北斗系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统的建设与发展,遵循以下建设原则:
①开放性。北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放,为全球用户提供高质量的免费服务,积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作,促进各卫星导航系统间的兼容与互操作,推动卫星导航技术与产业的发展。
②自主性。中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统,北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。
③兼容性。在全球卫星导航系统国际委员会(ICG)和国际电联(ITU)的框架下,使北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统实现兼容与互操作,使所有用户都能享受到卫星导航发展的成果。
④渐进性。中国将积极稳妥地推进北斗卫星导航系统的建设与发展,不断完善服务质量,并实现各阶段的无缝衔接。
北斗系统建设根据中国经济和技术的发展情况,分为“三步走”:
第一步,建立北斗卫星导航试验系统。
北斗卫星导航试验系统的建设起步于90年代。2000年建成了第一代卫星导航系统,是一个典型的卫星无线电测定系统,即RDSS。空间段由两颗地球静止卫星组成。地面中心通过两颗卫星完成对用户的距离测量,结合所在区域的数字地形图(即已知高程),完成用户定位。通过用户的定位申请,不但完成用户定位,而且同时完成了位置报告。
第二步,建立区域性的北斗卫星导航系统。
区域性北斗导航系统旨在建立能向全球扩展的区域卫星导航系统,为中国及周边地区、海域实现连续三维定位测速能力、高精度授时能力和部分地区的用户位置报告及双向短电文通信能力。2004年中国启动北斗卫星导航系统的建设。2012年底北斗卫星导航系统提供区域性试运行服务,北斗区域卫星导航系统星座部分由5颗地球同步轨道(GEO)卫星、5颗倾斜同步轨道(IGSO)卫星和4颗中圆轨道(MEO)卫星组成。14颗卫星均提供无线电导航业务(RNSS),GEO卫星还提供无线电测定业务(RDSS)。2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航和授时服务。2014年11月23日,国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函,这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分,取得面向海事应用的国际合法地位。中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。
第三步,建立全球卫星导航系统。
北斗三号标称空间星座由3颗地球静止轨道(GEO)卫星、3颗IGSO卫星和24颗MEO卫星组成,并视情部署在轨备份卫星。GEO卫星轨道高度35 786千米,分别定点于东经80度、110.5度和140度;IGSO卫星轨道高度35 786千米,轨道倾角55度;MEO卫星轨道高度21 528千米,轨道倾角55度。
北斗导航系统于2017年7月开启全球组网。2020年6月23日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力。北斗卫星全球覆盖星座相对于北斗卫星区域覆盖星座的主要差别是,它不仅能够提供全球性、全天时和全天候的高精度导航定位服务,而且将实现卫星自主导航。导航卫星的自主导航,是实现导航电文在轨自主更新的有效途径,是通过星间双向测距、数据交换和星载数据处理器的滤波处理,不断修正地面监控系统注入给卫星的长期预报星历与星钟参数,自主生成发送给用户的导航电文和维持星座的基本结构,以此满足用户高精度导航定位应用需求。北斗导航系统地面控制部分由地面运控系统和测控系统共同组成。地面运控系统由主控站、监测站、时间同步/注入站组成,完成导航业务运行与控制管理;测控系统由测控站和测控中心等组成,完成卫星星座的工程测控管理。用户部分主要包括服务于陆、海、空、航天等不同用户的各种性能用户机,主要任务是接收卫星发射的导航信号,实现用户导航定位、测速、定时及信息交换。
用户终端部分是指各类北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端,以满足不同领域和行业的应用需求。GPS系统建设时间早,用户数量庞大,经过长时间大量用户的应用磨合,系统较为完善成熟;中国的北斗卫星导航系统建设起步较晚,系统的完善和应用的开发需要大量的用户参与。截至2020年,已有完全自主知识产权的核心芯片问世。符合市场需求的各类终端,完整的产品线和良好的产业链已初步形成。
北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种方式。北斗系统具备导航定位和通信数传两大功能,提供七种服务。具体包括:面向全球范围,提供定位导航授时(RNSS)、全球短报文通信(GSMC)和国际搜救(SAR)三种服务;在中国及周边地区,提供星基增强(SBAS)、地基增强(GAS)、精密单点定位(PPP)和区域短报文通信(RSMC)四种服务。
卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。2000年,中国首先建成北斗导航试验系统,成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。截至2020年,该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显著的经济效益和社会效益。
随着北斗系统建设的发展,其将在个人位置服务、气象应用、道路交管、海运水运、航空、应急救援等越来越多的领域得到广泛应用。