精度提高到1.2米，北斗系統如何實現高精度定位服務？
據《新華每日電訊》報道，10月14日，中國信息通信研究院發佈北斗高精度定位服務平臺（北斗定位2.0版），可將民用手機的定位精度提高到1.2米。這意味着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，華爲發佈的新款手機就實現了亞米級北斗導航定位，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，北斗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。
北斗系統高精度定位服務的秘訣
北斗三號星座由3顆地球靜止軌道衛星、3顆傾斜地球同步軌道衛星和24顆中圓地球軌道衛星組成。
地面運控系統將星曆、鐘差等信息上注北斗衛星，衛星發射導航信號並傳遞相關信息，用戶終端接收可見的衛星信號和信息後進行解算，便能實現導航定位。
天地一體的團結協作
記者：大家知道，北斗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：北斗定位服務需要北斗衛星、地面控制中心、用戶接收機相互協作實現。首先，北斗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。這就是北斗基本的定位過程，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斗衛星、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“對錶”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，爲北斗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，歐盟伽利略系統因爲時間統一系統故障，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，北斗系統建設更需要上萬人的團結協作。在北斗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，保證了北斗三號系統的正常開通。
精益求精的自主創新
記者：您經歷了兩代北斗系統的建設和發展，可以說親歷了北斗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：這主要靠我們北斗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。
地面控制中心是北斗系統運行和服務的核心樞紐，調度着分佈在全國的地面站網，管控着整個北斗衛星網絡，因而又被稱爲北斗的“最強大腦”。地面控制中心的主要職能，可以概括爲測、算、注、傳。首先彙總融合地面站網的海量數據，利用幾百臺處理器計算北斗衛星的精確位置、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。
北斗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。
北斗系統在世界上率先採用混合星座佈局。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，又稱爲衛星定軌，難度極大。北斗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公里和21000公里外衛星的位置，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斗衛星的位置。即便衛星失聯幾十天，也能準確預測衛星的位置。
北斗系統建設早期，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，實現更爲精準的鐘差預測。
此外，通過進一步創新電離層延遲、硬件時延等誤差的計算和應用技術，北斗系統重點區域的定位服務能力從北斗一號的20米提升到目前的5米，達到與GPS相當的水平。基於北斗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斗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，但也受惠於北斗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，北斗系統在這方面是怎麼做的呢？
劉勇：北斗系統作爲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。北斗系統開通以後，需要24小時晝夜“守護”，隨時處置各類突發情況。我們的運維人員爲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，自主創新不斷涌現，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。北斗系統運行牽涉面廣，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。作爲中心工作的生命線和底線，北斗系統建成服務至今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：北斗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：北斗三號系統正式開通後，向縱深推廣北斗系統應用、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，是加快北斗特色應用推廣，特別是做好高精度定位服務。北斗系統目前的星基增強和精密單點定位服務，可爲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，我們歡迎北斗應用與各行業應用的深度融合，推進“北斗+”和“+北斗”的各類創新應用。
另一方面，是加強北斗系統穩定運行。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。