一城一北斗|北斗天空地協(xié)同定位監(jiān)視關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

申報(bào)單位：綜合時(shí)空網(wǎng)絡(luò)與裝備技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

聯(lián)合申報(bào)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(xié)同定位與監(jiān)視是國際應(yīng)急救援的重要發(fā)展趨勢(shì)。我國提出2035年構(gòu)建中國特色 大國應(yīng)急體系發(fā)展戰(zhàn)略，這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)面臨著“廣袤國土難覆蓋、空天地目標(biāo)難支持、多重救援力量難協(xié) 同”的巨大挑戰(zhàn)。迫切需要充分發(fā)揮北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航+地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)兩大基礎(chǔ)設(shè)施一體融合優(yōu)勢(shì)，開展天空地多層空間協(xié)同定位監(jiān)視技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)我國廣域應(yīng)急定位監(jiān)視裝備創(chuàng)新超越，刻不容緩。項(xiàng)目 團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)八年艱苦攻關(guān)，完成了北斗天空地協(xié)同定位監(jiān)視關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備研制，在我國航天、航空、 地面大范圍救援發(fā)揮了不可替代的作用。項(xiàng)目形成國內(nèi)首個(gè)天空地協(xié)同定位監(jiān)視系統(tǒng)，解決了我國廣域應(yīng) 急定位監(jiān)視領(lǐng)域長期存在的3大痛點(diǎn)：航天目標(biāo)定位監(jiān)視與應(yīng)急搜救手段長期缺乏，目標(biāo)回收風(fēng)險(xiǎn)高代價(jià) 大；通航及直升機(jī)廣域范圍定位不連續(xù)，監(jiān)視有盲區(qū)，安全存隱患；復(fù)雜地面環(huán)境定位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)難覆蓋， 無法實(shí)施大規(guī)模協(xié)同有效救援。獲授權(quán)專利20項(xiàng)，軟件著作權(quán)5項(xiàng)，發(fā)表論文31篇，獲定位導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)W 會(huì)及展會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。項(xiàng)目填補(bǔ)多項(xiàng)定位監(jiān)視技術(shù)空白，獲評(píng)中國科協(xié)135項(xiàng)“2019前沿領(lǐng)域科技成果” 之一，促進(jìn)我國定位監(jiān)視技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從區(qū)域分散管控向天空地體系管控的重大科技進(jìn)步和跨越。

二、技術(shù)方案

北斗天空地協(xié)同定位監(jiān)視系統(tǒng)是從廣域精準(zhǔn)、通用普適的定位監(jiān)視能力構(gòu)建需求出發(fā)，以“北斗

RDSS+RNSS+通信網(wǎng)絡(luò)”三合一為核心，研發(fā)具有“一體化網(wǎng)絡(luò)+多模態(tài)終端”特征的北斗天空地協(xié)同定 位監(jiān)視系統(tǒng)。一是面向天、空、地平臺(tái)定位管控需求，研發(fā)“系列化”微終端，最大程度拓展應(yīng)用對(duì)象與 場(chǎng)景；二是打通北斗位置報(bào)告與多體制通信網(wǎng)絡(luò)鏈路，構(gòu)建定位監(jiān)視“一體化”網(wǎng)絡(luò)；三是整合天基地基、 導(dǎo)航通信、前端后臺(tái)資源，形成“體系化”天空地協(xié)同定位管控能力。項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基于北斗系統(tǒng)的天空地 協(xié)同定位監(jiān)視與管控體系架構(gòu)，構(gòu)建基于“一體化網(wǎng)絡(luò)+多模態(tài)終端”的定位監(jiān)控系統(tǒng)，打通定位監(jiān)視“地 域孤島”和“網(wǎng)絡(luò)阻隔”,實(shí)現(xiàn)針對(duì)天空地目標(biāo)的一體化定位監(jiān)視與快速協(xié)同管控能力。

1)研發(fā)航天、航空、地面多模態(tài)定位監(jiān)視終端，依托北斗RDSS構(gòu)建網(wǎng)云端協(xié)同的統(tǒng)一定位監(jiān)視與

調(diào)度系統(tǒng)。支持實(shí)現(xiàn)天空地統(tǒng)一的定位態(tài)勢(shì)管控與分析，并支持協(xié)同定位態(tài)勢(shì)、調(diào)度指令向各單元下發(fā)。 面向火箭回收任務(wù)實(shí)現(xiàn)天空地協(xié)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(lián)合搜索啟動(dòng)的時(shí)間由3小時(shí)減小到10分鐘，極大程度降低了公共風(fēng)險(xiǎn)，提高了搜索效率。

2)創(chuàng)新北斗RNSS/RDSS定位通信一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了北斗語音短報(bào)文新型業(yè)務(wù)模式，拓展定位 監(jiān)視與指控業(yè)務(wù)類型。基于語音信號(hào)實(shí)時(shí)高壓縮優(yōu)化及信息拼接技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于RDSS的分幀語音 短報(bào)文傳輸。解決了傳統(tǒng)RDSS終端只支持短報(bào)文/位置報(bào)告?zhèn)鬏敚瑑H能滿足低限度的應(yīng)急搜救需要的問題 局限。拓展了北斗RDSS定位監(jiān)視業(yè)務(wù)類型，滿足了天空地協(xié)同搜索救援中行動(dòng)指揮、群組協(xié)同以及災(zāi)害 狀態(tài)反饋等復(fù)雜信息溝通的需求。

基于航天、航空、地面多模態(tài)定位監(jiān)視終端、基于北斗RDSS的通導(dǎo)一體廣域定位監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)及云端管 控調(diào)度指揮平臺(tái)完成系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)首臺(tái)套定位監(jiān)視終端與能力創(chuàng)新。

三、創(chuàng)新亮點(diǎn)

1)空天目標(biāo)定位監(jiān)視：創(chuàng)新地提出了空天復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)閃拍式定位和短報(bào)文自適應(yīng)回傳機(jī)制與方法。 火箭下落時(shí)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)和姿態(tài)翻滾等現(xiàn)象造成信號(hào)不連續(xù)、發(fā)射指向不明、多普勒過大無法入站等難題， 通過多天線聯(lián)合信號(hào)處理、預(yù)測(cè)多普勒以及多用戶卡盲發(fā)射等策略進(jìn)行解決，填補(bǔ)了我國空天目標(biāo)回收定 位監(jiān)視技術(shù)空白。創(chuàng)新提出基于非連續(xù)衛(wèi)星信號(hào)接收的閃拍式導(dǎo)航定位策略；創(chuàng)新提出箭載單跟蹤環(huán)路多 天線信號(hào)同時(shí)處理策略；創(chuàng)新提出“接收多普勒計(jì)算+多星多普勒預(yù)測(cè)”相結(jié)合的短報(bào)文發(fā)射頻率入站補(bǔ) 償策略；創(chuàng)新提出“北斗短報(bào)文多用戶虛擬卡+多天線盲發(fā)+多波束兼容”策略。

2)航空定位監(jiān)視新技術(shù)：將北斗RNSS、RDSS技術(shù)應(yīng)用在機(jī)載廣域安全定位監(jiān)控，突破了北斗信號(hào)

抗旋翼遮擋、跨頻段射頻信號(hào)收發(fā)一纜通、北斗/通信網(wǎng)/ADS-B多源融合安全監(jiān)控等技術(shù)，顯著提升航空 定位監(jiān)視覆蓋范圍。提出了旋翼遮擋環(huán)境下北斗信號(hào)收發(fā)模型和抗遮擋方法；創(chuàng)新提出了基于短幀結(jié)構(gòu)的 航空定位監(jiān)視數(shù)據(jù)壓縮方法與傳輸協(xié)議。

3)定位監(jiān)視混合組網(wǎng)技術(shù)：基于北斗RDSS混合組網(wǎng)的廣域+局域協(xié)同定位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。打通廣域 北斗位置報(bào)告與局域網(wǎng)絡(luò)鏈路，實(shí)現(xiàn)北斗RDSS與移動(dòng)自組網(wǎng)、地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)高可靠混合組網(wǎng)，提升 定位監(jiān)視與協(xié)同搜索組網(wǎng)通聯(lián)能力。創(chuàng)新提出了北斗RDSS與移動(dòng)通信/WiFi的混合網(wǎng)絡(luò)路由尋址技術(shù)； 首次提出基于格基約減的多址干擾消除技術(shù)，大幅提升局域定位監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)多址接入能力。