发展和推进，北斗技术应用和时空服务将更加普及，并将与5G、物联网、大数据等相融合，将更加深刻改变人们的生活，展现出更广阔的应用前景。

编辑：张苇柠