地基增强系统作为提升卫星导航系统服务质量的高效、可靠手段，得到了GNSS全球各界的公认，已经成为GNSS领域的重要发展方向。目前，我国正在推进北斗地基增强系统的建设，积极破解北斗在本土与其他GNSS系统同质化竞争的难题。

　　当前，各种基于位置的服务（LBS）发展迅速，车联网、物联网、移动互联、穿戴式设备等新兴产业快速崛起，其共同点之一是对精准空间位置信息的追求。上世纪90年代初，以美国GPS为代表的卫星导航技术为世界提供了相比于传统手段更为便捷与精准的空间位置信息获取手段。经过20多年的发展，BDS、Galileo等全球卫星导航系统相继出现，用户不仅可以选择获取空间位置信息的卫星导航系统，还可以将其组合使用。但无论是单一系统还是多系统组合，卫星导航系统提供的空间位置精度没有发生数量级的变化，只是从原来的10米左右提高到了5米左右。可以认为，卫星导航系统在上述新兴产业的产生及发展初期发挥了重要作用，但随着对空间位置信息精度需求的愈发严苛和技术的快速进步，在没有其他有效替代手段的前提下，卫星导航系统定位精度不高逐渐成为制约上述新兴产业发展的因素之一。为此，挖掘并提升卫星导航系统以定位精度为核心的服务性能，摆脱现阶段GNSS同质化的竞争局面，已经成为GNSS供应商关注的焦点和重点。

　　原理与概念

　　地基增强系统主要指利用精确坐标已知的基准站网，对卫星导航系统的空间信号各类误差进行校准，大幅提升用户定位精度等服务性能的GNSS基础设施系统。误差校准信息可以通过地面移动通信、数字广播等手段进行发播，亦可通过卫星手段进行播发或转发，即所谓地基播发和天基播发。地基增强系统中的“地基”主要指基准站（增强源）在地面。

　　事实上，按照上述概念和定义，在上世纪末全球兴起的基于GPS/GLONASS的全球连续基准站（CORS）属于地基增强系统，但CORS受限于播发手段、用户容量、成本、管理等多种因素，仅服务于测绘、城建、地震等专业行业，未实现大众和交通等更广泛行业、更大规模的普及应用。本文提到的北斗地基增强系统具有以下基本特点：一是提供从米级到厘米级的多种精度层次，满足多种用户需求；二是提供多种播发与增强信息接收手段，满足不同用户需求；三是主要以广播模式为主，确保用户容量不受限制，满足规模用户使用的需求；四是从终端到服务的成本一定要低，确保用户能够用得起。

　　国外发展现状与趋势

　　自从上世纪90年代开始，为应对GPS在民用领域采用的SA政策，提高GPS的定位精度，差分增强的技术和基础设施得到了迅猛发展。GPSSA政策取消后，世界主要国家对卫星导航地基增强技术研发与系统建设和发展依然极为重视，竞相发展卫星导航地基增强系统以及包括星基在内的各种播发技术。

　　美国是最早开展卫星导航增强技术研究与系统建设的国家，也是目前卫星导航增强系统建设最多，应用最广泛，系统最典型的国家。截至目前，美国相继发展建设了多个GPS增强系统，形成了区域和全球、地基和天基、公益和商业竞相发展的局面。

　　欧、英、德、加、澳等国家或地区都建有多功能的GNSS增强系统，且还在持续快速发展。欧洲EGNOS系统由欧空局、欧盟和欧洲航空安全组织联合规划，向欧洲及周边地区的用户发送GPS和GLONASS的广域差分改正数和完好性信息，相关服务已经得到国际民航认证。英国、德国、加拿大以及澳大利亚都建有自己的增强系统。

　　日、印、俄都在竞相发展各自具有星基播发的增强系统，助力本国卫星导航的建设与应用，对我国卫星导航高精度市场形成了包围态势。日本气象局和交通部组织实施了基于两颗多功能卫星的GPS星基增强系统MSAS，主要为日本飞行区的飞机提供全程通信和导航服务。印度航空机构和太空研究组织已开始计划实施星基增强系统（GAGAN），建成后将改善印度的空中交通安全状况。俄罗斯航天局建设了差分校正与监测系统（SDCM），可通过互联网、电视通道和蜂窝网络向用户实时提供GLONASS和GPS的差分校正信息。

　　国外地基增强系统的发展经历了多个发展阶段，形成了多种发展模式，为北斗地基增强系统提供了宝贵的发展经验与教训。

　　发展地基增强系统是提升卫星导航系统服务质量的高效、可靠手段。目前，仅靠卫星导航自身来提高其服务的可靠性和精度成本高、技术复杂，选择低成本的地基增强手段来提高卫星导航系统的服务质量已经成为世界主要国家的共识。地基增强在卫星导航系统精度、完好性增强等方面具有低成本、见效快、高可靠等诸多优点。

　　构建国家地基增强服务体系满足多种用户需求已成为重要发展趋势。以美国为例，已经完成了覆盖范围更广、用户类型更多、服务性能更优、公益和商业化并行的国家地基增强体系的构建，对于完善国家定位、导航与授时（PNT）体系，提升国家PNT能力意义重大。为此，统筹现有行业和区域GNSS基准站资源，构建全国一张网，实现数据和服务共享，满足各类用户需求，提升地基增强系统的服务性能和资源的利用效率，已成为重要的发展趋势。

　　基于多种技术体制，利用多种播发手段，提供多种数据服务已成为未来地基增强发展的必然选择。目前，地基增强系统正在从单一技术体制向多种技术体制融合发展，向用户提供精度更高、初始化时间更短、综合性能更优的服务；利用传统移动通信和地面广播手段向综合移动互联、数字广播、星基播发（转发）等多种手段为一体的播发模式发展，为用户提供无处不在、更为便捷的服务；发展从单一的差分数据产品到包括各类多系统、多频点、实时和事后、精度和初始化时间不同的细分数据产品，满足更为广泛的用户需求，提升系统服务的综合效益。

　　国内现状与存在的问题

　　自上世纪90年代初开始，国内就着手建设基于GPS/GLONASS的地基增强系统，涉及地震、测绘、气象、国土、交通等多个行业部门，为地震观测、国土测绘、气象预测、国土资源调查、海事交通等应用领域实现事后精密定位、实时高精度定位提供了基础手段，在推动国民经济发展和国家基础设施建设过程中发挥了积极而又重要的作用。

　　国内基于国外GNSS的典型地基增强系统有：由中国地震局牵头，联合总参测绘导航局（原总参测绘局）、中国科学院、国家测绘地理信息局（原国家测绘局）、中国气象局以及教育部建设的中国大陆构造环境监测网络（简称陆态网）；由交通运输部海事局牵头建设的中国海事无线电指向标-差分台站（RBN-DGPS）；由国家测绘地理信息局启动建设的国家现代测绘基准体系基础设施一期工程（简称测绘基准工程）；以及各省市测绘、气象、国土等部门建设的连续运行卫星定位服务系统（CORS）。

　　我国在GNSS监测技术研发与工程建设水平方面基本达到国际水平，但存在以下问题：

　　完全依赖美国GPS及国外软硬件，高精度位置信息缺乏安全保障。目前我国测绘、国土、城建、规划等行业，及国家一些重大工程（如高铁、电站、水库等）的建设，需要厘米级，甚至毫米级的精密定位，但目前90%以上使用国外GNSS的基准站差分定位技术，绝大多数采用国外软硬件，客观上存在由于系统原因以及国家敏感基础设施位置信息泄露而导致的重大安全隐患。

　　分头建设，条块分割，数据不共享，整体效益低下。我国卫星导航基础设施以各省市及行业建设为主，互相独立发展，缺乏统筹规划，处于分头建设与管理、服务区域条块分割的状态，客观上存在重复建设、重复投资的现象；另外，我国卫星导航基础设施区域发展不均衡，部分省市已实现高精度无缝覆盖，而仍有一定区域存在空白，尚无法满足社会和经济发展对高精度定位服务的需求。基于目前缺乏统一规划与均衡发展的现状，国内的卫星导航基础设施尚无法形成连续可靠、无缝覆盖的服务。

　　缺乏满足多个行业基本共性需求且融合发展的标准规范，导致效益不高。我国目前针对GNSS基准站的快速发展，出台了许多标准规范，这在一定程度上促进了GNSS基准站建设与应用的规范化和标准化。但无论行业还是区域，出台的标准规范都是从满足部分卫星导航高端专业应用需求的角度出发，适用面窄，并没有从大多数行业和公众的共性需求出发，并未基于统一接口、统一规范，实现各行业数据共享和应用，促进各行业GNSS基准站资源融合发展。为此，我国现有GNSS基准站资源并没有发挥其应有的社会和经济效益。

　　北斗地基增强系统基本规划

　　总体目标

　　充分依托行业部门及地方政府现有GNSS监测资源，借助各系统陆续升级使用北斗监测接收机的时机，按照“数据共享、服务优先；统一方案、共同建设；分步实施，持续发展”的思路，整合国内卫星导航地基增强资源，形成北斗卫星导航地基增强资源“规划设计一张网，建设使用一张网”的局面，建成性能先进、稳定可靠的北斗地基增强系统，在我国陆地及领海形成北斗高精度优势服务能力，满足行业部门、地方政府以及大众和市场对北斗高精度位置服务和数据共享的需求。同时，引入优势企业资源，按照“政府主导、市场运作、竞争发展”的思路开展增值服务商业运营，培育高精度位置服务产业，支撑北斗产业快速发展。

　　具体目标

　　2015年底前，完成覆盖我国大陆和大部分海域的约175个国家框架网基准站和覆盖我国大陆30%地区（除无人区外）的约300个区域加密网基准站的改建和组网，构建可靠的天基和地基，增强信息播发手段，提供广域米级和分米级的北斗高精度导航位置服务和系统完好性监测服务，以及区域厘米级、后处理毫米级的北斗/GNSS精密定位服务及全行业数据共享服务；按照市场运作模式，建成北斗地基增强系统运营服务平台，培育北斗地基增强高精度应用市场。

　　2018年底前，完成覆盖我国全境（除无人区外）约1200个区域加密网基准站的改建与组网，全面建成国家北斗地基增强体系，进一步提升北斗地基增强系统的服务性能和全行业数据共享能力，在全国及大部分海域实现多种地基增强服务的无缝覆盖。北斗地基增强系统建成并提供全面服务。

　　北斗地基增强系统发展思路

　　系统建设思路

　　基于已有GNSS基准站资源，降低成本，提升效益。目前，据不完全统计，国内地震、测绘、气象、交通等行业部门和各级地方政府建设的GNSS基准站已超3000个，而且还在迅速增加。现有基准站基本具备了站点观测室、防雷、供电、通信等基础条件，为北斗地基增强系统的并址建设提供了较好的基础。通过新建观测墩，安装BDS/GNSS观测设备，即可在不影响现有业务的前提下，快速实现并址建设，从而实现现有站点的应用效益。

　　通过软硬件国产化，确保位置信息自主可控。北斗地基增强系统作为国家空间基础设施之一，自主可控是其基本属性之一，这就要求核心软硬件必须国产化，以确保与GNSS基准站相关的高精度位置信息的自主可控。目前，通过国家相关部门的支持，包括高精度接收机等在内的国产北斗/GNSS基准站核心软硬件都已经逐渐成熟，数据处理中心软硬件也趋于商业化，具备了北斗地基增强系统核心软硬件自主可控的条件。

　　抓住系统核心与关键，打通服务最后一公里。现有区域CORS无法实现规模化发展的重要原因是采用的移动通信播发手段具有方式单一、成本不低、可靠性不高等缺点。为此，北斗地基增强系统应该重点发展多元化、高可靠、低成本的播发链路以及相应的接收终端，打通服务的最后一公里。如L波段导航卫星播发、数字广播等手段，都是用户的最优选择。

　　加强完好性增强功能建设，兼顾辅助定位功能。卫星导航基准站不仅可以实现精度增强，还可以通过独立开展空间信号连续监测，开展完好性预警，实现完好性增强；同时，庞大的基准站网络还可以获取开展辅助GNSS（A-GNSS）定位数据。为此，北斗地基增强系统在顶层设计和系统建设阶段，都应该加强完好性增强功能设计，以满足航空、交通等动态用户对安全性、可靠性的需求；通过兼顾辅助定位功能，加速卫星捕获和定位速度，对于地基增强服务而言，绝对是锦上添花。

　　建立各方联合委员会，统筹系统融合与发展。充分借鉴美国相对成熟的GPS增强系统统筹融合的管理发展经验，联合行业部门、地方政府、科研机构、相关企业和用户代表，建立北斗地基增强系统联合委员会，负责制定和完善北斗地基增强系统工程的发展规划与系统运行管理机制，监督并确保系统的长期稳定可靠运行，促进国内GNSS监测资源的统筹发展。

　　产业化发展思路

　　持续提升用户终端的成熟度与性价比。北斗地基增强的产业化需要充分利用现有北斗基础产品研发成果，鼓励增加北斗地基增强数据接收和处理功能；适时开放地基增强信号接口，鼓励充分的市场竞争；引入社会资本，支持终端研发；以行业应用为突破点，通过行业示范应用，带动大众位置服务，促进用户终端达到规模推广和应用所需要的性价比和成熟度。

　　完善产业链布局，推动产业融合发展。北斗地基增强不存在完全独立的产业链，只能依附于现有的北斗产业链。发展具有北斗地基增强功能的一体化芯片、模块、终端、高精度地图，以及应用解决方案，完善和提升北斗产业链水平。由于地基增强采用了多元化的播发手段，用户终端本身涉及数字广播、移动通信等产业链，为此，鼓励北斗地基增强与移动互联、物联网、车联网等新兴产业交叉渗透，有助于实现产业间的融合与创新。

　　通过标准规范引领产业发展。通过制定标准规范，推动北斗地基增强功能成为北斗/GNSS芯片、模块及终端的标配；设计适用于多种播发手段的北斗地基增强信号接口标准，实现播发手段不同的接收模块与接收机之间的兼容；发展“高端低用”（即利用具有载波测量功能的接收机进行高精度导航）的终端设备标准，实现终端的低成本和高精度；推动北斗地基增强标准的国际化发展，先追赶后引领，借国际标准向全球推广。

　　鼓励引导知识产权的研究与部署。北斗地基增强系统采用了多种技术体制、多种播发手段，具有多种应用模式和解决方案，可以形成很多专利点，势必成为GNSS领域内新的专利争夺点。为此，有必要联合相关部门，鼓励和引导相关企业尽早开展专利研究，并在国内和国外进行部署，积极应对国外企业竞争，保护产业利益。

　　发展北斗地基增强生态系统。构建基于北斗地基增强的高精度位置服务开放平台，通过共享北斗地基增强接口和位置服务资源，吸引包括产业链细分环节的企业、各类开发者和用户广泛参与，探索各方共赢的生态模式，推动北斗地基增强与移动互联网、物联网、可穿戴设备、室内外无缝定位等技术融合，打造北斗地基增强生态系统。

　　推动北斗规模应用，构建产业保障条件，促进北斗产业发展，是当前北斗卫星导航系统应用推广与产业化工作的重点。寻求差异化发展模式，是北斗产业破解同质化竞争难题的重要抓手。北斗地基增强系统作为北斗产业发展的重要基础设施保障条件，系统建设与产业化发展需要做好总体规划与顶层设计，系统建设与产业推进并举，方可通过提供差异化服务提升北斗的本土竞争优势，助力北斗产业快速发展。

　　作者单位：

　　李作虎  杨强文  吴海玲  北京跟踪与通信技术研究所

　　麻智超  中国航天电子技术研究院