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特色功能成就特色北斗

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北斗全球卫星导航系统(简称“北斗三号”)功能强大,不仅可以提供基本定位、导航和定时(PNT)服务,还具备六大特色功能。西安测绘研究所杨元喜研究员课题组联合北京卫星导航中心刘利等人在Science Bulletin 2021年第20期以封面文章形式发表题为“Featured services and performance of BDS-3”(北斗三号特色服务及其性能评估)论文。详细介绍了北斗三号的

北斗全球卫星导航系统(简称“北斗三号”)功能强大,不仅可以提供基本定位、导航和定时(PNT)服务,还具备六大特色功能。西安测绘研究所杨元喜研究员课题组联合北京卫星导航中心刘利等人在Science Bulletin 2021年第20期以封面文章形式发表题为“Featured services and performance of BDS-3”(北斗三号特色服务及其性能评估)论文。详细介绍了北斗三号的特色功能与服务,并利用最新数据对各项服务的性能进行了分析评估,为用户更好地应用北斗提供参考。

北斗特色功能划分为基于GEO卫星的特色服务和基于MEO卫星的特色服务。其中,基于GEO卫星的特色服务包括区域短报文服务(RSMCS)、无线电测定位服务(RDSS)、星基精密单点定位服务(B2b-PPP)和北斗星基增强服务(BDSBAS);基于MEO卫星的特色服务包括全球短报文服务(GSMCS)和国际搜救服务(MEOSAR)。

 1

北斗三号基本服务性能

导航卫星轨道和钟差产品精度是决定卫星导航系统PNT服务精度的重要因素。针对北斗三号系统仅依靠中国境内跟踪站测定轨精度低的问题,创新利用星间链路技术,显著提高了北斗三号卫星轨道确定精度和时间同步精度。计算结果表明,星间链路与区域地面跟踪站联合测定的北斗卫星轨道精度可达25.1 cm(相对于仅用境内地面跟踪站测定轨精度提升约为56%)。此外,北斗三号搭载了自主研发的高性能原子钟,氢原子钟和铷原子钟稳定性分别可达5.8×1015 和1×1014/d,处于国际先进水平。
在高精度轨道和钟差产品的支持下,北斗三号全球单频定位精度在水平方向约为3 m,高程方向约为5 m,优于服务性能指标(水平方向优于10 m,高程方向优于10 m)要求。

 2

基于GEO卫星的特色服务

北斗三号GEO卫星可向亚太区域用户提供无线电测定位服务、区域短报文服务、星基增强服务和星基精密单点定位服务。

 

无线电测定位服务与基本定位服务(RNSS)不同,属于有源定位,具有响应速度快的优点,适用于群组用户间的位置交互,三维定位精度约为15 m。

区域短报文服务可实现东经50°至160°,北纬0°至60°范围内用户间的通信。区域短报文服务可分为点播、组播和通播三种模式,用户可根据通信需求进行选择。单次报文容量约为1000个汉字(14000比特),实测通信成功率优于97.7%。

无线电测定位服务与区域短报文服务模式图 

北斗星基增强服务向中国及周边地区用户提供导航增强和完好性信息,可将单频标准定位服务精度提升至3 m,在民航飞行安全和精密进近等领域具有重要应用。
星基精密单点定位服务通过GEO卫星B2b频点向用户播发精密星历,用户无需接入互联网即可进行高精度定位,解决了海洋、沙漠等无网络覆盖地区难以开展高精度测绘的难题。试验结果表明,定位精度可在30分钟内收敛至厘米级。

 3

基于MEO卫星的特色服务

MEO卫星可向全球用户提供短报文服务和国际搜救服务。
全球短报文服务单次通信长度约为40个汉字,成功率优于95%。

IGSOMEO卫星功能

北斗提供的国际搜救服务性能符合国际海事组织相关标准要求,且特别设计了反向链路以向呼救者确认求救信息。自该服务运行以来,落地搜救成功率优于99%。作者团队认为,若将国际搜救功能与北斗的标准定位和短报文服务相结合,搜救精度可提升至米级,可显著提升搜救效率。

相较于GPS、GLONASS和Galileo,北斗三号的PNT服务性能达到GNSS的先进水平,六大特色功能更是实现了GNSS服务能力的超越,可望在激烈的国际竞争中为北斗赢得更广阔的应用市场。

来源中国科学杂志社

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