GNSS应用产业现状与发展前景——曹冲

政策应结合中国实际
北斗系统建设与营运的四大原则： 独立，开放，兼容，渐进。 北斗系统总要求的“八字方针”： 质量，安全，应用，效益。以这 些原则为基础，制定政策，处理 好系统与应用、军用与民用、国 内与国外、政府支持与市场经济、 眼前与长远….
走向与通信、GIS 和惯性器件融合
室 内 外 无 缝 导 航 大 众 化 服 务
服务产品并重 室内外 融合导航
Anywhere, Anytime, Anyone，Anything
未来GNSS的四大特点
多系统兼容互用可交换，L1+L5 多层次增强，全球、区域、本地
多手段集成，蜂窝惯导WLAN
室 内 外 无 缝 导 航 大 众 化 服 务
外 外 交
白 宫 白 宫
交 部部
内内 务 部 务 部 农农 业 业 部 部 商商 务 务 部 部 国 部 国土 土 安 安 全 全 部
国家天基 PNT执行委员会
执行常设工作组
咨询部
参 谋 长 联 席 会 议
国家 航 空 航 天 局 国 际 航 空 航 天 局
国家协调办公室
GPS国际工作组 GPS 国际工作组
GPS政策的主要内容
1.免收直接用户费 2.对于所有的民用服务开放公共的信号结构 ●鼓励用户设备制造商、应用开发商和增值 服务商平等进入 ●实现开放的市场推动的竞争 3.鼓励使用GPS时间、大地测量 和信号标准 4.促进 将来系统与GPS的全球兼容和互操作 5.保护现有无线电频谱不受干扰和中断影响
奥巴马总统的新空间政策
1. GPS继续供全球民用服务，免收直接用户费； 2. 鼓励与其它国家GNSS服务兼容与 互操作； 3. 运营和维护GPS星座满足民用和国家安全需 要外国的PNT用来增强使用的弹性能力； 4. 投资国内能力建设，支持国际行动对有害干 扰进行检测、缓解，增加使用的弹性能力。
GPS的管理Hale Waihona Puke Baidu构历经演变
GLONASS的CDMA信号结构设计业已完成并已应用
GLONASS星基增强系统
三个空间卫星 地空数据链路
基准站网，境内外分别为19个和5个
SDCM控制中心
俄罗斯境内SDCM站网
已经部署19个站，将来还要部署21个站
俄罗斯境外的SDCM站网
已经部署5个站，将来还要部署18个站
GLONASS的主要结论
制定发布中国北斗政策
二是制定国家统一的卫星导航 产业技术政策，建立健全导航 产业产品质量检测系统和机制， 规范技术及市场行为，促进市 场稳定、有序、健康发展；特 别是要加快制定与国家安全攸 关的重要行业和领域使用北斗 系统的强制性标准……
卫星导航国家政策的重点
• 1. 导航战政策是基本国家政策，是国家的 大政方针，是系统产业政策的立足基础； • 2. 军民两用政策，主要强调免费开放的民 用政策，ICD文件最重要的行动标志； • 3.国际GNSS合作，尤其是GNSS兼容、互 操作和可交换，是国家政策的重要组成， 也是要迫切解决的问题，特别是后来者; • 4. 稳定持续的国家政策是系统成功的决定 性因素，也是国家承诺和诚信度的体现。
欧洲永久性参考站网
欧洲永久性参考站有250个，其中有130个是属于 ITRF2008的组成部分，有150个站提供实时GPS 与GLONASS数据，提供伽利略数据的大约有40个 站。
1995年的预测愿景
大众市场的位置感知
汽车
移动电话
移动计算机
消费电子
2006年均成为现实
GNSS的产值预测（单位：10亿欧元）
1. 美国GPS系统的最初成功管理 是从GPS联合计划办公室开始的， 以应对军内之争； 2. 1996年成立GPS部际执行委员 会，解决军民统筹问题； 3. 2004年成立天基PNT委员会， 进一步改善军民用和国内外合作管 理与运作，确立国家管理。
美国天基PNT组织结构
国国 防 部 防 部 运运 输 部 输 部
GNSS系统及其应用产业 现状与发展前景
曹 冲
中国卫星导航定位协会 中国位置网服务联盟
2014年12月17日，安徽合肥培训班
卫星导航最早在海上首先实现
1. 1957年前苏联成功发射第 一颗人造地球卫星成为契机； 2. 美国两个年轻人发明多普 勒定位原理，提出卫星导航； 3. 第一个系统是美国的子午 仪系统，主要用于船舰定位。
公共特许服务
搜救服务 商用服务
全球GNSS监测站
这是GPS的WGS84参考框架站网分布图
全球星基增强观测站网
IGS的跟踪站网（CORS）
全球有400多个真正工作的跟踪观测站
IGS的实时观测站网
实际上只有180多个观测站将数据送往共享中心
IGS的相关工作组
IGS提供的实时产品
实时产品提供是IGS的战略部署
GPS现代化计划
GPS现代化的目的是，增强系统能力，增加用户效益。
GPS民用能力现代化
第二个民用信号L2C 第三个民用信号L5 第四个民用信号L1C
精密的载波相位跟踪
完好性监测
外部增强
标准服务空间信号性能
可用性选择
实际达到的精度远远超过公布标准
GPS空间信号的性能
空 间 信 号 用 户 测 距 误 差 均 方 根 值
– 消除 SA
增强系统的能力 w 增加国防和民用的利益
Block III
IIF: IIR-M 能力加上 • 第三个民用信号(L5)
• 抗干扰功率调控
Block IIIA: • 增强抗干扰能力(功率) • 增加安全性 • 提高精度 • 导航保证 • 后向兼容 • 确实的可用性 • 可控的完好性 • 系统的长寿命可存活性 • 第四个民用信号 (L1C)
工程论坛
信息协调和分发 工作队
热点工作组
美国GPS系统政策的成功之处 是：1.政策的公开、透明和稳 定性；2.政策主要集中在三个 方面，一是民用政策；二是国 家安全、国土安全和经济安全 政策；三是国际合作政策。 3.与时俱进、行之有效的管理。
美国政策和管理的 经验教训
俄罗斯GLONASS政策原则
服务的产值
产品的产值
GNSS产品与服务总产值
政策和管理是产业关键
政策和管理是产业发展关键， 它们已经成为产业发展的重大 瓶颈和壁垒。当务之急是建立 明确而可行的国家级政策法规 和行之有效的常态化制度化的 统一的协调管理体制机制。
政策制定的 前提是调查研究
GNSS服务的提供商有美、欧、 中、俄、日、印六个国家，都 有自己的政策。其中，以美国 的政策发展最为成熟，最具有 系统性。其它国家在政策方面 都有经验和教训可供借鉴和参 考学习。
伽利略系统的部署时间表
伽利略完全服务 30个卫星投入服务
伽利略采用分步实施方法
初始服务能力 早期服务和控制段 在轨验证 4个工作卫星和地面段
GIOVE A/B 两个试验卫星 伽利略测试床-V1 关键算法验证
伽利略系统的服务提供
早期服务从2014年开始，随着卫星数量增加， 逐步向完全服务演进
公开服务
GPS政策的发展与演变
1978年第一个GPS卫星发射升空 1983年总统提出GPS可供免费民用 1996年建立GPS军民两用管理体制 1997年国会通过法律GPS免收直接 用户费 2000年总统宣布GPS可用性选择（SA/AS)置零 2004年总统发布天基PNT政策，成立国家PNT委员会 2004年GPS与Galileo之间达成双边合作协议 2007年总统声明在未来的GPSIII中，取消SA/AS 设置 2010年新的空间政策专门提出PNT的高级指导意见
多模化应用，定位导航测向授时
GNSS系统之系统
全球导航系统 区域导航系统 天基增强系统
北斗导航系统 SDCM
GNSS系统是个多系统多层面的复杂组合系统
.
GNSS 整体组成
区域系统
QZSS(3) IRNSS(7) 北斗-2(14) 卫星总量24个
全球系统
GPS(24+6) GLONASS(30) Galileo(30) Compass(30) 卫星总量120个
政策制定 首先要进行研究
研究是前提条件，只有认真扎 实的研究成果基础上，才能开 展政策的制定工作。同时，要 有重点，急需的、重大的、关 键的先办。要明确任务的重点 和关键，这就是“制定和发布 中国北斗卫星导航政策”。
制定发布中国北斗政策
为配合国家卫星导航中长期规 划的落实，一是在现有的已批 准宣布对外开放的基础上，选 择适当时机，进一步明确中国 北斗导航系统对国内外民用开 放，国家承诺北斗长期、稳定 支持国际民用服务等……
GPS起源于北极星潜艇定位
1. GPS最早的应用要求非常 简单，就是北极星潜艇定位； 2. GPS研发经历了起起伏伏 发展过程，海湾战争帮了忙； 3. GPS应用只受到人们想象 力的限制，成为一句名言。
1. 美国三大航天工程：阿波 罗登月计划，载人航天飞机， 还有GPS； 2.目前GPS是硕果仅存的； 3. 全世界大国都在搞卫星导 航系统，而且方兴未艾。
美国的天基PNT战略
目的是：确保天基PNT服务、增强、 备份能力，以及服务阻断能力。
1. 确保服务：提供PNT服务的连续的可用性； 2. 满足需求：满足日益增长的国家的、国土的和经济的 安全，民用需要和科学与商业的需求； 3. 军用领先：保持天基PNT服务的军用领先水平； 4. 竞争优势：继续提供民用服务，能力要超过或者与外 国的天基PNT服务及其增强系统相比有竞争力； 5. 全球集成：保持国际可接受PNT服务的基本构成； 6. 领先技术：促进美国在PNT服务应用中的领先性。
何谓PNT？
“PNT”是卫星导航提供的定位、导航、授时三 大功能的广义化，这是三种截然不同的重要功 能的组合。
1. 定位：指以一个标准大地系为参照，精密和准确地确 定所在位置和方位的能力； 2. 导航：指能确定现在地和所希望的目的地位置，用于 校正要抵达的地点的路线、方向和方位的能力，包括 从地下到地面，从地面到空间； 3. 授时：指能在全世界任何地方和用户定义的时间参量 条件下，从一个时间标准（如世界协调时UTC）确定 并保持精密和准确时间的能力，定时包括时间传递。
卫星导航 列于航天三大工程之首
卫星导航是“大数据、智能化、 无线革命”时代最有活力的技术 1. 我们的信息时代，经过数字 化、网络化阶段，进入大数据、 智能化、无线革命时代； 2. 卫星导航是航天时代最有产 业发展前景的航天技术，是实 现泛在位置服务的基石。
GNSS发展的四大转变趋势
单一的GPS GNSS 应用产品为主 户外导航为主 多系统GNSS
1.基础设施是180多个实时观测站，及数据库； 2.分析能力，有8个实时分析中心，实时轨道， 以及卫星钟的组合； 3.将来，2012年开始提供GPS实时服务，提供 卫星时钟改正、轨道、电离层改正，进一 步包括新系统、新信号，及完好性监测与 评估。
ITRF2008的相关站网
ITRF的精准度
GNSS及其参考系统
1.GLONASS计划在俄罗斯政府政策中列为优先考虑项目； 2.GLONASS为所有用户提供公开服务，免终端用户费； 3.GLONASS 24星恢复计划2011年完成，性能明显改进； 4.GLONASS新计划（2012-2020）批准，承诺主要性能； 5.GLONASS在继续，保持原有频带和信号，增加新信号； 6.国际合作成为关键要素，为全球用户服务基础设施；
实际精度优于公布的性能标识
GPS广域增强系统
广域增强GEO卫星覆盖图
美国国家DGPS网络
美国国家CORS站网
全球DGPS和卫星服务增强
GLONASS的2002-2012年计划
GLONASS的系统构成
GLONASS空间组合 GLONASS增强系统 精密轨道时间确定系统 基础段 用户段
GLONASS现代化
星基增强系统 WASS(3) EGNOS(3) SDCM(2) MSAS(2) GAGAN(3) 卫星总量13个
GNSS应多星座条件下的卫星数量
全球四大星座现状
截止2014年11月： 1. GPS在轨卫星35个，31个工作； 2. GLONASS在轨卫星31个，24个工作； 3. BeiDou在轨卫星16个，14个工作； 4. Galileo在轨卫星6个，4个工作。 GPS最早的卫星是1992年9月30日投入工作的， 至今工作超过20年了，具有代表性。
GPS 现代化计划
基本的GPS • 标准服务 (16-24m SEP) – 单频 (L1) – 粗码捕获 (C/A) 码导航 • 精密服务 (16m SEP) – Y-码 (L1Y & L2Y) – Y-码导航
Block IIA/IIR Block IIR-M, IIF
IIR-M: IIA/IIR 能力加上 • 笫二个民用信号 (L2C) • M-Code (L1M & L2M)