在中国测绘学会2018年会暨第八届测绘地理信息装备博览会期间，由中国测绘学会主办，南方测绘集团承办的高端技术论坛《测绘新业态与新模式》召开。北斗导航系统副总设计师、中科院院士杨元喜带来精彩报告《北斗卫星导航系统新设计与可能的产业发展》，全面介绍了北斗全球卫星导航系统（BDS-3）建设需求和发展进度，分析了它的特色设计与可能的产业。以下为演讲实录，未与演讲者本人核实。

北斗系统是国家PNT的核心基础设施，是国家其他重要基础设施（比如高铁、金融、民航等）的基础设施。所有这些基础设施都依赖于导航定位系统PNT。

国家重要基础设施，不要指望依赖西方已经成熟的各种PNT供应体系。依赖就必须顺从，依赖就必须受控制，依赖就必须交学费，依赖就必须看脸色，甚至一个西方国际大公司派一个人坐这监督，说不给芯片就不给，试图依赖是很危险的。

自主建设的北斗卫星导航系统，不应该照搬西方的GPS系统，也不太可能去这样做。后发的北斗系统能用的资源不多，GPS导航的关键频率黄金频率发出来差不多，频率资源极其有限。再有，卫星导航的重要科技检测是受控的，这就要求我们不得不去创新，我们需要创新。同样，后发的北斗系统也必须有自己特色的功能和设计。如果系统没有特色的功能，很难有很好地利用。所以我说的特色，要立异，同样要标新，标新立异必须围绕着应用，围绕用户，围绕产业，否则北斗系统就不可能有市场地位。

2018年，是中国北斗定位导航系统的关键一年，如果能完成今年的任务，后面的任务就不会太困难，系统要满足“一带一路”的基本应用。有了北斗BDS-1和BDS-2的基础，对于我们来说，整个BD—3相对容易，但是也有很大的困难，我们要有新的设计。2015年，北斗全球卫星导航系统试验系统，为了让BDS-3建设得更完美，性能更可靠，发射了实验卫星，3颗MEO。试验了四个频率，包括B、B2、B3和Bs频率，增加了Ka星间链路，为了实现自主导航。如果不能实现自主导航，至少增强我们全球的定位能力。搭载了新的星载氢钟，现在是新一代的高性能运控，这次在BDS-3当中，各类设计做了各种测试。

在BDS-3试验当中，试验了4个频段，和BDS-2相比，BDS-2 B1、B3和B2，BDS-3 B2b 、B2a+b 和B2a。再看看这个频率和GPS、Galileo，以及QZQQ和INSS有多少信号是重叠。重叠有害处，有可能互相干扰。但是也有好处，可以互用，还有一个好处，重叠信号增多，B2频率肯定要赶上Galileo E5的频率，这就是重叠的问题。

BDS-3试验性能有比较大的改进，星载铷原子钟天稳定度为E-14量级，现在高一个量级，BDS-2大概是E-13。星间和星地，以及站间时间同步能达到0.14ns。卫星钟2个小时预报精度约为0.4ns，比BDS-2要好很多。授时精度为10ns。星间/星地链路观测数据组合定轨，在精度方面，能提高63.1%，轨道预报精度是75%左右，这个是有星间链路的支撑。

星间、星地联合预报精度，IGSO由0.4ns通过测试，达到0.3ns的记录，原轨道卫星，从0.1ns，提高到0.5个ns，大概提高了54%。我说一个状态的比较，BDS-3和BDS-2做一个全面的多路径、卫星的伪距径误对比我们会发现，在相同的频段，BDS-3的B1I和B3I，这是我们的一个设施，没有显著的与高度角相关的误差，把BDS-2的B1l和B3l作比较我们会发现，BDS-3所有的信号随着卫星高度角的变化，没有显著的变化，而BDS-2有显著的变化。更重要的是，多路径误差在BDS-2中是明显的，在BDS-3基本上没有多路径误效应。B2a+b目前的性能，比目前的B1C要好很多。

北斗卫星导航系统，在基本设计方面，未来有30颗卫星，3个GEO，3个IGSO和24个MEO。目前在轨的卫星有14颗，2018年将有18颗MEO卫星。增加新载荷，搜救SAR载荷，增加了空间环境探测装置，有干扰定位检测，有电离层成像设备，相控阵Ka星间链路，同样还有激光星间链路。

欧盟、美国人甚至是俄罗斯人都在说，你们北斗卫星导航系统和我们系统有差异，我反复跟他们强调，北斗卫星导航系统和你们一点差都没有。这个差是轨道跟踪系统误差造成的，我们实际是溯源UTC，目前是BDT理论上进行溯源，和国际UTC溯源，时间差是经过测量的，赤道上最大的误差是1毫米，一般测量工作者基本不需要注意，搞轨道研究的科研工作者稍微注意。

BDS-3的基本任务，这两个进行区分，前面颜色是BDS-3有的后面的红色的，是BDS-3的新设计。

关于RSMCS的定律，PNT和国际上是一致的，我们有星基增强，BDSBAS，国际上没有，国际上增强是独立的，我们的增强是嵌入北斗系统的。但是BDS-3即使同样这样做，它的设计规格是不一样的，BDS-3的设计和国际民航组织标准不一致。原来很强势，中国就这么做，他们在讲，我觉得脸红，不是因为国大人多就厉害，没用，国际民航说，你能把国际民航的系统给换了吗？你们中国缺钱吗？我们制定一个标准，按照你们北斗系统标准我要花十年时间制定一个准，中国不需要，中国可能两三个人花半年时间就制作出来了，西方严厉，他说这个钱是你们出吗？所以说，别指望整个都按照中国的标准。区域短报文系统，BDS-2有，BDS-3也有，但是功能有了极大的拓展。我们有全球短报文，这个是BDS-3特有的，北斗的精密单点定位PPP。另外国际节圆SAR，加了关键探测，这个是性能检测。

信号方面，B1I、B3I、B1C、B2a、B2b都是可以服务和定位的；星基增强是B1C、B2a暂定的，3个GEO提供服务；区域短报文目前是RSMCS，是L频率和S频率，一个上传一个下传，3个GEO；全球短报文，是L上传，B2b下传；国际搜救大概406MHz和1544.21MHz，6个MEO来完成这个任务；精密单点定位是B2b通路卫星，3个GEO，这个是BDS-3的基本服务。

我们最简星座是有星间链路支撑的简星座轨道系统精度，径向轨道是0.1到0.3米，切向0.5到1米，法向0.4到1.5米。但是，用户不会有获得感，我特别强调，用户没有获得感。BDS-3最简系统广播钟差大概是1-2ns，1ns大概是0.3米，1-2ns大概是到0.6米左右，这个记录是可喜的。个别时段个别卫星的星钟存在较大扰动。

我们的空间信号精度目前在境内是0.3到0.65米，表面上与GPS相当，一不留神，你们干到20年，我们干到几天就跟它水平差不多。可以这么说，但是没有这个底气，为什么？要让全球用户有获得感，说SISRE和我们差不多，那才是厉害，现在我们是自己这么说。在中国境内，我们可以这么说，因为在中国境内有这个精度。SISRE表面上与GPS相当，但GPS是求平均精度，达到了0.5米，我们是中国的精度，0.3到0.5米。

如果用iGMAS监测，我们径向精度是0.4米，钟差约0.7米；再看SISRE记录约1米。DBS-3卫星服务性能，用3颗GEO和IGSO卫星，最佳观测几何位置在经度70°到150°，纬度-75°-75°之间，可以看到11-13颗卫星。BDS-3的PDOP是1.3-2.7，HDOP是0.7-1.5，VDOP是1.1-2.4。大家想想，如果你的用户PDOP是1.1米，HDOP达到1.5米，那么VDOP就可以达到2.4米，但是目前达不到，所以说用户的体验感并不太好。

自主定轨反应空间坐标基准和时间基准，同样反应视角误差。那么又可以定位在覆盖范围内的定位反演的坐标系统。中国的北斗目前仅限本土范围，在全球我们不能承诺有很好的跟踪精度。

我们地面运控系统本身是脆弱的，一旦失去地面跟踪和星历注入，精密度将会下降。所以说BDS-3设计了星间链路，包括Ka和链路，一方面提高空间基准和时间基准，同样，也可以为自主定轨打下坚实的基础。

在定轨方面，我们也制作了一个方法，星间链路定轨类似于无已知点的导线网平差，顾及轨道先验模型是传递基准的合理选择之一。考虑轨道先验参数向量，则具有先验信息的轨道改正。可以看到，用72个小时ISL的数据和iGMAS数据做的试验，把全球定轨的轨道定在10M，现在做的是10M，现在的精度，链度I1S-M1S、I1S-M2S、I2S-M1S和M1S-M2S做一个跟踪，轨道测定是四个卫星，I1S、I2S、M1S和M2S。结果是这样，在下边的表格里，用4个链路，轨道精度好于2M，而且轨道的径向精度好于0.6M，切向好于1.2M，法向精度好于2.1M。

由轨道残差计算的四条链路的误差小于0.005M，残差中有显著的系统误差的。而且先验轨道是可以控制的，我准备在下一次给大家汇报这个工作。目前先验轨道方面，很多工作还在完善。

我们有一个基本的认识，异轨道星间链路好于同轨道面的，但是同轨道始终是跟踪，始终跟踪可以减少卫星检测，现在还没有研究，定轨结构是这样，重复弧段轨道位置差计算的RMS，RS是1亩，GS是0.5米，RS+1SL是0.5米，什么概念？就是用中国的局部跟踪+星间链路就可以实现可全球跟踪，所以说，总有那么一天，我们中国的北斗卫星导航系统在全球不会发现明显的轨道系统误差。同样BDS-3卫星轨道预报24小时后的精度，也有很好的结果，RS在2米，轨道也是2米，想达到全球化不可能。RS+1SL是0.73米，全球，那么预报24小时内达到0.73米，能提高64%。

BDS-3目前的信号设计，B2a+b，B2a和B2b，写了两种设计，如果两个分开用，就是QPSK，如果把B2a+b会好一点，这个是信号调节的模式，这个是目前各个信号所调节的模式情况。信号调制模式具有自主知识产权。

北斗3运控系统有比较多的变化，尤其是我们实现了云平台，前几年云平台不是现在的云平台，我们的运控系统有不少的新设计。 报文通信设计，这个是中国特有的设计，北斗区域总报文、全球总报文。相对BDS-2，BDS-3的区域总报文容量提高10倍，用户的发射功率降低至1/10，支持手机应用。全球短报文是由14颗MEO提供服务。

北斗的短报文可能会有广泛的应用，短报文可以支持民营系统的服务，包括导航，气象探测、汽车租赁以及参与其他全球无人机等设备的能力。

这是一个简单的数据，发生危险发到北斗卫星上，北斗到地面站，再到海面救援中心，那么救援中心会发现离你最近的哪些船只就可以定位，直接搜救。满足国际的基本标准，所有功能我们都具备，我们有4个云轨道卫星，4个轨道面自动收集BDS SAR服务。但是我们有反向链路，反向链路是干什么？可以给我们的搜救还有用户提供极大的帮助，不需要那么紧张，不需要不停的发信号，不知道北斗收到了没有，等你把信号发完了都没电了，救援队到了，却找不到你在哪，没电了。现在发一次，只要我们收到就告诉你我们收到，多久时间救援可以到，这样对于被搜救者来说，情绪会稳定。

同样，星间的Ka链路和激光链路，增大了数据传输功能，也增加了搜救的效率，一星通，星星通。

BDS-3的PPP服务，区域报文可以通过同步卫星把正常的信息，通过总报文发布给用户。例如中国境内的监测站生成高精度轨道和卫星钟差产品，服务于中国及周边。

BDS-3星基增强，增强B1C和B2a，未来会增强四个系统。同样，我们有星间链路与自主导航，有Ka有激光链路，将来有可能做的是径外精度保持，时间的同步，自主的导航，以及可确保地面连通性，为我们搜救，全球搜救，全球总报文都提供极大的支撑。

新业态方面已经讲好了，精确管理，小蓝车目前使用PNT，摩拜也应用了北斗的系统，精确农业、房地产的管理、高压电站的维护以及故障的监测，都可以用到北斗的短报文自动检测功能。

BDS-3是在BDS-1、BDS-2基础上发展起来的，发展是迅速的。北斗三号性能明显优于北斗二号系统，多径效应有明显减弱，星间支撑未来的全功能的发展，所以产业界可以围绕这些功能去挖掘应用。

北斗卫星导航系统作为国家PNT基础设施，已经在国防、交通发挥很好的作用，BDS-3的新的设计，具有广阔的应用需求，同样也有广阔的研究空间。没有创新的设计就没有特色的北斗系统，没有创新的载荷就没有自主可控的北斗系统，同样没有特色的北斗系统就不会有北斗的特色应用，也不会有北斗的市场。所以所有的特色设计一定要方便应用，不要太任性，为了要和别人不一样而和别人不一样，这是荒唐的。给大家举一个很荒唐的例子，你喝水你能说大家都这么说，我在底部打一个洞喝，当然是创新，这种创新只是立异，不叫创新，没用；所以我们认为，创新一定要强调应用。

北斗的创新设计已经发挥了重要作用，提升了北斗的国际地位。但是很多创新设计和新的载荷还没有发挥出应有的作用，比如说我们的卫星环境探测载荷目前还没有看到相应的成果；卫星的星间链路，以及新的运控体系还没有搞出效应，北斗系统的创新还必须配合应用创新，所以北斗应用不仅需要芯片。我们国家有太多的芯片公司，不知道将来市场是怎么样，往哪卖？卖给谁？而且芯片利润是很低的。北斗不仅要板卡，不仅要终端，更需要有创新的应用思维，所以从事北斗应用开发的公司以及各位同事，如何保持我们的公司可持续发展，不仅靠政府支柱，不仅去搞房地产。保持可持续，是需要我们动脑筋的！