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摘要：与GPS、GLONASS等卫星导航系统一样，北斗卫星导航系统（BDS）也将运用卫星无线电导航业务（RNSS）原理实现全球范围的连续实时定位、导航、授时的基本导航服务能力。本文将展开如下论述：简要介绍北斗卫星导航系统和目前应用现状，主要阐述北斗卫星导航系统的短报文服务在通信中应用的重大意义以及关键技术，最后通过实际案例指出其具体应用。
关键词：北斗卫星导航系统；短报文；通信；技术应用
北斗卫星导航系统（BDS）历经北斗一号、北斗二号系统工程建设，于2018年12月27日完成北斗新一代卫星导航基本系统阶段建设，通过18颗MEO卫星为“一带一路”区域用户提供基本导航服务，并计划于2020年提供全球覆盖全天候连续精确的定位、测速、授时、位置报告与报文通信等功能服务，为我国国防建设和经济社会发展提供时空定位领域的基础保障，促进我军整体作战效能大幅提升、部队信息化建设的跨越式发展，同时带动导航、通信等基于时空定位的现代高科技信息产业的发展，提升我国作为世界大国的国际地位。从工程建设到运行维护再到应用推广的各个环节，都迫切需要通过标准化手段进行协调、统一和规范，以保障工程研制建设的顺利开展，保证系统的稳定运行，规范并推动北斗广泛应用。综合陆、海、空、天等各类军民用户定位、导航、授时、位置报告等各类使用需求，卫星导航系统需要提供的服务，按照服务功能特征不同，应包括基本导航服务、位置报告与报文通信服务、星基增强服务三大类，其中，基本导航服务是指运用卫星无线电导航业务（RNSS）原理实现全球范围的连续实时定位、导航、授时服务能力。仅就BDS基本导航服务而言，基本导航服务体系建立与维持如果能够与实际系统紧密结合，适时的进行补充、修改、完善，可以全面、系统的展现当前和未来一段时间内规划的基本导航服务标准编制修订情况，可以指导和规划标准的编制工作，这不但是系统自身建设和不断完善发展的内在需要，更是我国卫星导航系统标准化建设的必然要求，也是为我们参与国际合作、占领国际市场提供基础和推广支撑。本文结合国内外卫星导航系统基本导航服务发展现状和现有技术标准，重点分析了基本导航服务需求，提出了基本导航服务论证的要素及主要方法，设计了基本导航服务体系。本文可为国家卫星导航标准体系提供有益补充，同时为下一步标准制定工作提供建议和参考。
一、北斗卫星导航系统概述
北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的系统，自2000年发射第一颗北斗卫星起，北斗导航已经走到了第三代，截止2019年11月底，北斗三号系统建设已步入决战决胜冲刺阶段，超过50颗的卫星在轨工作，服务定位精度10m，测速精度0.2m/s，授时精度20ns，特别是在亚太地区，其应用更为精确。北斗卫星导航系统位列全球四大导航系统之中，是继美国的GPS，欧盟的GALILEO，俄罗斯的GLONASS之后又一较成熟的卫星导航系统，北斗卫星导航系统的功能包括无源、有源定位，测距三维导航，三球交汇定位等。从整体上来看，北斗卫星导航系统由空间、地面、用户三部分构成，空间段即卫星，截至2019年11月底，空间段：6颗地球静止轨道卫星，23颗中圆地球轨道卫星，10颗倾斜地球同步轨道卫星；地面段包括地面监测，地面控制，注入站，地面监测进行数据的收集和整理，地面控制处理地面监测到的数据，来协调地面控制工作，注入站负责卫星间的数据传送，用户即北斗的接收终端。如下图一所示，其定位工作流程：地面控制站发射信号到空间卫星，空间工作卫星接收信号后，运用转发器传输信息到用户端，服务区用户对工作卫星所发出的信号进行回应；地面控制站接收到用户信号并对该信号进行数据解析，将处理得到的数据发送给空间卫星，空间卫星接收用户坐标资料，将数据返回给用户，从而完成整个定位过程。
二、北斗卫星导航服务标准现状
2012年12月27日，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在北斗卫星导航系统正式提供区域服务新闻发布会上公布了北斗卫星导航系统空间信号接口控制（ICD）文件-公开服务信号B1I（1.0版），该文件主要包括北斗系统概述、信号规范、导航电文几部分内容，规范了北斗卫星导航系统和用户接收机之间的信号格式。
随后中国卫星导航系统管理办公室陆续公布了公开服务信号（2.1版），公开服务信号B3I、B2a、B1C（1.0版）等ICD文件[7，8，9]，早期相关的协议还有北斗通信协议、北斗定位协议和北斗授时协议，但暂未有基本导航服务体系相关标准规范。
三、北斗卫星导航系统在通信中的关键技术
1．二次编码解调
二次编码能够改善原序列的相关性。在北斗导航系统中，为了提高北斗的工作性能，通常将测距码码长定为2倍的C/A码，但是该方式会增长捕获的时间，使接收机的效率降低。为了解决上述问题，减少捕获代价的同时提高北斗工作的灵敏度，可以通过两种不同的类型的码进行调制得到新的扩频码，比如将周期短，码率高的CB1I码和刚巧相反的NH码进行调制，得到一个码率高且周期长的扩频码。另外，在信号总功率不变的前提下，二次编码还可以通过加载NH码减少信号的功率谱的谱线宽度，提高窄带的抗干扰能力。二次编码解调一般采用后置解调算法，在信号跟踪后，对NH码进行解调处理。利用NH码的自相关性，将NH码和导航信号进行自相关，得到其自相关值，通过比较阈值的算法，可以判断信号中的NH码和本地的NH码是否匹配。
2．信号的捕获
接收机得到中频信号后，捕获处理是第一步，通过测距码将糅杂的卫星信号区分开来。信号捕获的目标是获取扩频码的码相位和多普勒频移参量。前者是北斗信号解扩的基础；后者是载波剥离的基础。只有先对信号进行解扩和载波剥离，才能得到导航电文。常用的信号的捕获算法有：并行频率搜索法、线性搜索法和并行码相位搜索算法。1）并行频率搜索，即在一个码相位中，搜索其所有频率。其算法步骤如下：首先接收机收到的中频信号与相载波进行混频得到一路结果，接收机收到的中频信号与内部载波发生器正交得到一路结果，将以上两路结果，再分别与本地产生的测距码进行相关，得到相关结果；然后将相关结果变换到频域，由此得到在不同的频率下，相关结果的不同大小；最后求频域信号在不同频率上的幅值，多普勒频移值即为幅值最大的点所在的频率值，捕获到的码相位就是对应的码相位。在实际应用中，对搜索的速度要求较高，可以借助并行相关器，在时域和频域分别进行并行处理。2）线性搜索，首先确定频率搜索范围的中间值，然后从这个中间值开始，搜索这个频带上所有的码相位，然后到下一个频率值，再搜索这个频率带上所有的码相位，这样一直进行下去，直到捕获到了符合要求的结果。线性搜索的优点是：应用范围广，原理易于理解，各种不同的信号搜索都可使用。其缺点：搜索速度最慢。3）并行码相位搜索，该方法是在某个频率下，对所有的码相位并行搜索，这种算法的优势是可以将相对复杂的运算转变成频域的相乘运算，降低了运算的复杂度，提高了运算的速度。
结束语
基本导航服务体系将全面、系统的展现当前和未来一段时间内规划的卫星导航运行和维护标准编制修订情况，可以指导和规划各级别的运行维护标准的制修订工作。与此同时，各国的导航系统会循各自的规划目标大步前进，中国的BDS将在2035年建成综合时空体系。在BDS新时空服务的推动下，我国的智能信息产业和中国服务的国家品牌将享誉全世界。
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