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    北斗RDSS的前世今生
    创始人2020-07-10

    也就是说,其他卫星导航系统只是告诉你什么时间、在什么地方,而北斗卫星导航系统除了让你知道在什么时间、什么地方之外,还可以将你的位置信息发送出去,使你想告知的其他人获知你的更多信息,解决了何人、何事、何地的问题。具有非常重要的应用价值,北斗短报文在汶川抗震救灾地震中的大量实践就充分展示了其巨大作用和意义。

    最近很多朋友也反映,在北斗三号一系列官方文件中已找不到RDSS服务及相关表述,取而代之的是区域短报文服务(RSMC)和全球短报文服务(GSMC)。

    同时在作者参加的相关会议上,也有人提出相似的问题,还有许多人很疑惑短报文服务和RDSS的关系,也有个别人提出RDSS是短报文服务的一部分的说法!可能依据是北斗卫星导航系统应用服务体系(1.0版),RDSS定位精度包含在区域短报文服务中。

    01.卫星无线电导航的发展历程

    卫星无线电导航创始于20世纪60年代。1960年代美国建设了子午仪系统(Transit) ,苏联开始设计论证蝉(Tsiklon)系统。上述两个系统均不能为用户提供精确的速度与定位信息,稳定性差,因此1973年前后,两国分别提出了GPS和GLONASS方案,基本原理均采用RNSS模式,通过对4颗以上卫星信号的伪距测量和多普勒测量,确定用户三维位置、速度矢量与定位时间。全球卫星导航系统(GNSS)自此逐渐发展起来。

    1983年,北斗系统创始人之一陈芳允院士提出双星定位的构想,这是国内最早基于RDSS的定位设想。同时期,美国科学家奥内尔等人提出建设基于RDSS的地球同步轨道卫星导航系统GEOSTAR,并利用两颗卫星开展了试验工作,1991年GEOSTAR宣布破产。

    中国北斗导航系统的工程建设起步于1994年,与子午仪、蝉系统相比起步晚了30多年,与GPS、GLONASS相比,也晚了20年。时间跨度之大,无论是用户需求还是导航技术均发生了跨时代的变化,但当时国家财力非常不充裕,基本卫星的经费都不能保证,因此北斗系统技术体制的选择需要非常慎重,一步就迈向类似GPS的全球星座不现实。

    北斗系统的起步,身边有两个模板:优秀学生GPS当时风光正盛,没有实现梦想的GEOSTAR的已被拍死在沙滩上;按现在说法,北斗抄作业都不会,在质疑声中义无反顾举起RDSS大旗,在当时大环境下,北斗置于死地而后生,立志创新成为必然。经过不断试验和实践,1994年,国家批准“双星导航定位系统”立项,命名为“北斗一号”。以2颗卫星为代价,建成一个实用化卫星无线定位系统,拉开了以精确测量时间与空间为目标的卫星无线电系统建设序幕。工程目标清楚表明,定位报告与短报文通信是北斗一号的主要业务。面临的理论挑战、技术难题十分突出。

    北斗一号RDSS服务基本过程:卫星位置已知的条件下,可以计算出用户机与两颗卫星的真实几何距离。这样,分别以两颗卫星为球心、用户机至两颗卫星的距离为半径确定两个球面;用户就在这两球面交叉线上;在地面高程已知的情况下,地球表面与上述交叉线有两个交点,一个在南半球,一个在北半球服务区,对于我国用户而言,后者即为用户位置,也就是三球交会定位原理。

    北斗RDSS三球交会定位原理

    2000年,中国成功发射了2颗北斗一号卫星,通过双星定位原理、定位报告业务真正实践了RDSS概念、理论与系统架构。2003年正式建成的北斗一号系统,使得中国成为是世界上第3个拥有自主卫星导航系统的国家。

    通过一系列关键技术的突破与工程化实现,北斗一号取得了世界级创新成果,并形成鲜明特色:

    ② 双向授时精度10ns;

    ④ 定位和报告在同一信道完成,用户知道“我在哪里”,还知道“我们在哪里”;

    (1) 全球第一个RNSS与RDSS技术体制相融合的系统。解决了导航业务、卫星固定业务、卫星移动业务众多网络频率兼容与业务协调。北斗双模用户机受到广大用户青睐,成为卫星导航与通信综合应用的热门装备。

    (2) 全球第一个三轨混合导航星座,按照先服务亚太、再扩至全球的思路,边建边用、突出重点的原则,构建了5颗GEO+5颗IGSO+4颗MEO卫星的混合星座。

    (3)第一个具备三频完整服务能力的导航系统。北斗系统于2012年具备B1、B2、B3完整三频服务能力,与GPS实现L1、L2、L5三频服务计划相比,提前了近10年。

    (4) 丰富和扩展了RDSS服务能力和内涵,利用5颗GEO卫星扩展了RDSS的服务容量;基于RDSS的精密快速定位采用地面中心处理三频观测数据,在2 min的定位报告响应时间内定位精度优于1.0 m。基于RDSS实现了用户快速跟踪与遇险救援报警。系统RDSS定位报告原理,通过用户及中心系统的观测与处理,用户定位报告精度为米级,报告响应时间小于2 s,为用户跟踪、生命救援等应用提供了性能优异的手段。

    北斗三号短报文服务能力得到了极大提升,接收机发射功率降低到 1-3W,单次通信能力提升到 1000 汉字,服务容量提高到 1000 万次/小时以上。(北斗卫星导航系统应用服务体系1.0版)

    附表:北斗系统RSMC服务主要性能指标

    附表:北斗系统GSMC服务主要性能指标

    航线全程位置监视

    口岸出入调度管理

    铁路行业:机车远程监测与诊断系统、铁路沿线自然灾害预警和实时监控

    森林防火、防洪告警、地质监测

    简短通信

    人生路必曲,仍须立我志。竭诚为国兴,努力不为私。