文｜杨菠 王瑞巍

中国信息通信研究院融合创新研究中心

关键字：北斗卫星导航；北斗短报文；新一代信息技术；技术融合

一、前言

2020年7月，中国北斗三号全球卫星导航系统正式开通，标志着我国已建成具备全球覆盖能力的卫星导航系统。北斗卫星导航系统是着眼国家安全和经济社会发展需要，自主研制、独立运行的卫星导航系统，可为全球用户提供陆、海、空、天高精度、全覆盖、全天候、全天时的定位、导航与授时服务的国家重要空间基础设施。

北斗卫星导航系统研发起步较晚，但北斗系统几十年来却已经逐渐赶超，并且具有自己鲜明的技术特色。北斗系统的特色在于短报文服务，是通信系统与导航系统的结合。北斗短报文服务具备地面4G/5G无线通信网络和传统通信卫星所不具备的独特优势，如连续覆盖、价格低廉、抗干扰强、实时可靠等，将大大推进卫星通信服务经济生活进程。

覆盖全球具备高精度定位、授时、导航和短报文通信功能的北斗卫星导航系统已成为我国新一代信息技术（5G、人工智能、云计算、大数据、物联网和区块链）的核心支撑和创新驱动。新一代信息技术可以利用自主可控的北斗卫星导航系统增强自身安全能力和功能拓展能力，并与北斗系统融合发展、互相促进。以下分析北斗卫星导航系统与新一代信息技术的融合创新应用方向。

二、北斗系统与5G融合，构建天地一体的时空安全体系

当前5G移动通信网络已确立为新一代国家信息基础设施，肩负支撑国家经济发展与社会安全双重任务，5G移动通信网络的建设运营必须坚持走自主可控的道路。获取准确可靠的时空信息是5G网络建设必要前提。GPS卫星信号受到无意或有意干扰导致失效的情况越来越多，如果5G通信基站还依赖GPS获取时空信息就存在重大安全隐患。

首先，地基的5G通信网络同步、授时和定位应尽早采用北斗导航完全替代GPS。在此基础上，建立一套5G通信网络时空服务监测评估网络来确保5G网络“端到端”的时钟同步、网元位置信息的准确可靠，感知各种干扰与恶意攻击，从而提高监测网络覆盖范围内5G系统的鲁棒性和抗干扰能力，为特殊情况做好准备。

其次，天基的北斗时空基准网络为5G通信网络提供高精度的同步、时钟和位置基准服务的同时，地基5G通信网络可以对接收到的北斗信号进行监控，将监控结果数据通过5G通信网络的传输网络发送到“北斗时空服务监测数据中心”存储历史数据，形成大数据资源，通过机器学习对当前监测数据进行分析，发现问题提早预警，建立一个广域北斗服务监测体系，构建天地一体时空安全体系，将中国国家时空安全提升到全球领先地位。

三、北斗系统与人工智能融合，加速推进智能化、无人化平台发展

北斗卫星导航系统是天基定位导航授时系统，也是重要的时空信息感知手段。当前人工智能的热点是深度学习，机器通过对数据的学习，获得类似人类的能力如态势感知、语言识别、图像判断等。从更加深远广阔的角度看，两者均为现代化的时空信息技术与服务体系中不可分割的组成部分。结合两者的优势已在诸多行业和方向中有了一定的探索发现，取得了一定的成绩。

北斗卫星导航系统可为自动驾驶、机器人、无人车、无人机、无人潜航器等多种多样的无人应用平台提供精确时空信息；人工智能则是基于图像信息、雷达信息、地形地貌等对无人系统所处周围环境进行目标检测，并结合精确时空信息和储存的地图信息为控制决策提供基础，并可以基于强化学习等实现无人系统的控制决策。

精准可靠的时空信息在智慧城市领域同样不可缺少，车辆交通信息，地下管网位置，物流调度信息，人员流动信息都要借助北斗卫星导航系统。人工智能系统代替人类来实时处理智慧城市的海量数据，可以大大提高城市的运作效率和绿色减排，比如智能决策对交通灯时长进行调控提升交通效率；智能系统自主定位地下管网故障节点降低故障处理时间；智能网联汽车系统使出行安全快捷；基于个人定位终端预测人流走向，评估风险。

四、北斗系统与云计算大数据融合，利用云技术管好用好北斗大数据

亚马逊AWS、微软Azure已开始部署卫星云计算市场，云计算将是各国空间实力的一个赛点。2018年亚马逊AWS就与多家卫星公司合作，采用其提供的地面云计算基础设施来存储、分析和传输卫星数据，大幅度减少了数据传输延时，同时提供了充足的算力保障。

北斗卫星导航系统、云计算、大数据都是新基建的重要组成部分。云计算不仅能为卫星网络提供虚拟化资源，还将以云原生为技术体系全面提升网络和算力能力水平，“北斗在天，服务在地”。北斗系统运营服务每时每刻产生着海量数据，如北斗导航卫星在轨运行数据、北斗星间链路传输数据、北斗星地互通数据、北斗地面设施之间传输数据、终端用户上报信息和终端行迹数据等。通过数据采集、数据流处理、数据存储形成高价值运营大数据，再通过各种数据分析手段（如运筹优化、人工智能等）将其用于“可视管理”“调度决策”“资源优化”“异常预警”等领域提高北斗系统的运行管理能力，更大程度发挥北斗卫星资源使用效率，更好服务国民经济千行百业。云计算、大数据技术可以将分散于不同部门和不同行业的数据资源整合起来，实现资源的统一纳管，高效利用，服务的弹性伸缩、按需获取，管控的体系运维、智能提升。

五、北斗系统与物联网融合，短报文撑起覆盖全球物联网数据回传

短报文是北斗注册用户通过北斗星座与其他用户建立无线通信链接。不同级别的北斗卡可得到不同类别的服务，普通用户通信频率是120 汉字/次；三级北斗卡发送短报文的时间频率是1分钟一次。根据需求，可选择两种数据类型的短报文服务，一种为通常汉字通信采用ASCII 码的方式，另一种是BCD 码方式。随着北斗三号系统的开通，短报文通信服务也迎来功能全面升级，区域服务容量提高到每小时1000万次，信息发送能力从120个汉字/次提升到了1000个汉字/次，此外，北斗三号系统还可支持发送图片与声音等多媒体信息。

物联网指通过各种激光扫描器、红外感应器、信息传感器、定位装置、射频识别等各种装置和技术，实时采集需要监控、连接、互动的物体和过程，采集其电、力、化、声、光、热、生物、位置等各种信息，通过各种可用接入网络，实现物与人、物与物的泛在互联，从而实现实物与过程的智能化感知、识别及管理。作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网技术正在推动世界迈向万物互联时代。

物联网的一个关键技术难题就是如何把采集的数据回传到物联网数据中心，如NB-IoT、LoRa、Wi-Fi 6这些先进无线传输技术单个发射基站只能覆盖从几十米到几千米，如果要做到超大面积覆盖如一个城市，就只能采用蜂窝方式建设基站网络，此方式成本巨大，并且在无人荒漠和海洋无法实施。

北斗系统通信导航结合的短报文为全世界独有，随着北斗三号系统核心星座部署完成，北斗三号短报文通信服务也迎来功能的全面升级，将高容量、大传输量、小型化、低功耗的北斗三号短报文服务用于广泛覆盖物联网数据回传，可提供一种高可靠，低成本，易部署的物联网解决方案。只要北斗系统信号覆盖的区域就可以快速部署物联网，这就解决了在广袤无人区、海外基地和海洋部署物联网的难题。

六、北斗系统与区块链融合，夯实我国网信安全时空基石

2020年国家发改委将区块链技术纳入信息基础设施的新技术基础设施中。区块链作为一项新兴技术，一方面，能够推动数字经济下的数据要素流通，有效解决了数据要素流通的数据确权和数据共享、共治的问题。另一方面，区块链能够提高“新基建”中网络安全能力，利用身份验证保护边缘设备、提升数据的保密性和完整性。目前区块链已在航天、环保、金融、司法、行政执法、公安等领域使用，为各行各业守护全流程数据真实。当前区块链技术推广中最大风险还是其安全性，区块链与北斗卫星导航系统进行融合，不仅使用精准时间戳记录数据产生时间，而且可以同时采用北斗定位芯片来记录数据产生服务器所在的空间坐标，即同时在时空两个维度证明上链前后数据的真实性。在区块链时间戳上添加北斗定位信息，这一做法的确能大大提升数据真实性，区块链技术与北斗定位结合是首创，是两大中国技术相结合的一大创新。

七、结束语

目前，北斗系统在应用和产业化方面不断迈上新台阶。随着5G移动通信时代的到来，北斗系统正与大数据、云计算、人工智能、区块链及新一代通信等新技术快速融合，北斗卫星导航应用的新模式、新业态、新经济不断涌现。北斗卫星导航相关产品正广泛应用于交通运输、水文监测、测绘地理信息、气象预报、海洋渔业、森林防火、电力调度、通信时统、应急搜救、救灾减灾等领域，逐步渗透到生产生活中的方方面面，为经济社会发展注入新血液。北斗全球卫星导航系统是新基建的守护者，是经济发展的新动力，是提高人们获得感的新抓手，是中国向全世界展示科技实力的一张亮丽名片。