聚焦｜世界卫星导航系统最新应用与趋势特点分析

北斗系统已全面服务交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等行业，融入电力、金融、通信等基础设施，广泛进入大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式，产生显著的经济和社会效益。

支持北斗三号新信号的22nm工艺射频基带一体化芯片，已经进入量产阶段，性能再上新台阶。目前已构建起集芯片、模块、板卡、终端和运营服务为一体的北斗完整产业链，10年来我国卫星导航与位置服务产业总体产值年均增长20%以上，2019年达到3450亿元，2020年有望超4000亿元。

以交通农业领域为例，近700万辆道路营运车辆已经安装使用北斗系统，占运营车辆的96%；基于北斗的农机自动驾驶系统推广应用近4.5万台套，节约50%的用工成本；基于北斗的农机作业监管平台和物联网平台为近40万余台套农机设备提供服务，极大提高了作业管理效率。在2020年抗击新冠肺炎疫情中，北斗高精度服务提供精确标绘，有力支撑武汉火神山、雷神山医院10天建成，基于北斗的无人机、无人车纷纷应用到疫区医疗物资配送，实现智能化、精准化。

北斗系统已在全球超过一半的国家和地区得到应用，向亿级以上用户提供服务，基于北斗的土地确权、精准农业、数字施工、车辆船舶监管、智慧港口解决方案在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲等得到成功应用。

此外，北斗持续推进进入民航、海事、搜救卫星、移动通信、电工委员会等国际组织标准。2020年11月，在国际民航组织导航系统专家组第六次全体会上，北斗三号全球系统189项性能指标技术验证全部通过，标志着北斗三号全球系统进入国际民航组织标准工作的最核心和最主要任务圆满完成；2020年，国际电工委员会发布首个北斗船载接收设备检测国际标准，国际移动通信组织发布首批支持北斗三号B1C信号的5G标准，国际海事无线电技术委员会也将发布完全支持北斗三号所有公开信号的RTCM标准协议。

GPS系统广泛应用在美国交通部、国土安全局、国防部、国家安全维护等方面。

在民用领域，GPS提供L1 C/A、L1C、L2C、L5信号服务，并在门户网站上持续公开发布服务信息，超过95%的设备支持GPS系统。另外，GPS注重星基增强系统的建设和应用，已有超过131000架美国飞机配备WAAS系统。

总体来看，GPS系统通过保持连续可靠服务、鼓励与其他系统互操作、发布和更新保护民用信号及安全使用的系列政策，保持其在GNSS应用领域的领导和优势地位。

GLONASS系统规划了4类不同精度的民用服务，包括5m的基本开放服务、1m的星基增强服务、0.1m的星基精密单点定位服务、0.03m的地面增强服务。

当前，GLONASS已经在俄罗斯得到广泛应用，例如基于GLONASS的联邦汽车运输应急系统（ERA-GLONASS）自2017年起被广泛应用于新的交通设备，大大降低了事故发生率，商业前景广泛；基于GLONASS的货物运输收费系统（PLATON）自2015年开始运行，广泛应用于所有境内高速公路，超过百万辆卡车注册使用，创造了极大的经济价值。

未来，随着精度和服务性能的进一步提升，其应用领域将更为广泛和深入，主要包括海上导航、密集市区内的港口航行、精准建筑施工与工程无人机、精准农业、智能交通、智慧城市、内部水路测绘、海/陆架钻探科技等。

伽利略系统服务多样，目前已提供公开服务、公共特许服务、搜救服务，2020年后，还将逐步增加公开服务信息认证、商业授权服务信息认证、紧急告警、全球20cm精密单点定位服务等，覆盖高安全、高精度、高效信息播发等不同范畴，以满足各类用户多样化需求。

当前，伽利略系统已经应用于各行各业，包括航空航天、航海、无人机、汽车、智能手机等。以大众消费为例，根据其市场调查报告，兼容伽利略系统的智能手机数量将达到15亿部。

搜救服务方面，国际搜救组织于2016年12月宣布伽利略系统具备搜救早期服务能力。目前伽利略系统可提供基于SAR信标远程激活渔船的服务，即如果一艘渔船在一段时间内未与其船队进行通信，此船就会被远程激活，以便获取此渔船的位置。未来，其搜救服务还将进一步升级，具备返向链路功能。

QZSS已经提供与GPS民用信号完全兼容的PNT服务、星基增强服务、亚米级增强服务、厘米级增强服务、灾害与危机管理卫星报告服务（Satellite Report for Disaster and Crisis Management，DC Report）、 星基增强服务、定位技术验证服务（Positioning Technology Verification  Service，PTV）、QZSS安全确认服务（QZSS Safety Confirmation Service，Q-ANPI）共7类服务，广泛应用于日本境内的多个领域，包括汽车自动驾驶、航行自动驾驶、智能农业、无人机、轨道交通管理系统、自动停泊系统、海洋建设、可穿戴运动设备等。

NavIC系统向用户提供民用标准定位服务（SPS）并向授权用户提供限制服务（RS），单频用户可以使用L5或S频段信号，双频用户使用L5和S频段信号。当前兼容NavIC系统的芯片种类较少，主要包括仅接收NavIC信号的芯片和接收NavIC信号和GPS增强信号的芯片。同时NavIC系统已经应用到印度国内授时、时频同步、卫星发射和跟踪网络、国家电网等行业用户。

目前，NavIC系统定位和短消息服务已可以在手机应用程序中使用，支持NavIC的信息接收机可以通过蓝牙连接用户的手机，用户可以在手机上获得使用当地语言的海啸、大浪等预警信息以及政府机构发布的信息。

从世界主要卫星导航系统最新发展情况来看，各卫星导航国家和地区对GNSS系统的重视与日俱增，加速谋划系统能力升级换代，加快部署新技术、新卫星、新服务。系统建设和应用总体呈现以下新的趋势和特点。

各系统更加重视通过增加卫星数量、配置更高性能原子钟、扩展监测站数量和范围、优化改进精密定轨和时间同步算法等方面，不断提升空间信号精度和系统定位精度。同时，逐步提供精密定位服务，如伽利略系统将提供全球20cm高精度服务，GLONASS将提供区域10cm高精度服务，QZSS已在本土和周边提供10cm高精度服务。

完好性服务方面，各系统加快现有星基增强系统升级换代，由单频单星座向双频多星座发展，并注重星地完好性联合监测，更好保障用户安全可靠应用。

• GPS将在新一代卫星上搭载搜救和新设计的核爆探测载荷；

• 伽利略系统未来还将逐渐推出安全认证、告警服务、电离层预测等特色服务；

• GLONASS后续卫星也计划提供搜救服务；

• 日、印系统也将陆续推出新服务、新功能。

如何实现卫星导航系统的集约高效，实现一星多用、一系统多能成为未来各系统挖潜增效、提升国际竞争力的新方向。

弹性是PNT体系的主要特征之一，卫星导航系统作为综合PNT体系的基石，更应该具备弹性特征，以实现系统可靠安全。通过高中低轨混合星座、高速星间链路等手段构建弹性体系，提升系统的安全性和服务可用性。如GEO可实现本土全时覆盖和操控，IGSO可提升区域能力和遮挡环境下的服务可用性，MEO更加注重全球覆盖，LEO可完成导航增强和备份。

GPS虽已有全球监测和操控能力，但还在积极发展基于星间链路的本土操控和自主运行能力；GLONASS也在发展混合星座体系和星间链路；伽利略系统也在积极研究引入低轨，提升复杂环境下服务的稳健性和系统能力的弹性。

目前，北斗全球系统已全面建成，正式迈入全球服务新时代，以崭新的姿态走向世界。世界卫星导航系统的最新进展可以为北斗发展提供重要参考。

随着各卫星导航系统全面服务，全球卫星导航进入新一轮竞技，2035年也将成为下一个重要里程碑。当前，互联网、云计算、大数据、人工智能、低轨星座等技术的迅猛发展，北斗卫星导航与新领域、新业态融合发展的趋势愈加明显。一方面，要充分发挥北斗系统高精度和特色服务优势，加快北斗应用融合发展；另一方面，北斗系统应抓住当前各类新技术蓬勃发展带来的机遇，通过技术融合，大幅提升服务性能和系统安全性。此外，应做好包括新型原子钟、高速星间链路等对系统服务性能提升有关键影响的核心技术和产品研发和储备，进一步提升我国卫星导航领域的全球竞争力。

2035年前，我国还将建成更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，未来，北斗系统应着眼世界卫星导航发展前沿，继续创新发展，为全球用户提供基准统一、覆盖无缝、安全可靠、便捷高效的PNT服务，为未来智能化、无人化发展提供核心支撑。