【科普】北斗系统的可靠性、兼容性、完好性是怎样实的

北斗系统服务性能指标是北斗系统的关键技术指标，表示北斗导航卫星所能提供的服务水平。主要从可靠性、兼容性、完好性等几个方面来进行分析。

卫星导航中的“兼容性”指的是单独使用一个系统或联合使用多种导航系统进行导航以及授时服务时，多种系统不互相干扰各自的服务或信号，并且没有恶意形成导航冲突。

导航系统的完好性是指导航系统在不能用于导航时为用户提供及时、有效告警信息的能力，即当导航系统的误差超过允许限值不能胜任规定的导航工作时，系统及时报警，通知用户终止此信号的功能，完好性性能是导航系统的重要指标之一。

北斗可靠性

北斗系统可靠性主要从以下几个方面实现：

（1）健全监测手段。北斗系统在国内外建立了20多个北斗监测站，实时连续的对运行情况进行监测，做好性能评估，保证及时发现问题、排除隐患。

（2）进一步增强空间段的可靠性。在系统设计的时候，在卫星的冗余备份已经做了充分考虑。系统建成后又对卫星备份策略做了进一步深化研究，制定了卫星的组网发射方案，以确保卫星突发情况在轨失效的风险。北斗的可靠性是有保证的，用户可以放心使用。

（3）围绕绕“精”、“稳”两个核心要素实现了“精稳工程”。几年来全面梳理了运行控制和虛用服务里面的薄弱环节，制定了具体措施，并逐一加以解决。特别是加强了地面运控技术、系统应用技术研究，地面运控手段得到加强和完善。北斗的核心芯片、基础软件、电子地图等关键产品在性能上有较大的跃升，为系统的精度保持、性能提升、稳定运行、推广应用提供了基础支撑。

（4）进一步健全了系统运行的管理机制。建立了系统值班体系、故障预案体系、设备维保体系，规范了系统的执勤、故障处置等方面的核心业务流程，持续提升系统运行管理能力。

（5）进一步完善了北斗应用的服务体系。加强了应用政策研究，制定技术标准，推广典型应用，构建北斗产品质量检测体系，用科学的管理和优质服务，推动北斗的广泛应用。

北斗兼容性

北斗系统是我国独立研发和建设的导航系统，与其他卫星导航系统的能够实现兼容共用将是十分重要的。根据目前北斗系统信号规划，有必要对其与其他系统之间的信号之间的兼容性进行评估分析。

具体来讲，北斗系统的兼容是指两个或多个卫星导航系统共同工作时，不会对单个系统服务产生不可接受的干扰；从技术层面上讲，主要是在频段选择、信号调制方式以及信号功率设计等方面不会对其他系统产生不可接受的干扰。兼容的更高层级是互操作，互操作是从服务的角度讲，指的是同时使用多个卫星导航系统时，比使用单一系统能够得到更好的性能；从技术层面上，互操作包括空间信号互操作、星座互操作以及信息互操作。其中信息互操作包括时间和空间参考系统的互操作。因此，兼容仅仅指信号不干扰，是多个系统互不干扰正常工作的基础，适用于授权服务信号和公开服务信号；而互操作是目的，是多个系统之间信息和资源共享的手段，是更高层面的性能，目前仅适用于公开服务信号。

为了实现兼容性，从系统层面来说，北斗系统的频率选择尽量不与世界其他卫星导航系统(包括GPS、GLONASS和Galileo)发生频段重叠，但是，实际中，北斗系统与Galileo的相应频段重叠。为了实现较好的兼容，我国北斗与Gaileo之间的互操作协调渠道已经建立，用户可选的互操作频段为L1(E1)和L5(L5a)。

从北斗接收机方面实现兼容方面来说，北斗接收机接收期望信号时会受到其他信号的干扰而造成性能下降。而从卫星信号发射到接收机接收的过程当中，有众多因素将会影响最后的性能，包括空间卫星段的星座构型、载波信号频率、调制方式等，空间环境段的链路损耗以及用户段的接收机特性参数等。北斗兼容性接收机须考虑这些因素的影响。

导航频段的选取反映了各主要利益集团在日益紧张的导航频率资源状况下的合作与协同。这种精心的设计通过共用中心频率和频谱重叠，一方面解决了卫星导航频率资源的紧缺性，另一方面有望减少接收机内为不同频率提供基准频率而产生的负担，从而在一定程度上降低多模接收机的功耗、成本和重量。对于中心频率相同的导航信号，接收机可以采用相同的射频前端，不同的捕获跟踪模块，相同的导航解算模块来实现导航定位。目前，基于软件无线电(SDR)的软件接收机技术初步研究结果很好地验证了这一结论，并对用软件无线电思想处理信号的关键技术进行了探索研究，为多模接收机的商业化积累了技术经验。可以预计，接收机制造厂商和用户都将是在信号层面兼容与互操作的受益者；同时，较好兼容与互操作性能的卫星导航系统在民用市场也会更受欢迎，具有更强的竞争力。

世界主要GNSS系统现有和计划采用的频率范围示意图

北斗完好性

卫星导航系统的完好性一般可采用3个量化参数来描述：吿警阀值、告警时间和完好性风险，通过这3个指标可以给出两个方面的含义：一是由于某种故障导致精度不能满足导航需求时要在给定的告警时间内向用户报警；二是指导航系统不能满足需求但却未向用户报告的概率。

斗系统的完好性主要从以下三个方面实现：

（1）内部增强方法：称为RAIM方法，即利用北斗接收机内部的冗余信息（同时对4颗以上卫星的观测），或利用加载北斗接收机的载体上的其他辅助信息(如气压表、惯导等），来实现北斗卫星故障的监测和排除，这一方法一般称为接收机的自主完好性监测。

（2）外部增强系统：在地面设置监测站，监测北斗卫星状况，然后广播给用户。比如GPS系统的WAAS和LAAS是常见的外部增强系统。北斗系统建立了自己的完好性增强系统，对完好性的增强是采用监测技术，提供报警能力，由于系统同时利用广域差分或局域差分技术提高精度，因此系统的完好性监测主要是对广播给用户的误差改正数的监测。

（3）系统自身告警。北斗系统运控中心可以进行一定的完好性监测，系统本身也能够进行一定程度的完好性监测。