北斗性能提升与广域分米星基增强技术及应用

北斗性能提升与广域分米星基增强技术及应用提名者：中国测绘学会提名意见：“北斗性能提升与广域分米星基增强技术及应用”项目是由北京卫星导航中心联合中国科学院上海天文台、北京航天航空大学、上海司南卫星导航技术股份有限公司、上海华测导航技术股份有限公司、泰斗微电子科技有限公司、北京神州天鸿科技有限公司共同完成。

该项目组织了国内北斗卫星导航系统的总体单位、建设单位、终端生产和应用单位，经过了由科研到关键技术攻关最终到工程应用转化的过程。

项目突破了北斗卫星导航系统实时分米级服务的技术瓶颈，提出了北斗卫星导航系统“基本导航、广域增强、精密定位”集成一体的体系架构、成套理论方法，研制了“北斗性能提升与星基广域增强系统”，实现了北斗系统性能大幅提升，使北斗系统具备了国际先进的分米级空间信号精度。

研制了从SoC 芯片、板卡到应用终端的系列北斗高精度装备，广泛应用于国家安全、国民经济建设、民生服务等领域，并推广至“一带一路”国家，直接经济效益逾33亿元，军事和社会效益巨大项目成果对提升北斗系统国际竞争力、规模化产业应用做出了重大贡献。

同意提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介北斗卫星导航系统是国家重大战略基础设施和军民融合系统，是服务我国“一带一路”战略的国家名片。

为提升北斗系统国际竞争力、满足泛在高精度定位需求、支撑国家战略新兴产业转型，在国家863计划、第二代卫星导航系统重大专项、国家自然科学基金、总部计划等项目支持下，针对异质导航业务一体化融合、广域实时高精度多元误差修正、性能提升平台研制及终端应用等存在的“限”、“杂”、“容”等难题，突破了北斗性能提升与星基广域增强理论方法和关键技术；研制了“北斗性能提升与星基广域增强系统”，取代了原导航业务处理系统，大幅提升北斗系统性能；研制了系列北斗高精度用户终端核心器件及装备，开拓了在电力、通信、交通、农业、反恐维稳、海洋权益维护、精确打击等领域的应用，取得了重大社会、经济和国防效益。

主要创新点如下：1．创新性提出了“基本导航、广域增强、精密定位(NWAP)”为一体的北斗性能提升系统架构。

发明了性能增量式提升的多业务导航体制，提出了导航误差分级分区处理新模式，建立了参数精度递进的导航电文模型，解决了导航电文资源受限条件下米级、亚米级和分米级等多种导航服务的无缝融合难题，使北斗系统成为亚太地区定位精度最高、服务种类最多的卫星导航系统。

2．建立了北斗性能提升与星基广域增强的成套理论方法。

提出了参数去相关、复杂系统差校正、太阳光压精化等导航业务信息处理方法，首创卫星轨道、卫星钟差、格网电离层和分区综合改正的实时四重广域差分方法，解决了卫星导航系统实时分米级多重误差修正的难题，实现了北斗空间信号精度优于0.8m （RMS），精密定位信号精度优于0.2m（RMS），达到国际先进水平。

3．首创了北斗系统性能提升的“研究、开发、运行”一体化平台。

提出了高稳定度、多业务融合的高性能服务“双工热备+伴随”三重冗余运行体系架构，突破了强实时业务的数据同步、异常容错等关键技术，建立了以精度及可用性为目标函数的监测评估体系，研制了“北斗性能提升与广域星基增强系统”，取代了原导航业务处理系统，实现了北斗性能的大幅提升。

4．自主研制了从SoC芯片、板卡到应用终端的系列北斗高精度装备。

设计了射频基带一体化SoC导航芯片架构，自主研制了40nmRFCMOS工艺北斗芯片，与各类高精度终端综合集成，装备性能达到国际同类产品先进水平；提出了协同北斗广域分米级星基增强的终端侧算法，实现了各类装备定位精度提升。

重大应用：（1）北斗系统升级：所有北斗应用均受益；（2）国家重大工程中精密定位的自主可控：新疆反恐“移动天网”、重型工程车辆监控、国家海上光缆工程；（3）“换芯”计划：解决核心部件“卡脖子”难题；（4）某型制导火箭弹：实现了精确打击，提升了作战能力。

项目对提升北斗系统国际竞争力、规模化产业应用做出重大贡献，直接经济效益逾33亿元，军事和社会效益巨大。

项目获授权发明专利36项，软件著作权21项；出版专著4部，发表论文113篇(SCI/EI收录89篇)；获省部特等奖3项、一等奖2项。

客观评价1.成果鉴定意见（1）2012年5月22日，中国电子科技集团公司组织了“自主卫星导航系统精密时间传递关键技术与示范”科技成果鉴定会，陈俊勇院士、杨元喜院士、许其凤院士等专家组成鉴定专家组，鉴定委员会认为：“项目在国内首次设计开发了小型高精度卫星双向时间同步终端，时延变化小于0.3ns，性能指标达到了国际先进水平，研制了站间/星地时间同步软件和基于联合定轨的系统误差解算软件，实现了在轨卫星和地面站之间优于1ns的时间同步精度。

项目技术指标先进、技术难度大，创新突出，显著增强了我国卫星导航高精度时间同步设备的研发和测试试验能力，应用效果明显，推广应用前景良好。

研究成果达到了国际先进水平。

”（2）2015年12月31日，总参测绘导航局在北京组织召开了“北斗广域分米级服务系统性能”评估审定会。

杨元喜院士、许其凤院士等专家组成评审专家组，评审委员会认为：“北斗广域分米级服务系统主要服务性能达到设计指标要求，运行稳定，技术状态具备发播条件。

鉴于该项目对提升北斗服务性能效果明显，建议按照工程管理程序要求组织发播，进一步增加多类用户的验证，尽早提供正式服务”。

（3）2018年1月20日，中国测绘地理信息学会在上海组织召开了“北斗高精度星基广域差分关键技术及应用”科技成果鉴定会。

会议成立了由龚惠兴院士、郭桂荣院士及刘经南院士等专家组成的鉴定委员会，鉴定委员会认为：“该项目研制难度大，具有重大创新，成果居国际先进水平，其中的四重参数叠加差分体制和高精度差分参数播发体制达到了国际先进水平，成果已在北斗卫星导航系统运行中提供了高精度广域差分服务，有效提升了北斗导航系统整体的国际竞争力，取得了显著的社会、经济和军事效益，对国家安全具有重大意义”。

（4）2018年7月2日，中国卫星导航定位协会在北京组织专家召开了“北斗二号空间信号精度提升”项目科技成果鉴定会。

会议成立了由陈俊勇院士、杨元喜院士等专家组成的鉴定委员会，鉴定委员会认为：“该项目研制难度大，创新性强，总体成果居国际先进水平，其中轨道与钟差参数融合处理策略和模型达到了国际先进水平，现有终端不作修改即能提升导航定位性能。

成果接入北斗二号系统以来，服务稳定，取得了显著的社会、经济和军事效益”。

2.项目验收意见（1）863计划项目“自主卫星导航系统精密时间传递关键技术与示范”课题验收意见：“课题研究了自主卫星导航系统的精密时间传递技术、高精度设备时延标定技术，实现了自主卫星导航系统精密时问传递影响因素及特性分析、时间同步设备时延（设备零值）精确标定、时间同步设备时延精确在线测量及校正、基于实测卫星系统观测数据的系统误差探测分离与修正等技术，有创新性。

达到了课题合同要求，具有一定的应用价值。

”（2）863计划项目“北斗空间信号精度提升关键技术”课题验收意见：“课题开展了北斗空间信号精度提升关键技术研究，提出了空间信号精度提升的相关模型、算法和策略，研制了相应的软件系统和测试终端，开展了北斗反射信号的应用研究。

完成了合同规定的全部研究内容。

功能和性能指标达到了课题任务书要求。

”（3）863计划项目“分米级相位增强信号播发系统技术”课题验收意见：“课题完成了分米级星基相位增强试验系统的搭建、软件系统研发以及硬件研制、星基分米级相位增强系统播发总体技术研究、精密产品以及增强信息算法设计实现、增强信息播发协议设计、对北斗信息处理系统相关技术改进等，功能和性能指标达到任务书的要求。

课题基于北斗信号格式的实际，创新提出了基于载波平滑伪距的卫星实时钟差实时处理改正技术、轨道实时改正技术、北斗广域分区差分改正参数精化技术，实现了轨道精度GEO/IGSO/MEO卫星轨道径向精度优于0.2m，URE精度优于0.2m，电离层延迟精度优于0.5m，TGD优于0.3ns的性能指标。

”3.技术测试报告2018年1月16日，中国测绘地理信息学会对“北斗高精度星基广域差分关键技术及应用”成果进行了现场测试，结论为“项目对北斗系统原有信息处理系统进行了升级替换，实现了主控站精密定轨、时间同步、电离层计算、星基广域差分参数计算等北斗信息处理全部功能，并通过北斗卫星向用户广播高精度参数。

用户基本导航实时定位的精度(95%)为2.43米、广域差分实时定位精度(95%)为1.21米、精密实时定位精度(95%)为0.46米。

”（附件2.2-15）4.重要科技奖励情况（1）2012年卫星导航科技进步一等奖：“自主卫星导航系统精密时间传递关键技术与示范”；（2）2013年测绘科技进步特等奖：“北斗运控系统集成、优化与建设”；（3）2014年卫星导航科技进步特等奖：“北斗导航卫星业务信息中断快速恢复系统”；（4）2018年测绘科技进步一等奖：“北斗高精度星基广域差分关键技术及应用”；（5）2018年卫星导航科技进步特等奖：“北斗二号空间信号精度提升”。

应用情况和效益项目研究成果已在北斗二号系统性能提升和系统升级改造，北斗全球系统研制建设、北斗性能监测评估等国家重大工程中取得成功应用。

1.应用情况（1）提升了北斗系统的服务性能。

促进了北斗系统定位精度持续改进，构建了“基本导航、广域差分、精密定位”等多模为一体特色服务模式，使北斗系统定位精度从开通时的10米提升到3米（基本导航）、1米（广域增强）和0.5米（精密定位），服务于所有用户，极大地提升了北斗的国际竞争力。

促进了国内北斗产业快速发展，支撑了北斗数千亿规模产业的持续创新发展。

（2）在反恐维稳、海洋权益维护等国家及国防安全中发挥了重要作用。

用于新疆公共交通领域“移动天网”，实现60万辆大型工程机械设备和车辆的监管和定位；应用用于国家海洋工程施工、无人飞行器和精确打击武器制导等。

（3）应用于电力、通信、交通、农业等国民经济基础行业，解决了安全、自主可控难题。

泰斗微电子T303-3/T302-3产品在中兴通讯基站批量应用，每年约交付60万个高精度授时模块；应用于重点运输过程监控、海上遇险报警管理和搜救指挥应用，推广超240万台套；应用于农机车辆监控和自动驾驶。

（4）应用于个人出行、智能穿戴等位置服务，让老百姓感觉到北斗带来的生活便利和帮助。

摩拜共享单车2017年使用泰斗微电子TD1030芯片约500万颗。

小天才儿童手表使用泰斗微电子TD1030芯片每月约10万颗。

驾考驾培使用上海司南M系列接收机，约10000台套。

（5）“一带一路”国家应用。

用于印尼/马来西亚/老挝土地确权、科威特建筑施工形变监测、乌干达国土测绘、缅甸农业、新加坡施工打桩等。