一城一北斗|北斗天空地协同定位监视关键技术与应用

申报单位：综合时空网络与装备技术全国重点实验室

联合申报单位：

主要完成人：蔚保国、鲍亚川、王振华、李志国、徐如、谢松

一、案例简介

广域大范围天空地协同定位与监视是国际应急救援的重要发展趋势。我国提出2035年构建中国特色 大国应急体系发展战略，这一目标实现面临着“广袤国土难覆盖、空天地目标难支持、多重救援力量难协 同”的巨大挑战。迫切需要充分发挥北斗全球卫星导航+地面移动通信网络两大基础设施一体融合优势，开展天空地多层空间协同定位监视技术攻关，实现我国广域应急定位监视装备创新超越，刻不容缓。项目 团队历经八年艰苦攻关，完成了北斗天空地协同定位监视关键技术研究与装备研制，在我国航天、航空、 地面大范围救援发挥了不可替代的作用。项目形成国内首个天空地协同定位监视系统，解决了我国广域应 急定位监视领域长期存在的3大痛点：航天目标定位监视与应急搜救手段长期缺乏，目标回收风险高代价 大；通航及直升机广域范围定位不连续，监视有盲区，安全存隐患；复杂地面环境定位监控网络难覆盖， 无法实施大规模协同有效救援。获授权专利20项，软件著作权5项，发表论文31篇，获定位导航领域学 会及展会奖励12项。项目填补多项定位监视技术空白，获评中国科协135项“2019前沿领域科技成果” 之一，促进我国定位监视技术实现了从区域分散管控向天空地体系管控的重大科技进步和跨越。

二、技术方案

北斗天空地协同定位监视系统是从广域精准、通用普适的定位监视能力构建需求出发，以“北斗

RDSS+RNSS+通信网络”三合一为核心，研发具有“一体化网络+多模态终端”特征的北斗天空地协同定 位监视系统。一是面向天、空、地平台定位管控需求，研发“系列化”微终端，最大程度拓展应用对象与 场景；二是打通北斗位置报告与多体制通信网络链路，构建定位监视“一体化”网络；三是整合天基地基、 导航通信、前端后台资源，形成“体系化”天空地协同定位管控能力。项目设计了基于北斗系统的天空地 协同定位监视与管控体系架构，构建基于“一体化网络+多模态终端”的定位监控系统，打通定位监视“地 域孤岛”和“网络阻隔”,实现针对天空地目标的一体化定位监视与快速协同管控能力。

1)研发航天、航空、地面多模态定位监视终端，依托北斗RDSS构建网云端协同的统一定位监视与

调度系统。支持实现天空地统一的定位态势管控与分析，并支持协同定位态势、调度指令向各单元下发。 面向火箭回收任务实现天空地协同定位搜索，将载荷搜寻范围从2千平方公里减小到0.04平方公里，从火 箭下落到空地联合搜索启动的时间由3小时减小到10分钟，极大程度降低了公共风险，提高了搜索效率。

2)创新北斗RNSS/RDSS定位通信一体化网络技术，提出了北斗语音短报文新型业务模式，拓展定位 监视与指控业务类型。基于语音信号实时高压缩优化及信息拼接技术，设计实现了基于RDSS的分帧语音 短报文传输。解决了传统RDSS终端只支持短报文/位置报告传输，仅能满足低限度的应急搜救需要的问题 局限。拓展了北斗RDSS定位监视业务类型，满足了天空地协同搜索救援中行动指挥、群组协同以及灾害 状态反馈等复杂信息沟通的需求。

基于航天、航空、地面多模态定位监视终端、基于北斗RDSS的通导一体广域定位监视网络及云端管 控调度指挥平台完成系统构建，实现了多个首台套定位监视终端与能力创新。

三、创新亮点

1)空天目标定位监视：创新地提出了空天复杂运动目标闪拍式定位和短报文自适应回传机制与方法。 火箭下落时出现的旋转和姿态翻滚等现象造成信号不连续、发射指向不明、多普勒过大无法入站等难题， 通过多天线联合信号处理、预测多普勒以及多用户卡盲发射等策略进行解决，填补了我国空天目标回收定 位监视技术空白。创新提出基于非连续卫星信号接收的闪拍式导航定位策略；创新提出箭载单跟踪环路多 天线信号同时处理策略；创新提出“接收多普勒计算+多星多普勒预测”相结合的短报文发射频率入站补 偿策略；创新提出“北斗短报文多用户虚拟卡+多天线盲发+多波束兼容”策略。

2)航空定位监视新技术：将北斗RNSS、RDSS技术应用在机载广域安全定位监控，突破了北斗信号

抗旋翼遮挡、跨频段射频信号收发一缆通、北斗/通信网/ADS-B多源融合安全监控等技术，显著提升航空 定位监视覆盖范围。提出了旋翼遮挡环境下北斗信号收发模型和抗遮挡方法；创新提出了基于短帧结构的 航空定位监视数据压缩方法与传输协议。

3)定位监视混合组网技术：基于北斗RDSS混合组网的广域+局域协同定位监控网络技术。打通广域 北斗位置报告与局域网络链路，实现北斗RDSS与移动自组网、地面移动通信网络高可靠混合组网，提升 定位监视与协同搜索组网通联能力。创新提出了北斗RDSS与移动通信/WiFi的混合网络路由寻址技术； 首次提出基于格基约减的多址干扰消除技术，大幅提升局域定位监视网络多址接入能力。