系統概述
北鬥衛星導航系統（以下簡稱北鬥系統）是中國着眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。衛星導航系統以精密時間測量技術為基礎,實現了僞距測量,進而實現定位。
随着北鬥系統建設和服務能力的發展，相關産品已廣泛應用于交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、測繪地理信息、森林防火、通信時統、電力調度、救災減災、應急搜救等領域，逐步滲透到人類社會生産和人們生活的方方面面，為全球經濟和社會發展注入新的活力。
衛星導航系統是全球性公共資源，多系統兼容與互操作已成為發展趨勢。中國始終秉持和踐行“中國的北鬥，世界的北鬥”的發展理念，服務“一帶一路”建設發展，積極推進北鬥系統國際合作。與其他衛星導航系統攜手，與各個國家、地區和國際組織一起，共同推動全球衛星導航事業發展，讓北鬥系統更好地服務全球、造福人類。
發展目标
建設世界一流的衛星導航系統，滿足國家安全與經濟社會發展需求，為全球用戶提供連續、穩定、可靠的服務；發展北鬥産業，服務經濟社會發展和民生改善；深化國際合作，共享衛星導航發展成果，提高全球衛星導航系統的綜合應用效益。
建設原則
自主。堅持自主建設、發展和運行北鬥系統，具備向全球用戶獨立提供衛星導航服務的能力。
開放。免費提供公開的衛星導航服務，鼓勵開展全方位、多層次、高水平的國際交流與合作。
兼容。提倡與其他衛星導航系統開展兼容與互操作，鼓勵國際交流與合作，緻力于為用戶提供更好的服務。
漸進。分步驟推進北鬥系統建設，持續提升北鬥系統服務性能，不斷推動衛星導航産業全面、協調和可持續發展。
基本組成
北鬥系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。
空間段由若幹地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星組成。
地面段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等若幹地面站，以及星間鍊路運行管理設施。
用戶段包括北鬥及兼容其他衛星導航系統的芯片、模塊、天線等基礎産品，以及終端設備、應用系統與應用服務等。
系統建設
發展曆程
中國高度重視北鬥系統建設發展，自20世紀80年代開始探索适合國情的衛星導航系統發展道路，形成了“三步走”發展戰略：
第一步，建設北鬥一号系統。1994年，啟動北鬥一号系統工程建設；2000年，發射2顆地球靜止軌道衛星，建成系統并投入使用，采用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務；2003年，發射第3顆地球靜止軌道衛星，進一步增強系統性能。
第二步，建設北鬥二号系統。2004年，啟動北鬥二号系統工程建設；2012年年底，完成14顆衛星（5顆地球靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星和4顆中圓地球軌道衛星）發射組網。北鬥二号系統在兼容北鬥一号系統技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。
第三步，建設北鬥三号系統。2009年，啟動北鬥三号系統建設；2018年年底，完成19顆衛星發射組網，完成基本系統建設，向全球提供服務；計劃2020年年底前，完成30顆衛星發射組網，全面建成北鬥三号系統。北鬥三号系統繼承北鬥有源服務和無源服務兩種技術體制，能夠為全球用戶提供基本導航（定位、測速、授時）、全球短報文通信、國際搜救服務，中國及周邊地區用戶還可享有區域短報文通信、星基增強、精密單點定位等服務。
發展特色
北鬥系統的建設實踐，實現了在區域快速形成服務能力、逐步擴展為全球服務的發展路徑，豐富了世界衛星導航事業的發展模式。
北鬥系統具有以下特點：一是北鬥系統空間段采用三種軌道衛星組成的混合星座，與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區性能特點更為明顯。二是北鬥系統提供多個頻點的導航信号，能夠通過多頻信号組合使用等方式提高服務精度。三是北鬥系統創新融合了導航與通信能力，具有實時導航、快速定位、精确授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。
建設進展
截至2018年年底，北鬥三号基本系統建成并提供全球服務，包括“一帶一路”國家和地區在内的世界各地均可享受到北鬥系統服務。
工程建設方面：（1）空間段實現全球組網。當前，北鬥一号系統已退役；北鬥二号系統15顆衛星連續穩定運行；北鬥三号系統正式組網前，發射了5顆北鬥三号試驗衛星，開展在軌試驗驗證，研制了更高性能的星載铷原子鐘（天穩定度達到10-14量級）和氫原子鐘（天穩定度達到10-15量級），進一步提高了衛星性能與壽命。
成功發射了19顆組網衛星（其中，18顆中圓地球軌道衛星已提供服務，1顆地球靜止軌道衛星處于在軌測試狀态），構建了穩定可靠的星間鍊路，基本系統星座部署圓滿完成。
（2）地面段實施了升級改造。北鬥三号系統建立了高精度時間和空間基準，增加了星間鍊路運行管理設施，實現了基于星地和星間鍊路聯合觀測的衛星軌道和鐘差測定業務處理，具備定位、測速、授時等全球基本導航服務能力；同時，開展了短報文通信、星基增強、國際搜救、精密單點定位等服務的地面設施建設。
系統運行方面：（1）健全穩定運行責任體系。完善北鬥系統空間段、地面段、用戶段多方聯動的常态化機制，完善衛星自主健康管理和故障處置能力，不斷提高大型星座系統的運行管理保障能力，推動系統穩定運行工作向智能化發展。
（2）實現系統服務平穩接續。北鬥三号系統向前兼容北鬥二号系統，能夠向用戶提供連續、穩定、可靠服務。
（3）創新風險防控管理措施。采用衛星在軌、地面備份策略，避免和降低衛星突發在軌故障對系統服務性能的影響；采用地面設施的冗餘設計，着力消除薄弱環節，增強系統可靠性。
（4）保持高精度時空基準，推動與其他衛星導航系統時間坐标框架的互操作。北鬥系統時間基準（北鬥時），溯源于協調世界時，采用國際單位制（SI）秒為基本單位連續累計，不閏秒，起始曆元為2006年1月1日協調世界時（UTC）00時00分00秒。
北鬥時通過中國科學院國家授時中心保持的UTC，即UTC（NTSC）與國際UTC建立聯系，與UTC的偏差保持在50納秒以内（模1秒），北鬥時與UTC之間的跳秒信息在導航電文中發播。北鬥系統采用北鬥坐标系（BDCS），坐标系定義符合國際地球自轉服務組織（IERS）規範，采用2000中國大地坐标系（CGCS2000）的參考橢球參數，對準于最新的國際地球參考框架（ITRF），每年更新一次。
（5）建設全球連續監測評估系統。統籌中國外資源，建成監測評估站網和各類中心，實時監測評估包括北鬥系統在内的各大衛星導航系統星座狀态、信号精度、信号質量和系統服務性能等，向用戶提供原始數據、基礎産品和監測評估信息服務，為用戶應用提供參考。
服務性能
截至2018年12月，北鬥系統可提供全球服務，在軌工作衛星共33顆，包含15顆北鬥二号衛星和18顆北鬥三号衛星，具體為5顆地球靜止軌道衛星、7顆傾斜地球同步軌道衛星和21顆中圓地球軌道衛星。
應用與産業化
中國積極培育北鬥系統的應用開發，打造由基礎産品、應用終端、應用系統和運營服務構成的産業鍊，持續加強北鬥産業保障、推進和創新體系建設，不斷改善産業環境，擴大應用規模，實現融合發展，提升衛星導航産業的經濟和社會效益。
基礎産品及設施
北鬥基礎産品已實現自主可控，國産北鬥芯片、模塊等關鍵技術全面突破，性能指标與國際同類産品相當。多款北鬥芯片實現規模化應用，工藝水平達到28納米。截至2018年11月，國産北鬥導航型芯片、模塊等基礎産品銷量已突破7000萬片，國産高精度闆卡和天線銷量分别占中國市場30%和90%的市場份額。
建設北鬥地基增強系統。截至2018年12月，在中國範圍内已建成2300餘個北鬥地基增強系統基準站，在交通運輸、地震預報、氣象測報、國土測繪、國土資源、科學研究與教育等多個領域為用戶提供基本服務，提供米級、分米級、厘米級的定位導航和後處理毫米級的精密定位服務。
行業及區域應用
北鬥系統提供服務以來，已在交通運輸、農林漁業、水文監測、氣象測報、通信時統、電力調度、救災減災、公共安全等領域得到廣泛應用，融入國家核心基礎設施，産生了顯著的經濟效益和社會效益。
交通運輸方面，北鬥系統廣泛應用于重點運輸過程監控、公路基礎設施安全監控、港口高精度實時定位調度監控等領域。截至2018年12月，中國超過600萬輛營運車輛、3萬輛郵政和快遞車輛，36個中心城市約8萬輛公交車、3200餘座内河導航設施、2900餘座海上導航設施已應用北鬥系統，建成全球最大的營運車輛動态監管系統，有效提升了監控管理效率和道路運輸安全水平。據統計，2011年至2017年間，中國道路運輸重特大事故發生起數和死亡失蹤人數均下降50%。
農林漁業方面，基于北鬥的農機作業監管平台實現農機遠程管理與精準作業，服務農機設備超過5萬台，精細農業産量提高5%，農機油耗節約10%。定位與短報文通信功能在森林防火等應用中發揮了突出作用。為漁業管理部門提供船位監控、緊急救援、信息發布、漁船出入港管理等服務，全國7萬餘隻漁船和執法船安裝北鬥終端，累計救助1萬餘人。
水文監測方面，成功應用于多山地域水文測報信息的實時傳輸，提高災情預報的準确性，為制定防洪抗旱調度方案提供重要支持。
氣象測報方面，研制一系列氣象測報型北鬥終端設備，形成系統應用解決方案，提高了中國高空氣象探空系統的觀測精度、自動化水平和應急觀測能力。
通信時統方面，突破光纖拉遠等關鍵技術，研制出一體化衛星授時系統，開展北鬥雙向授時應用。
電力調度方面，開展基于北鬥的電力時間同步應用，為在電力事故分析、電力預警系統、保護系統等高精度時間應用創造了條件。
救災減災方面，基于北鬥系統的導航、定位、短報文通信功能，提供實時救災指揮調度、應急通信、災情信息快速上報與共享等服務，顯著提高了災害應急救援的快速反應能力和決策能力。
公共安全方面，全國40餘萬部警用終端聯入警用位置服務平台。北鬥系統在亞太經濟合作組織會議、二十國集團峰會等重大活動安保中發揮了重要作用。
大衆應用
北鬥系統大衆服務發展前景廣闊。基于北鬥的導航服務已被電子商務、移動智能終端制造、位置服務等廠商采用，廣泛進入中國大衆消費、共享經濟和民生領域，深刻改變着人們的生産生活方式。
電子商務領域，中國多家電子商務企業的物流貨車及配送員，應用北鬥車載終端和手環，實現了車、人、貨信息的實時調度。
智能手機應用領域，中國外主流芯片廠商均推出兼容北鬥的通導一體化芯片。2018年前三季度，在中國市場銷售的智能手機約有470款具有定位功能，其中支持北鬥定位的有298款，北鬥定位支持率達到63%以上。
智能穿戴領域，多款支持北鬥系統的手表、手環等智能穿戴設備，以及學生卡、老人卡等特殊人群關愛産品不斷湧現，得到廣泛應用。
國際合作
持續與其他衛星導航系統開展協調合作，推動系統間兼容與互操作，共同為全球用戶提供更加優質的服務。
在中俄總理定期會晤委員會框架下，成立了中俄衛星導航重大戰略合作項目委員會；簽署了中俄政府間《關于和平使用北鬥和格洛納斯全球衛星導航系統的合作協定》《中國北鬥和俄羅斯格洛納斯系統兼容與互操作聯合聲明》，以及《和平利用北鬥系統和格洛納斯系統開展導航技術應用合作的聯合聲明》等成果文件。
圍繞兼容與互操作、增強系統與建站、監測評估、聯合應用等領域設立聯合工作組，開展務實合作，推進10個标志性合作項目并取得階段進展，完成中俄衛星導航監測評估服務平台建設并開通運行，促進兩系統優勢互補、融合發展。
建立中美衛星導航合作對話機制，簽署了系統間《中美衛星導航系統（民用）合作聲明》《北鬥與GPS信号兼容與互操作聯合聲明》，标志着兩系統在國際電聯框架下實現了射頻兼容，北鬥系統B1C信号與GPS系統L1C信号達成互操作；在兼容與互操作、增強系統、民用服務等領域設立聯合工作組，推動合作交流。
成立了中歐兼容與互操作工作組，開展多輪會談；持續推進頻率協調；在中歐空間科技合作對話機制下開展廣泛交流。
國際标準化進展
發布了北鬥系統規範性文件。自2011年起根據北鬥系統建設和應用進展，有計劃、分步驟地拟制了空間信号B1I、B1C、B2a和B3I接口控制文件（ICD），性能規範文件（PS），并通過國務院新聞辦公室新聞發布會等形式對外發布，是北鬥系統提供服務公開承諾的具體表現。
全面開展了民航、海事、移動通信、接收機通用數據格式國際标準化工作。一是國際民航方面，2010年9月中國民航局在ICAO第37屆大會上，正式提交北鬥系統進入ICAO标準申請；2011年1月，ICAO第192次理事會以決議形式，同意北鬥系統逐步進入ICAO标準框架；北鬥為國際民航應用提供B1I、B1C、B2a等3種服務信号的策略獲得認可。
累計參加ICAO導航系統專家組（NSP）10餘次會議，基本完成了北鬥B1I信号标準和建議措施（SARPs）草案核心内容修訂；同時與工業界标準組織航空無線電技術委員會（RTCA）、歐洲民用航空設備組織（EUROCAE）建立了聯系。
二是國際海事方面，2014年11月IMO海上安全分委會（MSC）94次會議完成了北鬥系統作為世界無線電導航系統（WWRNS）的最終認可，北鬥系統成為第三個被國際海事組織認可的世界無線電導航系統；完成了船載北鬥接收機設備性能标準，标準号MSC.379（93）。
通過了支持北鬥的多系統船載導航接收機性能标準，标準号MSC.401（95）；2017年3月IMO航行安全、通信與搜救分委會（NCSR）第4次會議将北鬥寫入海事應用的PNT導則内；2018年5月IMO啟動了北鬥報文服務系統加入全球海上遇險搜救系統（GMDSS）的申請工作。
三是移動通信方面，在第三代合作夥伴計劃（3GPP）、第三代合作夥伴計劃之二（3GPP2）、開放移動聯盟（OMA）等移動通信國際标準化組織中全面推動北鬥标準化工作，第三代、第四代移動通信系統支持北鬥B1I定位業務的24項标準已獲得通過，包括技術标準、功能和性能标準、測試标準，2018年9月3GPPRAN#81次全會通過了啟動B1C信号标準化工作提案。
四是接收機通用數據格式方面，全面啟動了推動北鬥進入國際海事無線電技術委員會（RTCM）、美國國家海洋電子協會（NMEA）、國際GNSS服務組織（IGS）等相關國際組織關于衛星導航接收機國際通用數據标準的工作；推動RTCM第104專業委員會成立北鬥工作組及恢複網絡RTK工作組，中方均任工作組組長。
RTCM10402.X差分電文标準、RTCM10403.X差分電文标準、RTCM10410.1Ntrip差分電文互聯網傳輸标準、RTCM10401.3RSIM差分基準站完備性監測标準等增加北鬥區域信号的修訂工作已基本完成；支持北鬥的NMEA-0183标準完成修訂；2016年1月全面支持北鬥的RINEX3.03版本通過RTCMSC-104會議批準并正式發布。
初步形成了“政産學研用”共同推動的局面。自2010年起，中國衛星導航系統管理辦公室與工信部、中國民航局、交通運輸部海事局等部門密切合作，持續開展北鬥國際标準化工作。
組織中國優勢力量，梳理了北鬥國際标準化工作内容，從總體推進與深化研究、标準技術研究與編制、測試與試驗驗證、國際參會技術協調等方面有序開展工作。此外，中國民航局于2015年成立了推進北鬥衛星導航系統國際标準化與民航應用工作領導小組，全面推進政策研究、規劃制定、技術标準研制、産品研發與應用等工作。
