23、北斗导航增强系统关键技术特性与性能研究

北斗导航增强系统关键技术特性与性能研究

1. 北斗卫星导航系统现状与挑战

北斗三号系统于2020年7月31日建成并投入使用，其空间段由30颗卫星（24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星）组成。系统全球定位精度小于10米，测速精度小于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒，服务可用性优于99%，在亚太地区的性能更优。

然而，仅依靠中圆地球轨道/地球静止轨道/倾斜地球同步轨道卫星的导航系统在提升精度、安全性和覆盖范围方面面临重大瓶颈。当前的增强方法也存在局限性，例如地基增强系统覆盖范围有限，在偏远地区和近海难以建设和维护；基于中高轨道卫星的星基增强信号落地电平与现有卫星导航信号相似，且信号功率的持续提升受卫星能耗和重量资源限制。

2. 低轨卫星星座的优势与研究背景

低轨卫星具有落地电平高、信息速率快和地面速度大的特点，其轨道高度比中圆地球轨道/地球静止轨道/倾斜地球同步轨道卫星低20多倍，因此非常适合与中圆地球轨道/地球静止轨道/倾斜地球同步轨道卫星星座互补，自2008年以来，综合定位、导航与授时（PNT）系统的概念成为研究热点。

3. 北斗卫星导航增强系统架构

该系统通过构建合理的低轨卫星星座并广播增强导航信号和消息信息，建立北斗系统的时空基准并提升其性能。系统架构主要包括以下三个部分：
- 空间段 ：由低轨卫星星座和北斗卫星星座组成。低轨卫星星座可依托多个国内商业星座，部分卫星配备导航增强功能和高精度全球导航卫星系统（GNSS）接收机，用于接收北斗下行导航信号，生成时空基准，确定低轨卫星轨道，计算时间同步数据，并广播增强导航信息。