科学出版社|北斗：我国自主全球卫星导航系统
世界各航天强国都在加速研制和发展自己的卫星导航系统 。 经过数十年的发展 ， 全球卫星导航系统（GNSS）呈现出“百花齐放、百家争鸣”的景象 ， 以美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟伽利略卫星导航系统（GSNS）和中国的北斗卫星导航系统（BDS ， 以下简称“北斗系统”）为代表的全球四大卫星定位系统 ， 已形成同台竞技的格局 。
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北斗系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展的需要 ， 自主建设、独立运行 ， 并与世界其他卫星导航系统兼容的全球卫星导航系统 ， 可在全球范围全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、测速、授时服务 。 完成“三步走”全部建设任务的北斗系统 ， 是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施 。 
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根据《中国北斗卫星导航系统》白皮书的要求 ， 北斗全球系统的建设目标是建成独立自主、开放兼容、安全可靠、技术先进、突出重点区域的世界一流卫星导航系统 。 为实现该目标 ， 我国需要持续建设完整的星座系统 ， 进一步提高卫星原子钟性能 ， 增强系统自主运行能力 ， 重点在性能指标的提高、技术体制的创新、用户体验的优化等方面持续攻关 。
导航信号高可靠、高可用技术
服务可靠性主要指服务的可用性、连续性、完好性 ， 是衡量系统提供可靠、稳定、连续服务的重要指标 。 服务可靠性不仅与用户段使用的环境和条件有关 ， 还与空间段星座的性能、单星可靠性及控制段导航业务运行的控制能力、卫星运行的管理能力密切相关 。 要建成一流的卫星导航系统、提供一流的系统服务 ， 卫星系统、地面运控系统、测控系统除了要满足常规的功能、性能指标要求外 ， 还必须满足服务可靠性提出的相关要求 。
目前 ， GPS的非计划中断时间可优于2次/（年·星） ， 北斗导航卫星的研制将重点在信号可靠性上发力 ， 力争2020年后实现非计划中断指标0.4次/（年·星） ， 2030年前后实现非计划中断指标0.12次/（年·星） ， 使卫星的研制水平达到高可靠和高可用 ， 并经得起用户和历史的检验 。 为突破该项技术 ， 短期来看 ， 我国必须加大时频系统连续稳定无缝切换技术、导航信号连续可用技术的攻关力度 。 时频系统连续稳定无缝切换技术包括时间信息自主恢复技术、原子钟自主无缝切换技术及秒脉冲自主恢复技术 ， 采用这些关键技术可以实现时频系统故障下导航信号的连续性 。 导航信号连续可用技术还包括下行大功率链路故障自主诊断、隔离及快速恢复技术 ， 导航任务处理机故障自主诊断、隔离及快速恢复技术等 ， 突破这些关键技术 ， 可以实现整个卫星导航信号的连续、可用 ， 降低虚警率和漏警率 。 为实现2030年非计划中断指标的要求 ， 还需系统地提升平台和载荷的可靠性 ， 并进一步提升故障情况下快速切换及自主恢复的能力 。
长时间自主运行技术
通常情况下 ， 地面系统需对导航卫星进行维护 ， 并定期向卫星发送高精度的时间和空间信息 ， 这样卫星才能为用户提供高精度的导航服务 。 自主运行技术是指在特殊情况下 ， 卫星在与地面系统失去通信联系后 ， 仍具有较高精度的导航服务能力 。 为此 ， 导航卫星发展了自主导航、平台自主运行及自主健康管理技术 。 自主导航技术利用星间测距、通信及统一的自主导航算法 ， 可实现星座各卫星间的时间同步及星历的自主生成；平台自主运行技术利用平台各分系统的敏感器 ， 获得卫星当前状态和空间环境状态 ， 再由星载处理软件处理、比对、计算数据 ， 然后自主确定各执行器的相应动作 ， 从而维持卫星系统的正常运行；自主健康管理技术使用星载计算机 ， 综合分析各种遥测参数 ， 自主监测并识别出异常的设备 ， 进而通过指令控制 ， 将异常单机切换为冷备份或热备份设备 ， 从而保证星上设备工作的连续性和完好性 。
目前的自主运行方案 ， 可以保证卫星在无地面系统支持的情况下 ， 在60天内提供连续、较高精度的导航信号 。 2030年前后的目标是实现180～360天或更长时间的自主运行 。 未来将通过引入更高的天文基准（如更高精度的原子频标、星间测距通信装置） ， 进一步改进自主导航的算法 ， 以实现更高精度的自主星历生成和时间同步 。 卫星平台通过引入新的敏感器和执行器 ， 并持续改进控制算法 ， 可增强平台自主运行的鲁棒性；进一步加强卫星的可靠性设计和抗空间环境设计 ， 可增强卫星的自主运行能力 。 在自主健康管理方面 ， 需深入研究设备的无缝切换、切换后数据的迅速恢复技术 ， 尽量缩短导航信号的中断时间 。 可以预见 ， 导航卫星未来将实现更长时间的自主运行 ， 形成更高精度的导航信号播发能力 。
基于激光星间链路的测距与通信网络技术
为了满足对天基信息网络和高精度空间测量日益增长的需求 ， 基于激光的星间链路的研究获得广泛支持 。 未来利用激光星间链路 ， 可实现亚厘米级的高精度测距 ， 以及不低于千兆速率的高可靠、高实时、高安全的信息传输 。 而多颗配备激光终端的卫星在高性能路由器的支持下 ， 可构建起高吞吐量的空间骨干网 。 总之 ， 通过搭载激光星间链路 ， 可大幅增强导航卫星的测距与数据传输功能 ， 但要达到这个目标 ， 仍需攻克一些关键技术 。
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