北斗应用如何打通“最后一公里”

　　据中国卫星导航系统管理办公室的最新消息，北斗卫星导航系统目前已发射 8 颗全球组网卫星，建成最简系统，今年年底前还将发射 11 颗卫星，建成基本系统。

　　作为备受关注的国家重大空间信息基础设施，北斗究竟怎么用?如何用得起来?这个“最后一公里”的应用难题在年会上再次引发热议。

　　这几天，一条重达千斤的野生鳇鱼被黑龙江省抚远市渔民捕获的新闻，传到了黑龙江省委书记张庆伟的耳朵里，他随即让省里给市里打电话，表达了两层意思：一、“别误把鱼吃了”;二、“找个办法保护起来”。

　　当时就有人提议：这种罕见的鳇鱼很难家养，不如放生大江，同时将北斗芯片植入其体内，如此，渔业人员可实时跟踪其定位，了解并进一步保护鱼的活动情况，而渔民再遇到这条鱼时，也可作出判断，自行绕开，不再捕捞。

　　5 月 23 日，在黑龙江省哈尔滨市举行的第九届中国卫星导航学术年会开幕式上，张庆伟讲了这个故事。这位曾经的“航天少帅”以此为例说明“北斗应用前景之大”：眼下当地乃至全国都十分重视的生态保护领域，就是北斗和卫星应用产业的“天然育场”和“试验田”。

　　正如卫星导航领域那句广为流传的话：北斗的应用，只受想象力限制。

　　说好的北斗导航 为何大众难以直观感受到?

　　年会上，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其“晒”出了北斗大众应用的最新进展：经过在轨测试，已建成最简系统的 8 颗北斗全球组网卫星，北斗用户发射功率降低至 1/10，支持手机应用。此前，他也多次提到，世界主流手机芯片大都支持北斗，北斗正成为国内销售的智能手机的标配。

　　在冉承其看来，近年来基于北斗系统的高精度服务日益兴起，而要让普通公众真正用上北斗，并感受到北斗的存在，只有与其他科技深度融合，扩大垂直行业应用业务。一个最直接的方式，就是和手机融合，和 4G 乃至和未来的 5G 融合。

　　当前，我国北斗三号尚处于在轨测试阶段，能够提供导航服务的还只有北斗二号系统。按照冉承其的说法，北斗二号系统建成并投入运行至今已 5 年半，从未发生服务中断，定位精度由 10 米提升至 6 米。

　　不过仍有一种疑问时而传出：北斗二号提供服务那么久了，为何我们的手机里还没有用上北斗——说好的北斗导航，为何大众难以直观地感受到?

　　早在两年前，工业和信息化部电信研究院发起的移动智能终端技术创新与产业联盟对外发布《移动智能终端北斗定位白皮书 (2016)》，其中就提到，截至 2016 年 8 月 31 日，在中国申请进网的 3572 款手机终端中，支持定位功能的 2891 款，占比为 81%;支持北斗定位功能的 759 款，占比为 21%。

　　换言之，每 10 个中国人里，就可能有两个人使用了装载北斗芯片的手机。当然，按照专家的说法，目前手机定位采用的几乎都是多模式的卫星定位模式——不仅有中国的北斗，还有美国的 GPS，甚至有俄罗斯的 GLONASS 等导航系统。当手机需要定位时，系统会自动搜索导航卫星，选取信号较好的卫星进行定位——这个过程，则“隐匿”于底层运行，普通用户感受不到。

　　此前，相比 GPS 芯片，北斗芯片价格偏高，在推广过程中一直被视为痛点。冉承其说，如今北斗芯片工艺已跨入 28 纳米新时代，最低单片价格不到 6 元，总体性能达到甚至优于国际同类产品。截至 2017 年 4 月底，北斗导航型芯片模块销量已突破 6500 万片，高精度板卡和天线销量已占据国内 30% 和 90% 的市场份额。

　　年会上，中国卫星导航系统管理办公室对外发起北斗全球用户体验评价计划。冉承其说，此举就是践行北斗卫星导航系统工程首任总设计师孙家栋院士“天上好用，地上用好”的理念，突出用户体验，让北斗真正用起来，用得好。

　　当北斗遇上 5G 有望开启地下室定位时代?

　　目前，北斗已在 4G 手机中得以应用。据冉承其透露，随着 5G 的建设，中国卫星导航系统管理办公室还将通过标准协议的制定，让北斗成为 5G 通信的时空标签。

　　这并不遥远。从 2017 年开始，国际移动通信标准化组织 3GPP 就已经开始大规模制定 5G 标准，全球多个大公司提交了高精度室内定位的立项申请，计划在 5G 第二版本标准中加入高精度定位标准。

　　此次年会上，工业和信息化部电信研究院泰尔终端实验室天线与定位部副主任安旭东作特邀报告时就专门提到这一话题。他说，移动通信每隔 10 年就会出现新一代技术，新技术的出现实现了频谱效率和容量的成倍提升，目前 5G 即第五代通信移动技术已经进入技术方案验证和标准研制的关键阶段，未来有望极大推动物联网、室内定位等技术的发展，并为实现高精度定位提供基础。

　　要想真正实现室内定位，需要几米甚至 1 米以下的定位精度，还要能够分辨楼层。而眼下，传统定位技术还无法用于室内定位。安旭东表示，一方面，全球导航卫星系统在室内搜不到足够卫星的情况下，难以工作，其定位精度仅在 10～100 米之间;另一方面，传统的蜂窝网定位技术虽然信号可以覆盖到室内，但其精度从几十米到几百米不等，也无法满足需求。

　　安旭东说，即将到来的 5G 时代，具有大带宽优势，有利于参数估计，可为高精度距离测量提供支持，5G 也将实现密集组网，基站密度显著提高，用户信号可被多个基站同时接收到，而这将有利于多基站协作实现高精度定位。

　　5G 时代的窄带蜂窝物联网定位应用，相比传统的蜂窝网技术，可提升 20dB 的信号效果，“覆盖能力大大提升，在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到，利用这一优势，可以进行室内导航定位服务。”

　　在这样的技术时代，“不管是在商场、体育馆、医院、车站等室内导航与定位服务，还是手机购物、个性化广告等商品引导，或是自然灾害救援、涉险人员定位等应急与人员定位，都有望成为现实。”安旭东说。

　　中国卫星导航定位协会首席专家、环球新时空信息技术研究院院长曹冲在年会期间也提到，当前全球导航卫星系统面向未来的一个主要任务，就是开启高精度大众化应用室内外融合的“大门”。

　　2016 年到 2020 年是全球导航卫星系统定位的产业转折点，包括中国北斗在内的全球四大卫星导航系统均投入了服务，可用卫星数量超百颗，彼此之间兼容互操作成为现实，多系统兼容成标配化，产业的“第一要务”从系统建设转为应用服务推广。这其中一个需要布局的，就是顺应技术与产业发展变革，逐步与通信技术融合。

　　仅靠天上数颗北斗星不够 还要地上建一张地基网?

　　当然，不管是和手机融合，还是和 4G、5G 融合，这一切的前提都是包括北斗卫星、北斗增强系统在内的国家重大空间信息基础设施本身的技术“过硬”。没有这些，一切都将是空中楼阁。

　　为解决高精度服务的“最后一公里”问题，中国卫星导航系统管理办公室正在培育精准时空信息生态环境，降低使用门槛，将北斗系统提供的时空信息变成大众触手可及的公共服务。

　　具体来说，我国正在编织天地两张北斗“网”：天上的“网”，即逐渐覆盖全球的北斗卫星网络，已为人所熟知;另一张是地上的“网”，即一张可以实现厘米级、毫米级定位精度的地基增强网。

　　国家北斗地基增强系统总设计师、中国兵器工业集团首席科学家蔡毅认为，导航卫星信号受设备、电离层等干扰时会产生误差，难以满足高精度位置服务需求，这就需要北斗地基增强系统配合——由地面基准站接收北斗卫星信号，传输至数据处理系统，消除卫星轨道误差、钟差、电离层折射等影响后，产生修正信号，通过卫星、数字广播、移动通信等方式实时播发——普通用户收到的，也正是这些信号。

　　我国已于 2014 年 9 月正式启动研制建设北斗地基增强系统。目前，该系统第一阶段研制建设已通过国家验收，初步建成自主可控的北斗地基增强“全国一张网”。来自中国卫星导航系统管理办公室的数据显示，这张网可在全国范围内提供实时米级、亚米级精准定位服务，可在 17 个省市提供实时服务。

　　蔡毅以自动驾驶为例，以前这种技术主要依靠雷达、热像仪、高精度陀螺、大容量高速计算机等技术集成设备，耗费数百万元，还难以为大众所用。如今则可以通过北斗高精度位置服务与高精度电子地图，辅以其他传感器，制定驾驶方案，自动完成避让。

　　“北斗地基增强系统成了实现自动驾驶的低成本技术手段。”蔡毅说，北斗“悄无声息”就这样地实现了交通领域的一次变革，甚至将改变人们的生活方式。