北斗導(dǎo)航系統(tǒng)詳解

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)詳解一、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)的目標和主要任務(wù)1、工程建設(shè)主要目標突破以星座組網(wǎng)、高精度時空基準、星座自主運行為主要特征的關(guān)鍵技術(shù)，整合國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航資源，建成具有自主的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1、工程建設(shè)主要目標2012年左右，完成三種軌道十余顆衛(wèi)星的發(fā)射，建成區(qū)域系統(tǒng)，具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航、授時以及短報文通信服務(wù)能力。2020年左右，完成三種軌道三十余顆衛(wèi)星的發(fā)射，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在區(qū)域系統(tǒng)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)功能和指標都有大幅擴展和提高。區(qū)域系統(tǒng)全球系統(tǒng)2、中國航天科技集團公司承擔的主要任務(wù)中國航天科技集團公司在重大專項工程建設(shè)中主要承擔衛(wèi)星系統(tǒng)和運載系統(tǒng)的研制發(fā)射任務(wù)。衛(wèi)星系統(tǒng)：GEO、IGSO、MEO三種軌道衛(wèi)星的研制任務(wù)；東方紅三號B和導(dǎo)航衛(wèi)星專用平臺；高精度星載原子鐘、星間鏈路、自主導(dǎo)航等多項關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)；星座長期、穩(wěn)定在軌運行技術(shù)支持。直接入軌MEO衛(wèi)星（專用平臺）GEO衛(wèi)星（DFH-3B平臺）IGSO衛(wèi)星（DFH-3B平臺）自身變軌MEO衛(wèi)星（DFH-3平臺）2、中國航天科技集團公司承擔的主要任務(wù)運載系統(tǒng)長征三號甲系列和長征五號運載火箭兩種多星發(fā)射上面級的研制CZ-5CZ-3A系列雙星上面級多星上面級2、中國航天科技集團公司承擔的主要任務(wù)運載系統(tǒng)：GEO、IGSO、MEO三種軌道衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)CZ-3A系列一箭一星發(fā)射GEO/IGSO衛(wèi)星CZ-3B一箭雙星發(fā)射自身變軌MEO衛(wèi)星CZ-3B+雙星上面級一箭雙星發(fā)射直接入軌MEO衛(wèi)星CZ-5+多星上面級一箭四星發(fā)射直接入軌MEO衛(wèi)星3、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)目標自主創(chuàng)新，建立高性能、高可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的重大跨越；實施重大專項工程，推動航天科技工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)系統(tǒng)工程能力的重大跨越；建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，推動國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的重大跨越；推進關(guān)鍵單機和核心元器件的國產(chǎn)化，實現(xiàn)核心技術(shù)與產(chǎn)品自主保障能力的重大跨越；吸引和培養(yǎng)高素質(zhì)人才，形成一流創(chuàng)新團隊，實現(xiàn)隊伍能力的重大跨越。二、航天系統(tǒng)工程的發(fā)展及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)1、中國航天系統(tǒng)工程發(fā)展

航天系統(tǒng)工程理論和方法是以錢學(xué)森為代表的中國航天工作者在具體工程實踐中，將科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新有機結(jié)合，將還原論與整體論辨證有機地統(tǒng)一，形成的解決復(fù)雜工程系統(tǒng)研制與建設(shè)的集成創(chuàng)新的理論和方法。1958年，錢學(xué)森的《工程控制論》中文版出版，奠定了中國系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)；20世紀60至70年代，“兩彈一星”等國家重大項目開始系統(tǒng)工程方法的摸索與實踐；20世紀80至90年代，航天器型號設(shè)立總指揮和總設(shè)計師兩條指揮線，明確了總指揮作為航天器型號負責(zé)人，型號系統(tǒng)工程與項目管理進一步發(fā)展；20世紀90年中期以來，是中國航天系統(tǒng)工程全面發(fā)展的階段，形成了諸如“集同設(shè)計”、“重心前移”、“從源頭抓起”、“零缺陷管理”的系統(tǒng)工程管理思想以及質(zhì)量問題歸零“雙五條”、技術(shù)狀態(tài)更改“五條”、“風(fēng)險分析與控制要求”、元器件管理“五統(tǒng)一”等一系列方法規(guī)范；通過載人航天工程及探月工程等重大項目的實踐，系統(tǒng)工程和項目管理理念和方法進一步改進，并不斷的向規(guī)范化方向發(fā)展。2006年10月，神舟六號系統(tǒng)工程實踐榮獲國際項目管理協(xié)會評選的年度唯一卓越大獎。2、航天系統(tǒng)工程形成的核心能力經(jīng)過54年的探索和實踐，中國航天科技集團在航天系統(tǒng)工程方法、程序、工具、手段及團隊建設(shè)、航天文化等方面形成了獨特的核心能力，是完成北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。（1）以研發(fā)為基礎(chǔ)的發(fā)展戰(zhàn)略研究能力200520102015202020252030“十二五”宇航業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃2020年航天科技發(fā)展戰(zhàn)略2030年航天科技發(fā)展戰(zhàn)略（2）復(fù)雜航天系統(tǒng)數(shù)字化集同設(shè)計環(huán)境（3）復(fù)雜系統(tǒng)可靠性設(shè)計方法和程序以及風(fēng)險識別與控制能力“九新”分析方法航天型號風(fēng)險分析與控制指南包絡(luò)線分析法FMEA抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計熱設(shè)計降額設(shè)計抗輻射設(shè)計電磁兼容設(shè)計靜電防護設(shè)計可靠性驗證關(guān)鍵器件的使用++（4）復(fù)雜系統(tǒng)精細化質(zhì)量管理方法與程序航天型號質(zhì)量精細化質(zhì)量管理要求質(zhì)量歸零“雙五條”技術(shù)狀態(tài)更改“五條”元器件管理“五統(tǒng)一”質(zhì)量與可靠性數(shù)據(jù)包（5）大系統(tǒng)工程及項目管理方法與程序責(zé)任令和計劃考核體系項目經(jīng)理負責(zé)制航天型號管理規(guī)定衛(wèi)星、火箭研制程序神舟飛船系統(tǒng)工程管理航天型號項目管理手冊等（6）經(jīng)過飛行驗證的技術(shù)、產(chǎn)品、管理標準和規(guī)范；QJ和QJA標準3500項院級企業(yè)標準15000項其中技術(shù)標準10800項、產(chǎn)品標準2600項、管理標準5100項QJ和QJA標準院級企業(yè)標準（7）經(jīng)過飛行驗證的型譜化成熟產(chǎn)品體系；空間單機產(chǎn)品型譜（含12個專業(yè)78類1252個產(chǎn)品）運載單機產(chǎn)品型譜（6個專業(yè)36類458個產(chǎn)品）現(xiàn)役運載火箭整箭型譜（5個系列10型）衛(wèi)星公用平臺型譜（9系列21型）產(chǎn)品成熟度標準（8）航天器系統(tǒng)集成及地面驗證能力具備5個航天器大型AIT中心和2個運載AIT中心，具備年出廠20-25個航天器和20發(fā)運載的總裝、總測和試驗?zāi)芰?。?）跨學(xué)科集成創(chuàng)新團隊快速成長的管理模式5個衛(wèi)星總體設(shè)計部2個運載總體設(shè)計部8個型號系統(tǒng)級研發(fā)中心團隊總設(shè)計師、總指揮200多人100多個配置齊全的項目管理隊伍（10）獨特的航天文化兩彈一星精神航天精神載人航天精神神舟文化等認真分析全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)的特點和難點，對順利實施重大專項工程有重要意義。（1）面向全球競爭全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)軌位和頻率資源非常稀缺，爭取更多資源是系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)的重要使命，充分利用好有限的頻率和軌道資源提供高性能服務(wù)是工程建設(shè)的關(guān)鍵。3、二代導(dǎo)航任務(wù)特點和難點（2）面向全球公眾服務(wù)系統(tǒng)連續(xù)性、可用性和完好性要求高；自主運行、控制、健康診斷及處理能力強；星座系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性設(shè)計難度大。（3）技術(shù)跨度大北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國第一個全球星座系統(tǒng)，性能較區(qū)域系統(tǒng)大幅提升，關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)難度大。星載原子鐘天穩(wěn)提高一個數(shù)量級；自主導(dǎo)航技術(shù)；星間鏈路技術(shù)。（4）長壽命要求高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)要求MEO衛(wèi)星10年提供連續(xù)穩(wěn)定服務(wù)，一步達到當前國外先進水平；要求陀螺、行波管放大器、鋰離子電池、PCU等眾多關(guān)鍵單機和部分空間活動機構(gòu)長期連續(xù)穩(wěn)定運行；單粒子效應(yīng)等空間環(huán)境問題嚴重，MEO軌道輻照總劑量水平遠遠高于GEO軌道。

型號GPSIGPSII/IIAGPSIIR/IIMGPSIIF（在研）GPSIII（在研）壽命4.5年7.5年10年15年15年型號GLONASSGLONASS-MGLONASS-K（在研）

壽命3年7年10~12年

（5）核心元器件/部件國產(chǎn)化難度大約有200余種進口元器件和6類核心單機產(chǎn)品需要國產(chǎn)化替代；當前在性能指標、質(zhì)量等級和長壽命高可靠等方面基礎(chǔ)尚比較薄弱。（6）產(chǎn)品一致性要求高北斗導(dǎo)航系統(tǒng)星箭配套產(chǎn)品數(shù)量多，組批生產(chǎn)模式要求產(chǎn)品具有很高的一致性，對產(chǎn)品保證體系，產(chǎn)品過程控制、工藝穩(wěn)定性和技術(shù)狀態(tài)控制等方面的質(zhì)量管理提出更高的要求。（7）快速組網(wǎng)、靈活補網(wǎng)5年左右的時間完成30余顆組網(wǎng)衛(wèi)星和20余發(fā)運載火箭的發(fā)射任務(wù)；對單機產(chǎn)品的組批生產(chǎn)能力和質(zhì)量保證能力要求高；并行總裝、測試和高密度發(fā)射能力要求高；維持星座穩(wěn)定運行靈活補網(wǎng)能力要求高。盡管中國航天科技集團公司在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)和區(qū)域系統(tǒng)建設(shè)中積累了一定的經(jīng)驗，但面對全球系統(tǒng)建設(shè)的特點和難點，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。（1）復(fù)雜系統(tǒng)工程組織管理作為涉及研制單位眾多、組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量最多的宇航工程，傳統(tǒng)的組織管理模式難以適應(yīng)任務(wù)要求。需要在高效率頂層決策、各系統(tǒng)組織協(xié)調(diào)、舉國體制效能發(fā)揮及項目精細化控制等方面需要進一步探索和實踐。

4、面臨挑戰(zhàn)（2）大系統(tǒng)總體方案優(yōu)化信號體制、發(fā)射組網(wǎng)策略、入軌方式等因素協(xié)調(diào)和決策難度大，將直接制約衛(wèi)星和運載系統(tǒng)方案優(yōu)化和確定。（3）建立開放的技術(shù)創(chuàng)新體系發(fā)揮中國航天科技集團公司的整體優(yōu)勢，并通過廣泛的產(chǎn)學(xué)研合作集智攻關(guān)是工程建設(shè)的有效途徑，但如何建立良性競爭機制，完善科學(xué)、技術(shù)和工程協(xié)調(diào)體系是當前面臨的重要課題。（4）復(fù)雜星座的控制與管理較之于區(qū)域系統(tǒng)星座在軌運行管理，全球系統(tǒng)在軌運行衛(wèi)星數(shù)量多、覆蓋面積大、運行控制模式更為復(fù)雜。因此，給復(fù)雜星座的在軌運行管理、技術(shù)支持和應(yīng)急處理等帶來很大挑戰(zhàn)。（5）關(guān)鍵產(chǎn)品國產(chǎn)化國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)水平相對薄弱，部分國產(chǎn)化產(chǎn)品的研制進度、性能和可靠性指標、質(zhì)量等級、供貨能力等與工程建設(shè)要求尚有較大差距。（6）科研院所轉(zhuǎn)型升級傳統(tǒng)的科研院所多采用面向單一型號的科研生產(chǎn)和質(zhì)量管理體系，其在生產(chǎn)線建設(shè)、產(chǎn)品隊伍組織及相應(yīng)運行機制等方面不適應(yīng)批量化、貨架式的產(chǎn)業(yè)模式，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行。（7）精細化質(zhì)量管理面對組批研制和快速組網(wǎng)的要求，在提升產(chǎn)品成熟度、建立質(zhì)量問題歸零、舉一反三的快速反應(yīng)機制等方面需要完善，在產(chǎn)品保證體系的高效性和質(zhì)量管理的精細化等方面有待提高。（8）人才隊伍建設(shè)以單一型號為主的隊伍組織模式不適應(yīng)星座系統(tǒng)建設(shè)要求，創(chuàng)新型團隊建設(shè)和高素質(zhì)人才培養(yǎng)，特別是領(lǐng)軍人才的加速培養(yǎng)是當務(wù)之急。三、自主創(chuàng)新，加速航天科技工業(yè)轉(zhuǎn)型升級打造國際一流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1、提高復(fù)雜系統(tǒng)工程組織管理能力探索總體設(shè)計和系統(tǒng)集成聯(lián)合工作模式，建立聯(lián)合項目辦；強化復(fù)雜系統(tǒng)頂層策劃、系統(tǒng)抓總和高效決策能力；強化復(fù)雜系統(tǒng)全壽命周期風(fēng)險識別與控制能力；強化項目研制全過程精細化管理能力。2、加強頂層設(shè)計，提高系統(tǒng)優(yōu)化能力整合優(yōu)勢資源，組建導(dǎo)航衛(wèi)星工程中心和運載火箭上面級專職研制隊伍；對標國際一流水平，把握全球系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，加強系統(tǒng)頂層協(xié)同設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計方案，保證系統(tǒng)先進性；加強系統(tǒng)可靠性設(shè)計，識別風(fēng)險和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證星座和衛(wèi)星系統(tǒng)高可靠；科學(xué)規(guī)劃星座組網(wǎng)、補網(wǎng)和備份策略，確保星座系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。3、集智攻關(guān)、吃透技術(shù)發(fā)揮中國航天科技集團公司整體優(yōu)勢，廣泛聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢力量開展產(chǎn)學(xué)研大協(xié)作，突破關(guān)鍵技術(shù)；加強系統(tǒng)任務(wù)分析，合理分解技術(shù)指標；加強設(shè)計和可靠性的地面和在軌試驗驗證，充分驗證方案設(shè)計正確性和產(chǎn)品可靠性；建立對導(dǎo)航重大技術(shù)問題的獨立評估機制，提高工程建設(shè)風(fēng)險的識別和控制能力。4、加強基礎(chǔ)研究針對單粒子、表面充放電等空間環(huán)境效應(yīng)開展試驗與分析研究；通過建立衛(wèi)星抗輻射技術(shù)國防科技重點實驗室等手段，大力提升星上產(chǎn)品抗輻射能力；深入開展地面試驗驗證方法的研究和手段建設(shè)；加強在軌數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，支持模型修正與設(shè)計改進。5、完善數(shù)字化設(shè)計與仿真驗證平臺加強數(shù)字化設(shè)計工具應(yīng)用，提升設(shè)計、仿真驗證能力；完善網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化設(shè)計環(huán)境，提高異地協(xié)同設(shè)計能力；充分繼承已有成果和經(jīng)驗，集成、固化設(shè)計規(guī)范和質(zhì)量案例，實現(xiàn)知識和經(jīng)驗的及時共享。6、實施國產(chǎn)化專項工程借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，推動關(guān)鍵產(chǎn)品國產(chǎn)化替代工作，加速核心元器件/部件國產(chǎn)化進程，改變受制于人的局面；充分開展地面及在軌試驗驗證，確保國產(chǎn)化元器件/部件的性能指標、可靠性滿足工程需要。7、推進產(chǎn)品定型、加速提升產(chǎn)品成熟度充分繼承成熟技術(shù)，做好產(chǎn)品定型與貨架式產(chǎn)品管理，提高產(chǎn)品成熟度，滿足長壽命高可靠要求；制定產(chǎn)品成熟度規(guī)范和標準體系框架，形成“擇優(yōu)選用、系統(tǒng)最優(yōu)”的工作機制，確保在短期內(nèi)研制出高水平產(chǎn)品。8、加強精細化質(zhì)量管理以產(chǎn)品數(shù)據(jù)包為核心，嚴格控制技術(shù)狀態(tài)、強化產(chǎn)品工藝管理，精細化管理產(chǎn)品過程質(zhì)量；建立面向小批量生產(chǎn)精細化質(zhì)量管理程序與方法；建立全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、產(chǎn)品規(guī)范、管理規(guī)范和產(chǎn)品保證規(guī)范等一系列標準體系。9、加強科研生產(chǎn)體系建設(shè)建立研制單位科研生產(chǎn)和質(zhì)量管理體系項目全生命周期持續(xù)評估機制，持續(xù)提升管理成熟度；建立重大短線、共性問