编者按
上海是北斗卫星导航系统建设参与度最高、时间最早的省市之一，相关单位先后参与了北斗基础设施研发和建设，北斗卫星的“心脏”“大脑”和“眼睛”在上海研制，首颗新一代北斗导航卫星诞生在上海，已建成从“全国一张网”到“星地一体”高精度时空服务系统，引领北斗导航进入高精度时代。本期介绍上海在北斗基础设施建设中的主要贡献。
上海自年开始参与北斗系统建设，北斗“三步走”计划中处处都有上海科技工作者的身影。
我国首颗新一代北斗导航卫星、北斗系统的时间频率系统、信息处理系统、激光测距系统、地面增强系统的研发和建设单位都在上海，可以说，上海以特有的科学研究创新能力和技术创新能力深度参与了北斗系统的建设。
首颗新一代北斗导航卫星｜诞生在上海
FIRSTROUND
“承国家之志，铸时代新星”，上海微小卫星工程中心自年起参与北斗关键技术攻关和系统建设工作，历时13年完成首颗及第五颗新一代北斗导航卫星、10颗北斗三号MEO卫星的研制和发射，为北斗系统建设做出了突出贡献。
中科院微小卫星创新研究院研制的北斗三号MEO卫星
首颗新一代北斗导航卫星于年3月30日在西昌卫星发射中心成功发射。该星凝聚了中科院上海技术物理研究所、上海硅酸盐研究所、上海天文台、上海航天技术研究院、上海航天电子有限公司等多家上海单位的研究成果，突破了数十项关键技术，重点突破了氢原子钟、20ps无缝时频切换、导航星座ka相控阵星间链路等国际先进技术，实现了“一星通、星星通”，奠定了北斗系统全球组网的技术基础，标志着北斗系统从区域向全球拓展的启动实施。
北斗系统
核心研发在上海
RESEARCHANDDEVELOPMENT
北斗系统的“心脏”、“大脑”和“眼睛”皆由上海天文台设计研制。
时间频率系统是北斗系统的“心脏”，为地面运控系统提供基准时频信号。从北斗一号开始，上海天文台研制的时间频率系统一直为北斗系统提供连续、稳定的时间频率信号，实现北斗系统时间（BDT）的产生和保持，完成BDT和军用时频系统时间的对比、同步和溯源，形成北斗时。
年7月31日，上海天文台研制的星载氢原子钟
在人民大会堂参加北斗系统建设发展成果展
星载氢原子钟是时间频率系统的核心设备，是导航卫星配置的性能最高的原子钟，其性能指标直接决定了导航系统的定位精度，使高精度导航定位成为可能。上海天文台年成功研制的23kg级星载氢原子钟并随新一代北斗导航卫星上天应用，实现了我国首台星载氢钟的在轨应用。在北斗三号全球系统中，16台正样产品成功应用到北斗三号组网卫星，性能指标达到国际先进水平。
上海天文台研制的被动型星载氢原子钟
信息处理系统是北斗系统的“大脑”，负责向用户提供时间和空间服务所需的广播电文。针对我国卫星导航系统的特有设计，上海天文台提出了精密定轨、时间同步、电离层建模、广域差分与精密定位等一系列创新技术，实现了国际上第一个集基本导航、星基增强与精密定位融合为一体的卫星导航信息处理技术，解决了制约北斗系统向区域及全球用户提供高精度时空参数服务的难题，信息处理精度与国际先进卫星导航系统相当，保证了北斗性能的国际领先。
信息处理系统基本功能组成
激光测距系统是北斗系统的“眼睛”。卫星激光测距是通过地面向卫星发射激光信号，像一把独立的“量天尺”，让两个点通过一束光相连，精确测量卫星到地面台站距离，是卫星测轨精度最高的测量技术，测距精度达厘米、亚厘米级，甚至毫米级。
卫星激光测距原理图
年上海天文台建成了1米口径激光测距系统和国内首套具备全天时可移动式激光测距系统，提供了高精度“量天尺”。通过独立地开展激光测距，获取了卫星精密距离信息，为北斗卫星精密定轨和时间同步等提供重要支撑，保障北斗系统的高精度定位、授时服务性能和水平。
北斗卫星专用地面激光观测网
从“全国一张网”到“星地一体”
导航进入高精度时代
HIGH-PRECISION
为构建空天一体的北斗高精度位置服务平台，以满足国家、行业、大众市场对精准位置服务的需求，促进我国北斗高精度应用和全球推广，中国卫星导航系统管理办公室于年11月启动了我国“北斗地基增强系统”（即“全国一张网”）的建设任务，而这项光荣的任务最终也落地在上海。年5月，中国兵器和阿里巴巴分别与上海市人民政府签署战略合作框架协议，同时中国兵器与阿里巴巴协议共同出资组建成立千寻位置网络有限公司，负责“全国一张网”的建设和运营。
按照“统一规划、统一标准、共建共享”的原则，至年底，“全国一张网”建成了超过个北斗地基增强站，突破了多项核心技术，建成了全球规模最大的卫星导航高精度服务平台——北斗高精度位置服务平台，提供全国范围内动态厘米级、静态毫米级的北斗高精度定位增强服务，以及全球范围内的加速定位服务，目前“全国一张网”站网平均可用率高达99.5%。
全球北斗地基增强站分布图
“全国一张网”所提供的精准时空服务能力已广泛应用于智能驾驶、智能手机、共享出行、无人机及各类智能IoT设备，基础服务累计用户超过8亿，平均日活跃用户超过1.4亿。同时，以“全国一张网”为支撑的城市级时空智能操作系统，可独立部署并服务于城市智能治理和公安、电网、农业、交通、水利、应急救灾等战略性行业。
年5月，在中国卫星导航系统管理办公室、上海市政府、中国兵器、阿里巴巴的推动和支持下，千寻位置在沪发布“天音计划”——“星地一体”高精度时空服务。“天音计划”由国家北斗地基增强系统“全国一张网”、星基增强系统、“星地一体”融合能力及千寻位置的全球站网系统构成，为用户提供高精度、高可靠、实时无缝的高精度时空服务，打造全球卫星导航领域的中国方案。
千寻位置在沪正式发布星地一体高精度时空服务
——“天音计划”
“天音计划”采用地球同步轨道卫星和互联网双路播发，为包括沙漠、海洋、高空等无网络覆盖区域、网络覆盖断续的区域提供7×24小时高可用的动态厘米级定位服务，目前该服务已实现全球覆盖。随着上海在北斗“星地一体”增强系统基础设施建设及能力打造的进一步布局，上海在全球时空智能产业的核心地位将进一步凸显。
“天音计划”星地一体高精度时空服务范围
中移上海产业研究院结合5G网络优势，深度布局高精度定位及北斗短报文两大核心能力，通过云（时空基础设施云平台）网（北斗地基增强网、北斗三代卫星网）协同，全面支撑数智化转型升级。联合中国兵器集团共同构筑北斗三号短报文民用服务体系，首次实现北斗短报文系统同移动通信系统的互通，打造星基物联网底座与应急通信服务体系。年底，中国移动作为目前唯一一家获批的通信运营商被授予“交通强国试点”单位，重点开展5G智能交通基础设施建设（含北斗高精度、北斗三号短报文应用）。目前，中国移动5G+北斗高精度定位已在精准城市治理（测量测绘、监测检测、智慧园区）、智能交通（智慧公交、智慧航道、智慧高速、智慧港口）、无人系统（精准农机）、大众消费（共享单车）、航空（无人机）、短报文通信等场景开展商用落地示范，系统总调用次数已超73亿次。
中国移动5G+北斗高精度定位覆盖图
中国移动发布全球最大的5G+北斗高精度定位系统
“不积跬步无以至千里”，上海的科技工作者和“北斗人”们，牢记使命和担当，在自己的岗位上辛勤耕耘，在北斗事业中无私奉献，在构建基于北斗的国家综合定位、导航、授时体系的新征途上砥砺奋进，继往开来！
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