1引言
北斗卫星导航系统是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，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。其致力于向全球用户提供高质量的定位、导航、授时和短报文通信服务。北斗与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo构成四大全球导航卫星系统。2019年9月23日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第四十七、四十八颗北斗三号导航卫星，北斗三号空间信号体制具备多种优化性能及全球覆盖功能。
北斗卫星定位系统经历了北斗一号系统、北斗二号系统、北斗三号系统3个阶段。目前，最早的北斗一号系统已经放弃使用，正在使用的有北斗二号系统和三号系统。北斗三号卫星定位系统已于2018年开始提供全球服务，相较于北斗二号，北斗三号具有用户使用性能更优异，与其他系统互操作性更强等特点。
2卫星定位技术现状
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）可为地球表面和近地空间的用户提供全天时、大范围、长期连续、实时、高精度的定位、测速和授时服务。全球范围内卫星导航系统包含美国全球
卫星定位系统（GPS）、俄罗斯全球卫星导航系统（GLONASS）、中国北斗全球卫星导航定位系统（BD
S）和正在建设中的欧盟卫星导航定位系统（Galileo）。卫星导航定位系统由空间段、地面段和用户段组成。空间段包括若干轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和检测站等若干地面站，用户端包括用户终端及其他卫星轨道系统兼容的终端。该系统可在全球范围内全天候，全天时为用户提供高精度、高可靠定位，导航，授时服务。除此以外，各系统配备建设各自的地基增强系统和星基增强系统提供差分增强服务。
（1）传统卫星定位技术
卫星定位是利用已知卫星的精确位置坐标和距离确定目标位置的方法，即利用卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）的观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所对应的坐标点位。定位的关键是测定用户接收机天线至卫星之间的距离，可分为伪距测量和载波相位测量两种。在实际定位中，人们可以采用观测量差分的方式消除部分误差以提高定位效果。
目前，导航型多模单频接收机典型室外定位精度为米级，伪距差分定位理想情况下可将定位精度提升至亚米级。高精度型接收机借助RTK技术（实时动态）可分别达到厘米级精度。
GNSS高精度定位技术引领了空间定位技术的变
北斗卫星导航系统在移动通信领域的
研究及发展趋势
邵伦
摘要：卫星导航在国防领域和国民经济领域占据了越来越重要的地位，其所提供的定位、导航和授时等服务已经逐渐为人们熟悉并依赖。随着北斗系统在移动通信领域的建设和发展，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。建设北斗卫星导航系统，对于保障国家安全、促进经济社会的发展、提高我国的国际地位等诸多方面，都具有十分重大和特殊的意义。
关键词：卫星导航；北斗；移动通信
革，开创了以导航卫星为动态参考点的天基无线电导航定位技术的新时代。GNSS采用同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从单点定位扩展到局域与广域差分，从静态扩展到动态，从事后处理扩展到准实时和实时定位与导航，从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，其绝对和相对精度能够达到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓展了GNSS在各行各业中的应用。
（2）A-GNSS定位技术
A-GNSS（Assisted GNSS）即辅助GNSS技术，它可以提高GNSS卫星定位系统的性能。通过移动通信运营A-GNSS可以快速地定位，广泛用于含有GNSS功能的手机上。在卫星定位信号传播条件较差的环境中，例如在一座城市，卫星定位信号可能会被许多不规则的建筑物、墙壁或树木削弱。在这样的条件下，A-GNSS系统可以通过运营商信息来进行快速定位。A-GNSS的基本思想是通过在卫星信号接收效果较好的位置上设置若干参考GNSS接收机，并利用A-GNSS服务器通过与终端的交互获得终端的粗位置，然后通过移动网络将该终端需要的星历和时钟等辅助数据发送给终端，由终端进行GNSS定位测量。测量结束后，终端可自行计算位置结果或者将测量结果发回到A-GNSS服务器，服务器进行计算并将结果发回给终端。北斗A-GNSS定位方案如图1所示，与独立的GNSS技术相比，A-GNSS技术具有定位时间短、耗电量低、灵敏度高、等显著优势。
3应用场景
（1）公共安全
在公共安全领域，应急救援、防盗和人员监控等多种应用场景均需要高精度的位置服务。在事故救援方面，借助位置服务对车辆位置的监控和调度，更加及时的交通事故救援和更加高效的120急救车辆调度都将得以实现，这将极大降低交通事故死亡率。同时，为应对火灾中烟雾对人员视线的遮挡，室内位置服务也可用于实现更加高效的火灾中的人员疏散及救援人员的应急救援调度。通过对矿井内井下人员提
供精确位置服务可以实现突发事件中被困人员的精准救援。近年来，我国火灾、自然性地质灾害等公共安全事故频发，使基于位置服务的室内外定位技术需求不断增加，并在事故紧急救援过程中发挥着越来越重要的作用。
（2）城市交通
在城市交通管理方面，基于车辆位置服务的车流量监控与管理将使得智慧交通成为现实。车流精密监控、红绿灯智能管理和潮汐车道实时调整等多种交通管理方式都需要对车辆的位置进行监管和提前预测。这些技术的实现将从根本上解决城市交通拥堵问题，大大提高城市居民的交通效率。
（3）无人设备
高精度的位置服务将为无人设备提供导航能力。在室外，高精度室外位置服务将使得自动驾驶成为现实。自动驾驶技术将使运输效率得到极大提高，推动社会商业发展。同时，农机自动驾驶和无人农机管理调度等应用也都需要将室外高精度位置服务作为技术支撑，这些应用将提高农业生产效率，减少人力资源的浪费。在室内，高精度室内外无缝位置服务将使得无人车辆在室内停车场自动泊车成为现实。这一应用的实现都将极大地缓解现代城市泊车难的问题。而现如今，飞速发展的无人机、智能机器人等产业也需要室内外无缝定位技术为无人设备提供精确的定位与导航。这些无人设备在未来将走入千家万户，极大地提高人民的日常生活水平。在工业制造方面，通过对工业机器人和原材料的高精度定位可以
实现对物资的提前调配，极大地提高工厂作业效率。
随着定位技术的发展，新型定位技术将能提供定位精度更高、信号覆盖更广的位置服务，这将使位置服务拥有比现在更为广泛的应用场景。基于导航与定位服务的新技术、新服务、新业态层出不穷，如智慧城市、自动驾驶、无人机、
共享单车、定位应用APP等，遍布各
行各业，深刻影响着大众出行和生活质量的提高，对推
进资源共建共享、促进新旧动能持续转换、支撑数字经图1北斗A-GNSS定位方案
济发展具有重要意义。
4北斗高精度定位研究
为实现高精度GNSS定位，当前主要是采用差分GNSS等技术手段。差分GNSS系统基本上可由参考站、数据中心、数据链和用户等部分组成。参考站、数据中心和用户设备之间的连接都依靠数据链，差分GNSS系统的连续性、可靠性也取决于数据链是否畅通、可靠、有效和安全，是否具有高速率、大容量、低误码率的数据传输能力。因此，数据链在差分GNSS系统中起着关键性作用。
差分GNSS系统数据链通信流程可概括为，参考站首先将原始观测数据实时传输至数据中心，然后数据中心实时处理各参考站数据。用户将自身的NMEA-0183数据通过无线网络通信技术发送至数据中心，数据中心根据用户请求生成用户的差分改正信息，并根据无线网络通信技术将差分改正信息发送至用户设备。其数据链通信流程如图2所示。
我国GNSS定位导航技术发展较晚，但伴随我国北斗卫星导航系统的自主研发和成功运行，我国GNSS 定位技术和应用得到质的飞跃，北斗卫星导航标准体系的建设也逐步展开，推进了我国卫星导航标准体
系建设系统化的建立。
卫星导航标准化建设受到国家和国内各行业的一致支持。2003年11月，国家发改委批复了“卫星导航应用系统标准研究制定”专项。2007年7月，国防科工委“卫星导航应用论证平台”标准工作委员会成立，负责专项中卫星导航标准总体研究，并根据“民用产业化”项目的部署组织落实相关标准的具体研制。中国航天标准化研究所对专项中的标准研制工作进行归口。2010年12月，中国航天标准化与产品保证研究院
成立，履行航天标准技术归口、专业支撑、国际合作和产品保证专业技术支撑。
2012年12月27日，国务院新闻办举办新闻发布会，宣布我国北斗导航系统正式提供区域服务，同时公布了北斗系统空间信号接口控制文件（Interface Control Document，ICD）正式版，标志着北斗卫星导航系统开始向我国及绝大部分亚太地区正式提供导航定位服务。
2014年4月，全国北斗卫星导航标准化技术委员会成立，旨在建立并完善北斗卫星导航标准体系，推动标准验证与实施，着力推进基础、共性、急需标准的制（修）订，全面提升卫星导航标准化发展的整体质量和效益。
为实现北斗卫星导航系统高精度定位、导航和授时服务。2014年9月，我国正式启动北斗地基增强系统的建设工程，推进连续运行参考站系统（CORS）“全国一张网”的形成。
系统建设分两个阶段实施，一期为2014—2016年年底，主要完成框架网基准站、区域加强密度网基准站、国家数据综合处理系统，以及国土资源、交通运输、测绘地理信息、中科院、地震、气象等6个行业数据处理中心等的建设任务，建成基本系统，在全国范围提供基本服务；二期为2017—2018年年底，主要完成区域加强密度网基准站补充建设，进一步提升系统服务性能和运行连续性、稳定性、可靠性，具备全面服务的能力。
截至2017年1月，我国已经完成CORS项目一期建设，包括150个框架网基准站和1269个区域加密网基准站。目前，北斗地基增强系统已具备在全国范围内提供实时米级、分米级、厘米级，后处理毫米级高精度定位基本服务能力。经测试评估，广域米级、分米级实时差分定位精度，水平分别小于2m、0.5m，垂直分别小于3m、1m；区域厘米级实时差分定位精度，水平小于5cm，垂直小于10cm；后处理毫米级精密定位精度，水平小于5mm，垂直小于10mm。系统能力达到国外同类系统技术水平。
为解决各CORS网技术要求不同，数据不能共享，部分站建设不规范不统一等问题。国家测绘地理信息局于2005年颁布了测绘行业标准《全球导航卫星系统连续运行参考站建设规范》（CH/T2008-2005）
。在此基图2差分GNSS系统数据链数据流程
础上，国家测绘地理信息局又于2012年发布国家标准《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》（GB/ T28588-2012）和《全球导航卫星系统连续运行基准站网运行维护技术规范》（CH/T2011-2012），分别对基准站网的组成、分类与布设原则以及基准站、数据中心和数据通信网络的建设和技术要求提出了明确的规定和对基准站网的坐标框架维护、数据管理、设施维护、安全管理、应急保障、应用服务、日常运行管理等内容进行了描述和规定。2015年国家标准化委员会征集了基准站相关标准项目
建议书18项，旨在满足国家及区域基准站网各个环节的标准规范需求。2017年，关于北斗地基增强系统的9项北斗专项标准正式通过中国卫星导航系统管理办公室的批准，并于2017年5月9日在北斗公开发布。
综上所述，我国GNSS标准化工作起步较晚，但后来居上，特别是伴随我国北斗导航卫星系统的建设和完善，国内组织展开了大量标准化工作，GNSS标准化建设得以稳步推进，相关标准得以逐步落实，这为我国高精度GNSS在移动通信网中播发体系的标准化建设提供了标准基础和有效参考。此外，我国GNSS标准化建设工作具有创新性、紧迫性、国际性和系统性4个发展特点，而高精度GNSS在移动通信网中播发体系的标准化是其中必要的一部分。其未来发展趋势必将与我国GNSS标准化同步进行，并与其他标准相互补充和促进。此外，随着对高精度定位结果需求的增加，高精度GNSS在移动通信网中播发体系的标准化必将是我国GNSS标准化工作的重中之重。
5北斗产业发展趋势
作为国家重大信息基础设施，北斗系统自2012年底正式提供区域服务以来，系统连续稳定运行，性能指标稳中有升。随着中国北斗卫星导航系统建设步入快车道，相关关键技术全面突破，北斗卫星导航定位在应用方面更是遍地开花，除交通、海事、电力、民政、气象、渔业等传统行业外，面向大众的北斗应用也走向普通民众的生活，共享单车、双频北斗高精度智能手机等落地产品日益丰富。我国已形成包括
基础产品、应用终端、运行服务等较为完整的北斗产业体系，正在从行业应用拓展到大众应用，呈现快速发展的局面。
据预测，到2020年，我国卫星导航产业创新发展格局基本形成，产业应用规模和国际化水平大幅提升，产业规模超过3000亿元，北斗卫星导航系统及其兼容产品在国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用，在大众消费市场逐步推广普及，对国内卫星导航应用市场的贡献率达到60%，重要应用领域达到80%以上，在全球市场具有较强的国际竞争力。
（1）北斗与智能融合发展加快
随着穿戴设备、智能制造以及其他各种智能硬件的兴起，通过与新兴技术融合，“北斗+”概念逐步清晰、物化，涌现出了北斗时空表、北斗魔盒、北斗约车、北斗放牛、北斗菜、货车帮等产业新生态，推动了供给侧结构改革，使得应用从传统走向更智能。此外，华为等国产手机也采用了北斗IP核并投放市场；装有北斗接收芯片的儿童、老人智能手表已投放市场，并在上海、南京等地的养老机构和小学开展应用，北斗系统正在进入中国的千家万户，给人们带来触手可及的应用服务（2）北斗高精度的大众服务逐步显现
北斗地基增强系统建设加速推进，开启了北斗高精度位置服务平台和特应用服务的新阶段。我国现已建成覆盖全国的北斗地基增强框架基准站网，初步完成基本系统研制建设，正在进行广域实时米级和分
米级，以及北京地区厘米级、后处理毫米级定位精度试验。全国范围的高精度位置服务对提升北斗系统服务质量，满足政府、行业和大众对北斗高精度应用需求，对创造差异化服务优势，加速推进北斗卫星导航应用与产业化具有重要意义。
（3）相关法律陆续出台
《卫星导航条例》成为我国首部卫星导航领域的行政法规。北斗相关立法将确立北斗系统作为国家空间信息基础设施的法律地位，进一步规范北斗系统建设、管理和应用，保护北斗基础设施设备和频率资源，保障北斗系统运行安全，推进北斗系统在国民经济各领域的应用和推广，有力促进北斗产业健康快速发展。北斗手机号定位
6我国北斗定位技术发展总结
截至目前，北斗卫星导航系统全球组网发射已进入倒计数，预计2020年北斗将完成全球组网，建成世界一流的北斗三号系统。届时北斗将与其他全球卫星导航系统并肩为全世界提供精度更高、运行更稳定、功能更可靠的定位、导航和授时服务，成为面向全球的重大公共服务空间基础设施，为构建人类命运共同体做出“中国贡献”。
当前各大卫星导航系统的市场竞争日益加剧，为进一步提高智能终端中北斗技术的成熟度，提升北斗
功能的用户体验，增强大众的认同感。我国应以质取信，在民用领域提供完善的北斗公共基础服务，提升手机中北斗导航的定位能力，特别是网络辅助北斗定位的功能，切实提升北斗的行业地位。
（1）必要性
在智能化时代，由于位置信息的基础性和关键性，高精度位置服务成为生活、生产、商业的最关键服务之一。当前以位置服务为基础，出现了滴滴打车、摩拜单车等很多对社会发展和人们生活有着巨大影响的新型智能产业。位置信息已经成为国家信息化产业的重要基础，未来将支撑移动互联网、物联网等重要领域，尤其是3米以内（包括米级，亚米级）定位技术将是车联网、无人机投递、商场车库室内导航、商品导引等未来智能社会新兴产业的关键。
（2）紧迫性
从行业发展来看，高精度定位技术是目前国内外的研究热点，很多著名互联网公司都重点布局高精度定位业务。Google高精度定位服务目前拥有1万多个场所的地图，已经覆盖了包括美英法日在内的10多个国家，在机场、商城、火车站、体育馆、博物馆等公共场所提供室内导航服务。从国内情况看，我国在“十一五”“十二五”和“十三五”都部署了重点研究计划，在无线通信网络定位技术方面取得了突破性的技术进展，定位能力、定位精度达国际领先水平，并在CCSA成立标准特设组。为我国在北斗高精度定位标准研究方面领跑世界奠定了很好的基础，加快北斗国际标准的研究制定迫在眉睫。
（3）问题与挑战
从无线定位技术的现状来看，技术发展仍然面临着巨大的问题和挑战。当前卫星定位技术在一般情况下能够达到10m~20m的定位精度。在比较空旷的环境下，可以增强技术RTK实现厘米级定位；但在室内环境、楼宇密集环境仍然是卫星定位的弱点。为了解决无缝高精度定位问题，人们提出了各种定位技术，目前从定位精度、定位覆盖、成本等各方面来看，E-TBS 共频带定位技术相对已有的标准具有很强的优势。研究北斗与5G融合的定位一体化技术迫在眉睫。
参考文献
[1]陆立军.北斗产业发展新趋势[J].金融世界,2016(6):92-93.
[2]中国通信标准化协会.基于移动网络的高精度定位技术研究(第一阶段)[R].北京：中国通信标准化协会,2019:3-4.
[3]温莉.北斗卫星导航系统在航海保障行业的相关思考[J].电子世界,2019:94-95.
作者简介：
邵伦中国信息通信研究院技术与标准研究所无线信息化研究部工程师
Research on trends of Beidou satellite navigation system in the field of
mobile communication trends
SHAO Lun
Abstract:Satellite navigation has become increasingly important in the field of national defense and national economy, and its services such as positioning,navigation and timing have gradually become familiar and dependent.With the development of Beidou satellite navigation system in the field of mobile communication,the related products have been widely used in transportation,marine fisheries,hydrological monitoring,weather forecasting,surveying and mapping geographic information,forest fire prevention,communication time system,power dispatching,disaster relief and disaster reduction,The areas of emergency search and rescue have gradually penetrated into all aspects of human society production and people’s lives,injecting new vitality into global economic and social development.The construction of Beidou satellite navigation system has great and special significance for safeguarding national security,promoting economic and social development,and improving China’s international status.
Key words:satellite navigation;Beidou;mobile communication（收稿日期：2019-10-10）