一城一北斗|北斗天空地協同定位監視關鍵技術與應用

申報單位：綜合時空網絡與裝備技術全國重點實驗室

聯合申報單位：

主要完成人：蔚保國、鮑亞川、王振華、李志國、徐如、謝松

一、案例簡介

廣域大范圍天空地協同定位與監視是國際應急救援的重要發展趨勢。我國提出2035年構建中國特色 大國應急體系發展戰略，這一目標實現面臨著“廣袤國土難覆蓋、空天地目標難支持、多重救援力量難協 同”的巨大挑戰。迫切需要充分發揮北斗全球衛星導航+地面移動通信網絡兩大基礎設施一體融合優勢，開展天空地多層空間協同定位監視技術攻關，實現我國廣域應急定位監視裝備創新超越，刻不容緩。項目 團隊歷經八年艱苦攻關，完成了北斗天空地協同定位監視關鍵技術研究與裝備研制，在我國航天、航空、 地面大范圍救援發揮了不可替代的作用。項目形成國內首個天空地協同定位監視系統，解決了我國廣域應 急定位監視領域長期存在的3大痛點：航天目標定位監視與應急搜救手段長期缺乏，目標回收風險高代價 大；通航及直升機廣域范圍定位不連續，監視有盲區，安全存隱患；復雜地面環境定位監控網絡難覆蓋， 無法實施大規模協同有效救援。獲授權專利20項，軟件著作權5項，發表論文31篇，獲定位導航領域學 會及展會獎勵12項。項目填補多項定位監視技術空白，獲評中國科協135項“2019前沿領域科技成果” 之一，促進我國定位監視技術實現了從區域分散管控向天空地體系管控的重大科技進步和跨越。

二、技術方案

北斗天空地協同定位監視系統是從廣域精準、通用普適的定位監視能力構建需求出發，以“北斗

RDSS+RNSS+通信網絡”三合一為核心，研發具有“一體化網絡+多模態終端”特征的北斗天空地協同定 位監視系統。一是面向天、空、地平臺定位管控需求，研發“系列化”微終端，最大程度拓展應用對象與 場景；二是打通北斗位置報告與多體制通信網絡鏈路，構建定位監視“一體化”網絡；三是整合天基地基、 導航通信、前端后臺資源，形成“體系化”天空地協同定位管控能力。項目設計了基于北斗系統的天空地 協同定位監視與管控體系架構，構建基于“一體化網絡+多模態終端”的定位監控系統，打通定位監視“地 域孤島”和“網絡阻隔”,實現針對天空地目標的一體化定位監視與快速協同管控能力。

1)研發航天、航空、地面多模態定位監視終端，依托北斗RDSS構建網云端協同的統一定位監視與

調度系統。支持實現天空地統一的定位態勢管控與分析，并支持協同定位態勢、調度指令向各單元下發。 面向火箭回收任務實現天空地協同定位搜索，將載荷搜尋范圍從2千平方公里減小到0.04平方公里，從火 箭下落到空地聯合搜索啟動的時間由3小時減小到10分鐘，極大程度降低了公共風險，提高了搜索效率。

2)創新北斗RNSS/RDSS定位通信一體化網絡技術，提出了北斗語音短報文新型業務模式，拓展定位 監視與指控業務類型。基于語音信號實時高壓縮優化及信息拼接技術，設計實現了基于RDSS的分幀語音 短報文傳輸。解決了傳統RDSS終端只支持短報文/位置報告傳輸，僅能滿足低限度的應急搜救需要的問題 局限。拓展了北斗RDSS定位監視業務類型，滿足了天空地協同搜索救援中行動指揮、群組協同以及災害 狀態反饋等復雜信息溝通的需求。

基于航天、航空、地面多模態定位監視終端、基于北斗RDSS的通導一體廣域定位監視網絡及云端管 控調度指揮平臺完成系統構建，實現了多個首臺套定位監視終端與能力創新。

三、創新亮點

1)空天目標定位監視：創新地提出了空天復雜運動目標閃拍式定位和短報文自適應回傳機制與方法。 火箭下落時出現的旋轉和姿態翻滾等現象造成信號不連續、發射指向不明、多普勒過大無法入站等難題， 通過多天線聯合信號處理、預測多普勒以及多用戶卡盲發射等策略進行解決，填補了我國空天目標回收定 位監視技術空白。創新提出基于非連續衛星信號接收的閃拍式導航定位策略；創新提出箭載單跟蹤環路多 天線信號同時處理策略；創新提出“接收多普勒計算+多星多普勒預測”相結合的短報文發射頻率入站補 償策略；創新提出“北斗短報文多用戶虛擬卡+多天線盲發+多波束兼容”策略。

2)航空定位監視新技術：將北斗RNSS、RDSS技術應用在機載廣域安全定位監控，突破了北斗信號

抗旋翼遮擋、跨頻段射頻信號收發一纜通、北斗/通信網/ADS-B多源融合安全監控等技術，顯著提升航空 定位監視覆蓋范圍。提出了旋翼遮擋環境下北斗信號收發模型和抗遮擋方法；創新提出了基于短幀結構的 航空定位監視數據壓縮方法與傳輸協議。

3)定位監視混合組網技術：基于北斗RDSS混合組網的廣域+局域協同定位監控網絡技術。打通廣域 北斗位置報告與局域網絡鏈路，實現北斗RDSS與移動自組網、地面移動通信網絡高可靠混合組網，提升 定位監視與協同搜索組網通聯能力。創新提出了北斗RDSS與移動通信/WiFi的混合網絡路由尋址技術； 首次提出基于格基約減的多址干擾消除技術，大幅提升局域定位監視網絡多址接入能力。