国产卫星准实时厘米级精密定轨系统及其重大工程应用

国产卫星准实时厘米级精密定轨系统及其重大工程应用

提名者: 中国测绘学会

提名意见:

北斗导航和对地观测卫星系统是国家重要的空间基础设施，卫星精密轨道是其高水平应用的基础。国外星载GNSS接收机及精密定轨系统对我国长期封锁，

制约了我国对地观测与导航领域的发展，研制国产卫星准实时厘米级精密定轨系统，对于构建我国独立自主的卫星应用生态需求迫切，意义重大。

在中国第二代卫星导航系统重大专项、中国高分辨率对地观测系统重大专项、国家863重点项目、国家自然科学基金等支持下，组建关键技术研究和软硬件研发团队进行联合攻关，系统地建立了国产卫星精密定轨理论方法和技术体系，突破了精准、可靠、高时效的国产卫星精密定轨系统核心关键技术，研制了星载北斗/GNSS芯片、板卡、天线、接收机装备等全系列宇航级定轨载荷，建立了国产卫星准实时厘米级精密定轨系统，形成了面向我国高、中、低轨卫星精密定轨服务的能力，实现了国产卫星定轨精度从米级到厘米级的跨越式发展。

项目研究成果已在中国第二代卫星导航系统重大专项，中国高分辨率对地观测系统重大专项、嫦娥工程等国家重大工程中取得成功应用，实现了国产卫星准实时厘米级精密定轨技术、定轨载荷设备和软件系统的自主可控，打破了国外星载GNSS精密定轨系统对我国的封锁，近三年直接经济效益超过3亿元，社会效

益显著，为我国北斗系统高精度应用、对地观测卫星高精度与高分辨率测绘遥感作出了实质性贡献。

同意提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介

北斗导航和对地观测卫星系统是国家重要的空间基础设施，卫星精密轨道是其高水平应用的基础。国外星载GNSS接收机及精密定轨系统对我国长期封锁，制约了我国对地观测与导航领域的发展。研制北斗和对地观测等国产卫星准实时厘米级精密定轨系统，对于构建我国独立自主的卫星应用生态需求迫切，意义重大。自2007年开始，在国家863重点项目、中国第二代卫星导航系统重大专项、中国高分辨率对地观测系统重大专项等支持下，项目系统地研究并发展了北斗及对地观测卫星精密定轨理论与方法，建立了国产卫星厘米级精密定轨几何与动力学误差模型，研制了自主可控的星载北斗/GNSS定轨核心载荷及准实时厘米级精

密定轨系统，实现了国产卫星定轨精度从米级到厘米级的跨越式发展，取得了重大社会经济效益，主要创新点如下：

1. 系统地建立了北斗卫星厘米级精密定轨几何与动力学误差模型，国内外率先建立并发布了北斗天线相位中心、偏航姿态和太阳光压等模型，解决了北斗卫星缺乏精细化定轨模型的瓶颈问题，首次实现了北斗卫星厘米级精密定轨，模型被国际卫星导航服务组织（IGS）推荐为协议模型，技术水平达到国际领先。

2. 构建了基于星载北斗/GNSS的国产对地观测卫星精密定轨技术体系，建立了基于国产卫星本体结构的精密定轨误差模型，解决了对地观测卫星从事后到准实时、从基于星载GPS到星载北斗、从低轨到高轨等精密定轨技术难题，实现了单独基于北斗的对地观测卫星厘米级轨道确定，技术水平达到国际先进。

3. 攻克了星载北斗/GNSS高精度、高可靠的宇航级精密定轨载荷关键技术，自主研制了星载北斗/GNSS芯片、板卡、天线、接收机装备等全系列精密定轨载荷核心元器件，信号捕获能力覆盖3,000km以下低轨空间至50,000km的高轨空间，彻底打破了国外星载GNSS设备对我国的封锁，技术水平达到国际先进。

4. 自主研发了服务于国产高、中、低轨卫星的准实时厘米级精密定轨软件系统，提出了基于最小二乘配置的北斗/GNSS实时精密定轨方法，建立了北斗/GNSS精密定轨国际分析中心和数据中心，将对地观测卫星精密轨道产品延迟从24小时缩短至10分钟，技术指标达到国际领先。

项目重大应用包括：①应用于中国第二代卫星导航系统重大专项，支撑了北斗运控系统和全球连续监测评估系统（iGMAS）的建设，对北斗二号系统连续性和可用性等指标提升起到重要作用；②高精度星载北斗/GNSS载荷占我国80%以上的市场份额，搭载于中国高分辨率对地观测系统重大专项、嫦娥工程等重大项目的30余颗卫星和航天器；③建立了非欧美地区首个国际IGS组织北斗/GNSS 多系统分析中心，国际上率先发布北斗高精度轨道产品，产品精度稳居全球前两名，促进了全球范围北斗高精度研究和应用的热潮。

研究成果为我国北斗系统高精度应用、对地观测卫星高精度与高分辨率测绘遥感作出了实质性贡献，近三年直接经济效益过3亿元。项目共授权国家发明专利16项，取得软件著作权18项，发表SCI论文58篇，获省部级一等奖3项。

客观评价

1. 成果鉴定意见

（1）2018年5月27日，中国测绘地理信息学会在北京组织召开了“北斗异构星座高精度数据处理关键技术研究”科学成果鉴定会。会议成立了由杨元喜院士、谭述森院士等专家组成的鉴定委员会，形成意见如下：项目实现了北斗异

构星座高精度数据处理关键技术的自主掌控，成果已成功应用于北斗运控系统和国际IGS服务中心，经济社会效益显著。该研究成果整体达到了国际先进水平，其中北斗高精度姿态与太阳光压模型和北斗/GNSS超快速实时轨道确定技术居国际领先水平。

（2）2014年11月28日，中国航天科技集团在北京主持召开了“月地高速再入返回飞行器—漏导航卫星信号接收机（GNSS高轨飞行器自主导航应用）”国防科技成果鉴定会。会议成立了由张履谦院士等专家组成的鉴定为委员会，形成意见如下：解决了漏导航卫星信号接收灵敏度要求高的难题，跟踪导航信号的规定最高高度达130000km，在国际上率先实现了GNSS月地转移轨道（50000km至5000km）连续自主导航，处于国际领先水平。

2. 项目验收意见

（1）863计划重大项目“基于相位的实时分米级北斗定位数据处理系统技术”课题验收意见：完成了任务书规定的研究任务，功能和性能指标达到任务书要求，在北斗精密定轨等方面具有一定的创新性，同意本课题通过验收。

（2）863计划项目“高轨星载多模GNSS自主导航技术”课题验收意见：课题组组完成了所规定的内容，功能指标满足合同要求，同意通过验收。

（3）北斗导航重大专项“全球连续监测评估系统（第一阶段）数据中心建设与运行维护”（GFZX0301040307-01HT（2012））项目验收意见：项目组完成了合同规定的全部研究内容，各项指标达到合同要求，验收专家组一致同意该项目通过任务验收评审。

（4）高分重大专项“遥感图像高精度定位技术‘高精度定轨技术软件插件’”项目验收意见：项目组完成了合同规定的研究内容，技术指标、研究内容达到合同要求，验收专家组同意该项目通过验收评审。

3．重要科技奖励情况

（1）获得2018年测绘科技进步一等奖：“北斗异构星座高精度数据处理关键技术研究”。

（2）获得2017年教育部科技进步一等奖：“北斗及对地观测卫星精密定轨关键技术与重大工程应用”。

（3）获得2016年卫星导航定位技进步一等奖：“基于GNSS高轨道航天器自主导航新技术及应用”。

应用情况

1. 应用情况

项目研究成果已在北斗导航重大专项，高分重大专项、嫦娥工程等国家重大