北斗地基增強系統建設中的問題和建議

劉 愷，周 萌，翁祖泉

（工業和信息化部軟件與集成電路促進中心集成電路處，北京 100038）

產業觀察

北斗地基增強系統建設中的問題和建議

劉 愷，周 萌，翁祖泉

（工業和信息化部軟件與集成電路促進中心集成電路處，北京 100038）

地基增強系統是衛星定位系統的重要組成部分。本文在總結GPS地基增強系統建設的同時，展望了北斗地基增強系統的發展，提出了一些北斗地基增強系統建設過程中可能存在的問題，并針對問題給出了相應的建議。

北斗；地基增強系統；CORS站

1 地基增強系統介紹

衛星增強系統分為空基增強系統和地基增強系統，是利用空基或地基設備對衛星的定位導航和授時信號性能增強的一種系統，以達到增加系統可靠性、可用性、定位精度和監測能力等目的?？栈鰪娤到y由地面參考站、主控站、上傳站和地球同步衛星等組成，地面參考站將觀測距離通過廣域網絡轉發至數據處理中心，主站根據數據處理中心采集到的數據生成修正參數，如衛星軌道、鐘差和電離層誤差修正參數等，以提高定位精度。

地基增強系統（GBAS），又稱本地區域增強系統（LAAS），由國際民航組織為高精度、完好性和可用性高的衛星導航信號提出，用以支持全天候、連續實時的民用導航。地基增強算法在差分定位提高精度的基礎上，增加完好性監視算法，用來保證導航信號精度、完整可用性和連續性。

地基增強系統主要由基準站、數據處理中心、數據播發系統、運營服務系統和用戶終端五部分組成。連續運行的基準站（CORS）是地基增強系統的重要組成部分，是連續接收和發送本站坐標及其變化、衛星星歷、鐘差和電離層誤差等修正信息的地面固定站。數據處理中心通過基準站網絡與CORS站通信，通過有線或無線網絡與用戶終端通信。數據播發系統根據收到的處理數據，播發修正數據，播發系統有兩種工作方式：單向方式和雙向方式，在單向方式中，用戶從數據處理中心得到一致的修正數據；在雙向方式中，用戶將自己的粗略位置傳送給數據處理中心，數據處理中心將針對性的修正數據播發給特定的用戶，每個用戶可能得到不同的修正數據。用戶終端根據得到的修正數據，修正定位信息，以達到增加定位精度的目的，地基增強系統的工作原理框圖如圖1所示。

圖1 地基增強系統工作原理框圖

2 GPS地基增強系統建設

GPS地基增強系統分別由國際服務商和各國相關部門根據不同的需要建立和管理。國際全球衛星定位導航服務組織（IGS）前身為國際GPS服務組織，是由200多個科研機構、大學和政府組織自愿組成，運營管理著全球380多個CORS站，IGS擁有5個數據中心，負責采集CORS站觀測數據。IGS的主要將數據應用于地球科學研究、多學科應用和研究教育。

美國的CORS站由美國國家大地測量局（NGS）管理運營，擁有200多組織管理的1,200多個CORS站。NGS的任務是使美國本土用戶使用達到厘米級水平的定位和導航服務，以及觀測美國的地形地貌、大氣分布和電離層。日本的GeoNet是由1,200多個CORS站組成的GPS綜合服務系統。主要任務是監測日本及周邊的地殼運動，預報地震。其他任務還包括大地測量、氣象預報和定位導航。英國擁有60多個CORS站，主要用于監測英倫三島的海平面變化。德國的衛星導航與定位服務網絡擁有200多CORS站，平均站間距4千米提供不同層次的定位服務，最高精度優于1厘米。

2007年，我國在深圳市建立了第一個CORS站，而后在北京、天津、上海、廣州、東莞、成都、武漢、昆明、重慶、青島、湖北省、廣東省等地規劃建設省市級CORS站。目前，除寧夏、甘肅、西藏等省份外，其余省市都已完成地基增強系統建設，CORS站數量高達2,000多個。

3 北斗地基增強系統建設

3.1 “全國一張網”的北斗地基增強系統

我國在北斗地基增強系統建設之初就開始統籌規劃，由中國衛星導航系統管理辦公室牽頭，聯合交通運輸部、國土資源部、國家測繪地理信息局、中國氣象局、中國地震局、中國科學院、教育部等相關部門單位，按照“統一規劃、統一標準、共建共享”的原則，構建“全國一張網”的地基增強系統，各部門單位共享成果數據。各行業根據領域特點使用不同精度的數據，數據服務商根據應用領域提供不同層次的服務。系統建設分為兩個階段，第一階段截止到2015年底，目標建成框架CORS站和部分加密CORS站，提供米級精度的定位服務；第二階段截止到2018年底，在框架網的基礎上建立全國范圍的加密CORS站網，屆時將數據精度提高到厘米級，后處理定位精度將達到毫米級。北斗CORS站的建設主要在原有GPS的CORS站的基礎上進行升級改造，這種方式能夠有效減少重復建設投入，提高CORS站的使用效率。

3.2 我國北斗地基增強系統建設面臨的問題

3.2.1 各地區、各行業的地基增強系統能否融入

“全國一張網”

2013年3月，湖北省建成了我國首個北斗地基增強系統項目，系統包括1個省級北斗地基增強系統和1個數據中心，包括6個省級參考站和24個區域參考站，可實現厘米級的定位和分米級的導航應用。之后，我國各地區、各行業根據地區特點和行業應用特點，新建或升級改造北斗地基增強系統，由于還未出臺明確統一的系統級標準和終端標準，各地方、各行業的北斗地基增強系統存在一定的差異。地區和行業的地基增強系統在這種情況下，全部統一融入“全國一張網”還存在一定難度。

3.2.2 “國產自主產品”如何鑒定

因定位信息的敏感性，我國在建設國家級北斗地基增強系統的招標中，明確規定采購設備必須是“國產自主產品”。但目前國產自主產品并無明確的檢測鑒定。產品中是否必須全部采用國產芯片，或采用多大比例的國產自主芯片，或哪些核心器件必須為國產自主產品才能稱為“國產自主產品”都尚無明確標準。

3.2.3 建設中能否規避知識產權糾紛

目前，國內外CORS站采用的主流解算方法虛擬參考站（VRS）算法，已被美國天寶公司申請專利。我們在建設北斗地基增強系統的過程中，如何正確使用現有的技術資源，同時又不觸犯對方的知識產權，避免知識產權糾紛，是建設過程中不可避免遇到的問題。

3.2.4 北斗地基增強系統怎樣發揮真正作用

對于普通用戶來說，米級甚至更差精度的數據都能夠滿足日常生活的需要，為什么還要追求更高精度的數據？北斗地基增強系統建成后的運營和管理維護費用由誰支付？哪些行業應用需要高精度數據？都是北斗地基增強系統建設完成后可能面對的問題。

4 北斗地基增強系統建設發展建議

4.1 規范北斗地基增強系統建設標準

北斗地基增強系統在建設中應統一系統級標準和設備標準。國家級北斗地基增強系統的接入標準應參考各地方、各行業的標準。應用較普遍的標準在國家級北斗地基增強系統中使用，并酌情升級為國家級標準，從標準上消除數據共享壁壘，方便國家級北斗地基增強系統的建設和運營。設備標準包括CORS站設備標準和終端設備標準，CORS站建設改造應統一設備接入標準，使不同廠商的CORS站設備能夠相互替換，而不必單一綁定某一家或幾家廠商設備。終端設備在統一接入網絡接口的同時，還應統一應用數據輸出接口，為應用的開發和移植消除障礙。

4.2 CORS站設備入網引入第三方測試機構評測機制

CORS站設備入網時，應增加“國產自主產品”的第三方檢測和認證機制，讓具有認證資質的第三方評測機構出具權威的測試報告。建立從IP核、芯片、模塊、板卡直至整機的全面測試認證體系，使CORS站設備真正做到“國產”和“自主”，保障系統的自主可控性，保證數據安全。

4.3 運用具有自主知識產權的CORS站算法

在建設北斗CORS站時，應將具有自主知識產權的CORS站解算方法應用于北斗CORS站中。除虛擬參考站算法外，CORS站算法還包括區域改正參數（FKP）算法、主輔站（MAC）算法和改進的綜合誤差內插（MCBI）算法等，部分算法由我國提出，擁有自主知識產權?？稍诮ㄔO過程中實踐新的算法，在保障系統穩定性和精度的基礎上，運用新的算法，有效規避知識產權糾紛。

4.4 創新的行業應用帶動北斗高精度數據產業發展

盡管北斗目前能夠滿足普通用戶的定位和導航需求，但從長遠來看，高精度數據服務將發展為一個新興產業，與現有的“互聯網+”的概念相結合，將會產生許多創新的行業應用，在定制化交通、高精細農業、購物導航等眾多領域中，必將出現新的應用需求，高精度數據服務將作為與人們生活密不可分的產業蓬勃發展，北斗地基增強系統屆時將發揮其真正的作用。

5 結束語

北斗地基增強系統作為北斗衛星導航系統的重要延伸，是北斗衛星導航應用的重要組成部分?；仡櫢鲊鳪PS地基增強系統的建設情況，對比北斗地基增強系統的發展建設，提出了在建設過程中和完成后可能遇到的一些問題，并針對可能存在的問題給出了發展建議。

[1] 陳伏州．關于我國北斗地基增強系統發展的思考[J]．導航天地，2013,8:24-27

[2] 張俊禮．CORS系統定位技術算法研究[J]．太原科技，2009,7

The Problems and Suggestions for the Construction of the Ground Based Augmentation Systems in BDS

Liu Kai, Zhou Meng, Weng Zuquan
(MIIT software and integrated circuit promotion center, Beijing, 100038)

The ground based augmentation systems (GBAS) is an important part of the Navigation Satellite System. The developments of the GBAS in BDS are prospected based on summarizing the developments of the GBAS in GPS. Some suggestions are proposed according to the problems may exiting in the construction of the GBAS in BDS.

Beidou Navigation Satellite System; Ground Based Augmentation Systems; Continuously Operating Reference Stations

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.08.008

TN967.1文獻標示碼：A

1672-7274（2015）08-0029-03