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北斗授时系统应用现状与思考
点击次数:1953 发布时间:2014-10-03
  1、北斗授时系统及其他卫星导航系统的发展情况
  
  (1)北斗授时系统按计划完成部署并投入正式运行
  
  回顾北斗系统的发展经历,从2000年10月至2007年2月,共发射了4颗实验卫星,完成了北斗卫星导航试验系统(简称北斗一号)的部署和实验。从2007年4月至今,共发射了16颗卫星,按计划完成了北斗卫星导航系统(简称北斗二代)的区域覆盖。预计到2020年,北斗系统将部署35颗卫星,实现覆盖。
  
  需要特别提及的是近两次在国务院新闻办公室新闻发布厅召开的北斗卫星导航系统新闻发布会。次是在2011年12月27日,我国宣布北斗系统投入试运行服务,并对外发布了空间信号接口控制文件(ICD)测试版本;第二次是在2012年12月27日,我国宣布北斗系统正式投入运行,并对外发布了ICD文件正式版本。北斗系统ICD文件的发布,为国内外相关企业参与北斗应用终端研发提供了必要条件,有效地推动了北斗产业的发展。
  
  (2)发达国家在积极发展自主卫星导航系统
  
  除北斗系统外,目前在用的卫星导航系统还有:美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧盟的Galileo系统。
  
  美国的GPS系统从1978年开始部署,该系统可以为用和民用提供定位导航及授时服务,上世纪90年代初已实现覆盖,的可用性接近。迄今GPS系统的运行时间已达到35年,期间共发射了62颗卫星,目前在轨卫星有32颗。
  
  俄罗斯的GLONASS系统从1982年开始部署,该系统在上世纪90年代中曾短期实现覆盖。后很快经历了一次低谷,在2001年在轨卫星少时只有6颗,直到2008年底在轨卫星重新达到18颗以上。迄今GLONASS系统的运行时间已达到31年,期间共发射了135颗卫星,目前在轨卫星有29颗,范围的可用性已达到99%,俄罗斯境内的可用性接近。
  
  欧洲的Galileo系统在2005年和2008年发射过了2颗实验卫星,在2011年和2012年各发射了2颗卫星,近的4颗卫星组成提供导航服务的小卫星星座。该系统在2013年3月进行了三维定位试验并取得了预期结果,目前每天只有2-3个小时可接收到完整的导航信号。
  
  从各卫星导航系统的覆盖、位置精度因子、卫星寿命等情况来看,GPS系统仍是主流的卫星导航系统。需要指出的是,GPS系统的SA(SelectiveAvailability)技术可以降低局部的授时/定位的精度,而其他卫星导航系统未曾使用该项技术。GPS系统的SA在1991年7月1日启用,虽然已在2000年5月1日取消,但美国一直具备在和局部降低GPS精度的能力,这对于大量使用GPS的其他国家而言,安全性无法得到根本保证,这也是我国及其他各国积极发展自主卫星导航系统的根本原因。
  
  2、通信领域中北斗授时系统的应用需求及现状

  
  (1)北斗授时系统是通信网络安全组网的根本保证
  
  就同步网而言,我国的频率同步网采用的是多基准混合同步方式,即全网部署多个1级基准时钟设备,并且需配置高性能的卫星授时接收机,以保证全网的定时性能。我国的时间同步网则采用分布式组网方式,即在每个时间同步设备上均需配置高性能的卫星授时接收机,以保证全网的时间精度。
  
  就移动通信网络而言,CDMA基站、CDMA2000基站、TD-SCDMA基站等均需要高精度的时间同步,目前是在每个基站上配置GPS授时模块。如果基站与基站之间的时间同步不能达到一定要求,将可能导致在选择器中发生指令不匹配,从而导致通话连接不能正常建立,影响无线业务的接续质量。
  
  在通信网络中使用自主的北斗卫星授时接收机/模块,将根本解决因大量使用GPS授时而导致的全网同步运行及业务网络组网的安全性问题。
  
  (2)北斗授时系统性能可以满足通信网络的需求
  
  基于北斗/GPS双模的授时设备早在2003年进入通信领域,在2008年之前主要提供频率同步服务,此后可同时提供时间同步和频率同步服务。根据近十年的多次测试情况,可以看出北斗设备在正常情况下可以满足通信网中对频率同步和时间同步的要求,尤其是2008年以后生产的北斗设备其性能普遍达到了GPS卫星接收机设备的水平,完全可以满足通信网中各种通信设备对频率同步和时间同步的需求。
  
  需要指出的是,目前在通信领域使用的授时设备均是基于北斗一号研发的产品,北斗二代的产品刚开始进行试验测试。在2013年5月,在对两个厂家的北斗二代产品与一个厂家的GPS产品的定时性能进行了约三周的长期观察后,基本确定北斗二代授时接收机的长期频偏与GPS授时接收机在同一个量级,其漂移噪声模型因算法不同而有所差异,总的看来,北斗二代授时设备的性能已能满足通信领域中的应用要求。
  
  (3)通信网络中的北斗授时系统应用占比还较小
  
  在通信领域中,北斗授时系统在频率同步网、时间同步网、无线通信网内开展了应用。其中,在总计近两千个频率同步设备中,支持北斗授时系统的已有几十个;总计近两千个时间同步设备中,支持北斗授时系统的近千个;在总计近百万个无线通信基站设备中,支持北斗授时系统的约数百个。与GPS授时相比,其所占份额还较小。
  
  与北斗授时系统有关的标准化工作近年来也在逐步展开,尤其在同步网领域,在2009年及以后颁布的多个国内通信标准中,均规定了与北斗授时系统有关的技术内容,但目前仍缺少单独的北斗授时系统方面的标准,与北斗授时系统设备相关的性能及接口要求等大多参照现有的同步设备标准。
  
  3、北斗授时系统在通信领域的应用和推广势在必行
  
  随着我国自主的北斗卫星导航系统在2012年底顺利实现亚太覆盖并正式提供服务,其对我国的政治、经济、战略等均带来了重大和深远的影响。对于我国通信领域而言,北斗授时系统提高了全网通信的安全性,保障各种业务网的可靠运行。
  
  从北斗卫星产业的发展情况来看,在公开ICD文件后,虽然国内北斗芯片厂家将会面临很大冲击,但将推动北斗相关模块、设备厂家的发展,对整个产业链的发展是有利的。
  
  从通信领域中北斗授时系统应用需求及前景来看,北斗二代授时产品在应用场景和抗干扰能力方面也优于北斗一号,北斗二代产品完全可以与GPS产品相抗争。尤其对于一些重要的通信领域,北斗授时系统的应用将全面提升网络的安全性,相对于采用其他国家卫星导航系统,这种优势不可替代。
  
  从各方面来看,北斗系统完全可以满足国内通信网对时频基准信号高性能高可靠性的要求,加快推动北斗授时系统在通信领域的应用已经势在必行。
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