據《新華每日電訊》報導，10月14日，中國信息通信研究院發布北鬥高精度定位服務平臺（北鬥定位2.0版），可將民用手機的定位精度提高到1.2米。這意味著我們在駕駛車輛行進時，手機「導航」就能告訴我們是在主路還是在輔路。近期，華為發布的新款手機就實現了亞米級北鬥導航定位，可進一步分清我們車輛行駛在主路或輔路的哪個車道。
那麼，北鬥系統是如何實現這一高精度定位服務的呢？這是許多讀者和用戶關心的問題。今天，就讓我們一起走進北京衛星導航中心一探究竟。
天地一體的團結協作
記者：大家知道，北鬥系統有很多分系統和設備，它是如何向用戶提供定位服務的呢？
劉勇：北鬥定位服務需要北鬥衛星、地面控制中心、用戶接收機相互協作實現。首先，北鬥衛星發射信號告訴用戶衛星當前的位置和時間，用戶接收到4顆以上衛星信號後，可同步獲得從用戶到衛星的距離信息。基於距離信息、衛星的位置和時間信息，就能計算出用戶自身的位置。這就是北鬥基本的定位過程，用戶一般可實現米級的定位精度。
這一過程看似簡單，卻離不開天上幾十顆北鬥衛星、地面上萬臺（套）設備連續精確的配合。同時，需要採用世界上「最準的節拍器」——時間統一系統。時間統一系統首先通過高精度的原子鐘組，實現時間的精準維持，可以做到300萬年不差一秒。然後，通過多種手段向北鬥系統上萬臺（套）設備發送「對表」指令，確保測量通信、數據處理、規劃控制等分系統和設備的時間，同步精度控制在千萬分之五秒以內，為北鬥系統提供服務奠定基礎。
時間統一系統一般不出問題，可一旦出問題就是大問題。2018年7月，歐盟伽利略系統因為時間統一系統故障，導致系統「停擺」長達117小時。這些年來，我國通過不斷增加守時鐘組規模、改進守時算法和授時技術，以提升時間統一能力。
除了系統運行服務，北鬥系統建設更需要上萬人的團結協作。在北鬥三號系統建設過程中，我們除了支撐3年30顆衛星的聯調聯試之外，還緊鑼密鼓地推進地面設施建設。通過合理籌劃、共同努力，地面站點建設提前半年高質量完成，順利投入使用，保證了北鬥三號系統的正常開通。
精益求精的自主創新
記者：您經歷了兩代北鬥系統的建設和發展，可以說親歷了北鬥系統服務性能提升發展的過程，重點區域定位精度大幅提升，還具備了分米級定位服務能力，請您談談這是靠什麼實現的？
劉勇：這主要靠我們北鬥地面控制中心團隊在技術上堅持精益求精、二十多年如一日的自主創新。
地面控制中心是北鬥系統運行和服務的核心樞紐，調度著分布在全國的地面站網，管控著整個北鬥衛星網絡，因而又被稱為北鬥的「最強大腦」。地面控制中心的主要職能，可以概括為測、算、注、傳。首先匯總融合地面站網的海量數據，利用幾百臺處理器計算北鬥衛星的精確位置、星載原子鐘鐘差及其誤差的改正信息，然後按照計劃，按時把相關信息上注衛星後傳送給廣大用戶。
北鬥定位精度實現提升的關鍵在於，我們算的能力和手段的不斷提升。這其中，衛星定軌和衛星鐘差測定技術比較典型。
北鬥系統在世界上率先採用混合星座布局。星座由地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成。測定不同種類衛星在太空中的位置，又稱為衛星定軌，難度極大。北鬥系統採用獨創的多星聯合定軌策略，不斷精化定軌模型，設計了巧妙的星曆誤差改正計算方法，將定軌精度提升了10倍，可以計算出遠在36000公裡和21000公裡外衛星的位置，不差幾分米。同時，創新採用先進的軌道預報方法，可以準確預報幾個小時後北鬥衛星的位置。即便衛星失聯幾十天，也能準確預測衛星的位置。
北鬥系統建設早期，星載原子鐘不能滿足高精度定位需求。在衛星性能無法提高的情況下，地面控制中心創新採用多種技術手段，實現了地面「強星」：首先，採用雙向時頻傳遞技術測定鐘差，即讓衛星和地面站之間先後發信號，通過相同的傳播路徑剝離信號傳播時延的影響，實現高精度衛星鐘差測定。其次，建立準確的星載原子鐘在軌評估模型，優化預報方法，實現更為精準的鐘差預測。
此外，通過進一步創新電離層延遲、硬體時延等誤差的計算和應用技術，北鬥系統重點區域的定位服務能力從北鬥一號的20米提升到目前的5米，達到與GPS相當的水平。基於北鬥系統的分米級星基增強服務，可以實現車道級的導航定位。市場上出現的基於北鬥系統的商用高精度定位服務，與我們的分米級星基增強服務模式不同，但也受惠於北鬥系統定位能力的提升。
穩如泰山的運行管理
記者：剛剛提到了國外衛星導航系統的服務中斷現象，我們理解，系統穩定運行是高精度定位的前提，否則一切服務都無從談起。那麼，北鬥系統在這方面是怎麼做的呢？
劉勇：北鬥系統作為國家重要的基礎設施，是經濟社會命脈的重要支撐，一分一秒都不能停。如果中斷一天，就可能造成上百億元的經濟損失，喪失掉用戶的信任。搞好衛星導航系統的運行管理，有三點最重要：
第一個是責任心要強。北鬥系統開通以後，需要24小時晝夜「守護」，隨時處置各類突發情況。我們的運維人員為了應對系統運行中出現的突發情況，自發整理彙編了數百套應急處置方案，每年預先解決了上千個故障隱患，確保系統穩定服務。
第二個是隊伍能力要強。目前，中心碩士以上人員佔比達60%以上，通過我們內部的創新激勵機制，自主創新不斷湧現，這是中心整體業務能力始終蓬勃向上發展的保證。
第三個是規章制度要嚴。北鬥系統運行牽涉面廣，地面控制中心建立了嚴格的運行管理制度，用制度約束人、用管理保精穩。作為中心工作的生命線和底線，北鬥系統建成服務至今6000多天，像泰山一樣穩定可靠，從未出現過服務中斷現象。
開放包容的服務理念
記者：北鬥三號系統開通服務後，在進一步提升系統服務能力上有什麼打算？
劉勇：北鬥三號系統正式開通後，向縱深推廣北鬥系統應用、確保系統高標準穩定運行是我們重中之重要做好的兩項工作：
一方面，是加快北鬥特色應用推廣，特別是做好高精度定位服務。北鬥系統目前的星基增強和精密單點定位服務，可為中國及周邊地區提供動態分米級、靜態釐米級的高精度定位服務，滿足自動駕駛、國土測繪、精準農業等領域用戶高精度服務需求。在應用模式上，我們歡迎北鬥應用與各行業應用的深度融合，推進「北鬥+」和「+北鬥」的各類創新應用。
另一方面，是加強北鬥系統穩定運行。持續強化系統運行管理能力，優化完善各項規章制度，不斷提升系統的智能化運維程度，吸取國外衛星導航系統運行管理的經驗教訓，確保系統更加精穩、更加可靠。
來源：解放軍報 作者張晶宇 楊思佳 史青霞 本報記者 安普忠