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北斗三号星座由3颗地球静止轨道卫星、3颗倾斜地球同步轨道卫星和24颗中圆地球轨道卫星组成 。
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地面运控系统将星历、钟差等信息上注北斗卫星 ， 卫星发射导航信号并传递相关信息 ， 用户终端接收可见的卫星信号和信息后进行解算 ， 便能实现导航定位 。
据《新华每日电讯》报道 ， 10月14日 ， 中国信息通信研究院发布北斗高精度定位服务平台（北斗定位2.0版） ， 可将民用手机的定位精度提高到1.2米 。 这意味着我们在驾驶车辆行进时 ， 手机“导航”就能告诉我们是在主路还是在辅路 。 近期 ， 华为发布的新款手机就实现了亚米级北斗导航定位 ， 可进一步分清我们车辆行驶在主路或辅路的哪个车道 。
那么 ， 北斗系统是如何实现这一高精度定位服务的呢？这是许多读者和用户关心的问题 。 今天 ， 就让我们一起走进北京卫星导航中心一探究竟 。
天地一体的团结协作
采访人员：大家知道 ， 北斗系统有很多分系统和设备 ， 它是如何向用户提供定位服务的呢？
刘勇：北斗定位服务需要北斗卫星、地面控制中心、用户接收机相互协作实现 。 首先 ， 北斗卫星发射信号告诉用户卫星当前的位置和时间 ， 用户接收到4颗以上卫星信号后 ， 可同步获得从用户到卫星的距离信息 。 基于距离信息、卫星的位置和时间信息 ， 就能计算出用户自身的位置 。 这就是北斗基本的定位过程 ， 用户一般可实现米级的定位精度 。
这一过程看似简单 ， 却离不开天上几十颗北斗卫星、地面上万台（套）设备连续精确的配合 。 同时 ， 需要采用世界上“最准的节拍器”——时间统一系统 。 时间统一系统首先通过高精度的原子钟组 ， 实现时间的精准维持 ， 可以做到300万年不差一秒 。 然后 ， 通过多种手段向北斗系统上万台（套）设备发送“对表”指令 ， 确保测量通信、数据处理、规划控制等分系统和设备的时间 ， 同步精度控制在千万分之五秒以内 ， 为北斗系统提供服务奠定基础 。
时间统一系统一般不出问题 ， 可一旦出问题就是大问题 。 2018年7月 ， 欧盟伽利略系统因为时间统一系统故障 ， 导致系统“停摆”长达117小时 。 这些年来 ， 我国通过不断增加守时钟组规模、改进守时算法和授时技术 ， 以提升时间统一能力 。
除了系统运行服务 ， 北斗系统建设更需要上万人的团结协作 。 在北斗三号系统建设过程中 ， 我们除了支撑3年30颗卫星的联调联试之外 ， 还紧锣密鼓地推进地面设施建设 。 通过合理筹划、共同努力 ， 地面站点建设提前半年高质量完成 ， 顺利投入使用 ， 保证了北斗三号系统的正常开通 。
精益求精的自主创新
采访人员：您经历了两代北斗系统的建设和发展 ， 可以说亲历了北斗系统服务性能提升发展的过程 ， 重点区域定位精度大幅提升 ， 还具备了分米级定位服务能力 ， 请您谈谈这是靠什么实现的？
刘勇：这主要靠我们北斗地面控制中心团队在技术上坚持精益求精、二十多年如一日的自主创新 。
地面控制中心是北斗系统运行和服务的核心枢纽 ， 调度着分布在全国的地面站网 ， 管控着整个北斗卫星网络 ， 因而又被称为北斗的“最强大脑” 。 地面控制中心的主要职能 ， 可以概括为测、算、注、传 。 首先汇总融合地面站网的海量数据 ， 利用几百台处理器计算北斗卫星的精确位置、星载原子钟钟差及其误差的改正信息 ， 然后按照计划 ， 按时把相关信息上注卫星后传送给广大用户 。
北斗定位精度实现提升的关键在于 ， 我们算的能力和手段的不断提升 。 这其中 ， 卫星定轨和卫星钟差测定技术比较典型 。
北斗系统在世界上率先采用混合星座布局 。 星座由地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成 。 测定不同种类卫星在太空中的位置 ， 又称为卫星定轨 ， 难度极大 。 北斗系统采用独创的多星联合定轨策略 ， 不断精化定轨模型 ， 设计了巧妙的星历误差改正计算方法 ， 将定轨精度提升了10倍 ， 可以计算出远在36000公里和21000公里外卫星的位置 ， 不差几分米 。 同时 ， 创新采用先进的轨道预报方法 ， 可以准确预报几个小时后北斗卫星的位置 。 即便卫星失联几十天 ， 也能准确预测卫星的位置 。
北斗系统建设早期 ， 星载原子钟不能满足高精度定位需求 。 在卫星性能无法提高的情况下 ， 地面控制中心创新采用多种技术手段 ， 实现了地面“强星”：首先 ， 采用双向时频传递技术测定钟差 ， 即让卫星和地面站之间先后发信号 ， 通过相同的传播路径剥离信号传播时延的影响 ， 实现高精度卫星钟差测定 。 其次 ， 建立准确的星载原子钟在轨评估模型 ， 优化预报方法 ， 实现更为精准的钟差预测 。
此外 ， 通过进一步创新电离层延迟、硬件时延等误差的计算和应用技术 ， 北斗系统重点区域的定位服务能力从北斗一号的20米提升到目前的5米 ， 达到与GPS相当的水平 。 基于北斗系统的分米级星基增强服务 ， 可以实现车道级的导航定位 。 市场上出现的基于北斗系统的商用高精度定位服务 ， 与我们的分米级星基增强服务模式不同 ， 但也受惠于北斗系统定位能力的提升 。
稳如泰山的运行管理
采访人员：刚刚提到了国外卫星导航系统的服务中断现象 ， 我们理解 ， 系统稳定运行是高精度定位的前提 ， 否则一切服务都无从谈起 。 那么 ， 北斗系统在这方面是怎么做的呢？
刘勇：北斗系统作为国家重要的基础设施 ， 是经济社会命脉的重要支撑 ， 一分一秒都不能停 。 如果中断一天 ， 就可能造成上百亿元的经济损失 ， 丧失掉用户的信任 。 搞好卫星导航系统的运行管理 ， 有三点最重要：
第一个是责任心要强 。 北斗系统开通以后 ， 需要24小时昼夜“守护” ， 随时处置各类突发情况 。 我们的运维人员为了应对系统运行中出现的突发情况 ， 自发整理汇编了数百套应急处置方案 ， 每年预先解决了上千个故障隐患 ， 确保系统稳定服务 。
第二个是队伍能力要强 。 目前 ， 中心硕士以上人员占比达60%以上 ， 通过我们内部的创新激励机制 ， 自主创新不断涌现 ， 这是中心整体业务能力始终蓬勃向上发展的保证 。
第三个是规章制度要严 。 北斗系统运行牵涉面广 ， 地面控制中心建立了严格的运行管理制度 ， 用制度约束人、用管理保精稳 。 作为中心工作的生命线和底线 ， 北斗系统建成服务至今6000多天 ， 像泰山一样稳定可靠 ， 从未出现过服务中断现象 。
开放包容的服务理念
采访人员：北斗三号系统开通服务后 ， 在进一步提升系统服务能力上有什么打算？
刘勇：北斗三号系统正式开通后 ， 向纵深推广北斗系统应用、确保系统高标准稳定运行是我们重中之重要做好的两项工作：
一方面 ， 是加快北斗特色应用推广 ， 特别是做好高精度定位服务 。 北斗系统目前的星基增强和精密单点定位服务 ， 可为中国及周边地区提供动态分米级、静态厘米级的高精度定位服务 ， 满足自动驾驶、国土测绘、精准农业等领域用户高精度服务需求 。 在应用模式上 ， 我们欢迎北斗应用与各行业应用的深度融合 ， 推进“北斗+”和“+北斗”的各类创新应用 。
【服务|北斗系统高精度定位服务的秘诀】另一方面 ， 是加强北斗系统稳定运行 。 持续强化系统运行管理能力 ， 优化完善各项规章制度 ， 不断提升系统的智能化运维程度 ， 吸取国外卫星导航系统运行管理的经验教训 ， 确保系统更加精稳、更加可靠 。
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