“北斗三號”在搜救領(lǐng)域的應(yīng)用展望

毛新健?于晶晶

摘? 要：在“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通并提供國際搜救服務(wù)的背景下，介紹全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)概況及發(fā)展趨勢，闡述“北斗三號”國際搜救系統(tǒng)加入歷程及系統(tǒng)組成，展望“北斗三號”在搜救領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：北斗三號；COSPAS—SARSAT

1 前 沿

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主研發(fā)建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2000年，“北斗一號”系統(tǒng)建成，在中國境內(nèi)提供服務(wù)；2012年，“北斗二號”系統(tǒng)建成，服務(wù)范圍擴展至亞太地區(qū)。2020年7月31日，習近平總書記宣布“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通，向全球用戶提供定位導航授時、全球短報文、區(qū)域短報文、精密單點定位、星基增強、地基增強和國際搜救等七大服務(wù)。其中，作為“北斗三號”系統(tǒng)的特色服務(wù)之一，北斗國際搜救服務(wù)具備了符合全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT）標準的中軌搜救和返向鏈路服務(wù)能力，可面向全球用戶提供搜救服務(wù)。

2 全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)

全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT），是由加拿大、法國、美國和前蘇聯(lián)于1979年聯(lián)合開發(fā)的全球性衛(wèi)星遇險報警搜救系統(tǒng)，是國際海事組織（IMO）推行的全球海上遇險與安全系統(tǒng)（GMDSS）的重要組成部分。自從1985年正式宣布投入使用以來，COSPAS—SARSAT在遇險搜救領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用，至今已成功協(xié)助營救數(shù)以萬計的遇險者。整套系統(tǒng)由搜救衛(wèi)星（空間段）、處理系統(tǒng)（地面段）、信標（用戶段）三部分組成，使用406 MHz-406.1 MHz頻率電磁波報警信號。截至 2021年，45個國家（或地區(qū)、組織）參與系統(tǒng)建設(shè)，包括4個協(xié)約國（空間設(shè)備提供國）、30個地面設(shè)備提供國、2個參與地面段提供組織和9個用戶國。

近年來，為提升遇險搜救的成功率，COSPAS—SARSAT逐漸呈現(xiàn)出2個重要發(fā)展趨勢，一是搜救衛(wèi)星向中軌衛(wèi)星過渡，二是搜救衛(wèi)星增加返向鏈路服務(wù)。

2.1 向中軌衛(wèi)星過渡

傳統(tǒng)的COSPAS—SARSAT空間段主要是由搭載著搜救載荷的近地軌道衛(wèi)星（LEOSAR）和靜止軌道衛(wèi)星（GEOSAR）組成。近地軌道衛(wèi)星通過多普勒頻率變化實現(xiàn)自主定位，但存在定位精度不高、覆蓋面狹窄、時延嚴重、無法實時報警、遇險目標等待時間過長等不足。靜止軌道衛(wèi)星覆蓋范圍大，可覆蓋除極地外地球絕大多數(shù)地方，并可實現(xiàn)實時報警，但衛(wèi)星相對遇險信標而言是靜止的，無法獨立實現(xiàn)自主定位，而需借助額外的導航設(shè)備。

鑒于近地軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星存在的明顯短板，空間段搜救衛(wèi)星向中軌衛(wèi)星過渡，尤其是用中軌衛(wèi)星替代近地軌道衛(wèi)星已成為必然趨勢。相對于近地軌道衛(wèi)星，中軌衛(wèi)星軌道高度更高，因此定位精度得到提升，覆蓋面擴大，時延縮小，可以實現(xiàn)實時報警。2004年，COSPAS—SARSAT啟動中軌搜救系統(tǒng)開發(fā)，目前在中軌衛(wèi)星上搭載搜救載荷已成主流趨勢，四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)均已在其中軌衛(wèi)星上搭載搜救載荷。

2.2? 增加返向鏈路服務(wù)

傳統(tǒng)的COSPAS—SARSAT報警信息為單向，只有前向報警服務(wù)（FLAM）。增加返向鏈路服務(wù)，即在COSPAS—SARSAT前向報警服務(wù)基礎(chǔ)上，通過導航電文方式向遇險信標下播返向信息，實現(xiàn)搜救部門與遇險報警人員之間報警確認、誤報警解除、緊急告警服務(wù)等雙向信息交互服務(wù)，從而增強遇險人員的信心，協(xié)助搜救部門更好地開展救援行動，提升救援成功率。

COSPAS—SARSAT已將返向鏈路服務(wù)定義為中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的一項先進功能，并在《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz遇險信標規(guī)范 C/S T.018》中，明確要求第二代遇險信標應(yīng)支持返向鏈路服務(wù)。目前，伽利略和北斗系統(tǒng)均已完成返向鏈路空間段、地面段基礎(chǔ)設(shè)施部署，伽利略系統(tǒng)返向鏈路服務(wù)已于2021年正式宣布投入使用。

3 北斗國際搜救系統(tǒng)

我國加入國際搜救衛(wèi)星組織以后，高度關(guān)注全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)的發(fā)展，尤其“北斗三號”建成服務(wù)以來，更是著力推動“北斗三號”盡早加入COSPAS—SARSAT。1998年，我國建成近地搜救衛(wèi)星本地用戶終端（LUT）和任務(wù)控制中心（MCC），成為COSPAS—SARSAT地面設(shè)備提供國；2016年，我國正式啟動北斗國際搜救系統(tǒng)論證與建設(shè)。2022年4月，國際搜救衛(wèi)星組織第66屆理事會確認，“北斗三號”系統(tǒng)搭載的6顆搜救載荷符合全球中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)空間段標準要求，北斗國際搜救系統(tǒng)加入國際搜救衛(wèi)星組織的技術(shù)審核工作全部完成，至此，中國成為COSPAS—SARSAT空間設(shè)備提供國已基本確定，基于“北斗三號”的北斗國際搜救系統(tǒng)將作為COSPAS—SARSAT的重要組成部分將向全球提供國際搜救服務(wù)。

遵照COSPAS—SARSAT相關(guān)標準，北斗國際搜救系統(tǒng)同樣由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成。

1）空間段

我國已分別于2018年9月19日、2019年9月23日、2019年11月23日分三批，在發(fā)射的“北斗三號”MEO-13、MEO-14、MEO-21、MEO-22、MEO-23、MEO-24等6 顆中軌衛(wèi)星上搭載了符合COSPAS-SARSAT空間段標準的搜救載荷，分布在3個軌道面。北斗搜救載荷前向報警服務(wù)鏈路信號（右旋圓極化）中心頻點為406.05 MHz，下行信號（右旋圓極化）中心頻點為1544.21 MHz。搜救載荷設(shè)計標準遵循《COSPAS—SARSAT中軌搜救系統(tǒng)中使用的406 MHz有效載荷的描述 C/S T.016》技術(shù)標準，可與 GPS、格洛納斯、伽利略等其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)聯(lián)合提供搜救服務(wù)。

2）地面段

北斗國際搜救系統(tǒng)地面段按照COSPAS—SARSAT要求進行建設(shè)，由中國中軌道衛(wèi)星搜救地面系統(tǒng)（北京地面站MEOLUT）、中國任務(wù)控制中心（CNMCC）和北斗中軌搜救地面支持系統(tǒng)三部分組成。中國中軌道衛(wèi)星搜救地面系統(tǒng)作為全球中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)地面網(wǎng)路的組成部分，現(xiàn)已完成建設(shè)并進入前期操作階段。中國任務(wù)控制中心主要承擔中國搜救責任區(qū)遇險信息接收和處理業(yè)務(wù)，融合中軌和近地軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)報警信息以及輔助搜救決策。北斗中軌搜救地面支持系統(tǒng)承擔北斗中軌衛(wèi)星搜救載荷長期、連續(xù)、穩(wěn)定的監(jiān)測、驗證、評估任務(wù)，提供返向鏈路業(yè)務(wù)處理能力，負責北斗搜救載荷狀態(tài)的接收報送以及基于返向鏈路的雙向搜救信息交互。

3）用戶段

目前，我國在海事、漁業(yè)、民航、探險等多個用戶領(lǐng)域裝備了EPIRB、ELT、PLB等信標終端，但應(yīng)用層面還局限于區(qū)域管理或者行業(yè)管理，甚至僅是企業(yè)行為。但隨著北斗系統(tǒng)加入COSPAS—SARSAT，北斗搜救系統(tǒng)返向鏈路服務(wù)開通，國家層面統(tǒng)一的北斗搜救體系即將建立，新型北斗信標終端也必須符合COSPAS—SARSAT相關(guān)標準。目前，支持北斗返向鏈路服務(wù)的第二代信標樣機已完成研制，信標符合《COSPAS—SARSAT406MHz遇險信標規(guī)范C/S T.001》及《第二代COSPAS-SARSAT406 MHz 遇險信標規(guī)范 C/ST.018》要求，兼容全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可處理北斗 B2b 電文播發(fā)的返向鏈路信號，具備遇險信號確認功能，并可通過聲光提示，提醒遇險者遇險信號已接收，從而有效提升遇險者求生信念，提高救援成功率。

4 應(yīng)用展望

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)自“北斗一號”系統(tǒng)建設(shè)到“北斗二號”向民用市場提供服務(wù)以來，因其除導航功能外，特有的北斗短報文通信功能，國內(nèi)一直都在積極探索北斗系統(tǒng)在搜救領(lǐng)域的研究應(yīng)用，其主要的應(yīng)用場景為無移動網(wǎng)絡(luò)情況下的應(yīng)急通信、個人遇險后的緊急報警及輔助搜救。但由于缺乏國家層面完備的基于北斗的搜救體系，也未建立國家統(tǒng)一的標準規(guī)范，北斗搜救領(lǐng)域的各個廠家或單位都根據(jù)各自的應(yīng)用需求自定義北斗搜救信標終端功能，造成市場需求和產(chǎn)品型號繁多而雜亂，難以形成體系化規(guī)模應(yīng)用，客觀上制約了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在搜救領(lǐng)域的應(yīng)用。

隨著“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式建成開通，“國際搜救”被明確提出作為北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的七大服務(wù)之一。尤其是2022年，基于“北斗三號”的北斗國際搜救系統(tǒng)成功加入COSPAS—SARSAT，北斗系統(tǒng)遵循COSPAS—SARSAT標準在國際國內(nèi)搜救領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用是大勢所趨?？臻g段，利用“北斗三號”6顆中軌衛(wèi)星搭載的搜救載荷，提供符合COSPAS—SARSAT標準的中軌衛(wèi)星搜救服務(wù)，以及未來開通基于中軌衛(wèi)星和傾斜地球同步軌道衛(wèi)星提供的B2b 信號的返向鏈路服務(wù)；地面段，基于COSPAS—SARSAT章程開展地面處理系統(tǒng)建設(shè)、運轉(zhuǎn)和服務(wù)，并與其他會員國進行信息共享和協(xié)同互助；用戶段，依照COSPAS—SARSAT第二代標準規(guī)范進行搜救信標終端產(chǎn)品的研發(fā)，在遠洋運輸、漁業(yè)生產(chǎn)、民用航空、長途運輸、地質(zhì)勘探、科學考察、個人探險等領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用。

基于COSPAS—SARSAT和北斗短報文的2種不同搜救服務(wù)，將長期共存。一方面考慮到COSPAS—SARSAT是國際組織，不是我國自主可控的系統(tǒng)，在國內(nèi)某些特定搜救場景中并不適合使用；另一方面，盡管COSPAS—SARSAT即將開通返向鏈路服務(wù)，實現(xiàn)雙向信息交互，但這種交互信息是基于406 MHz導航電文方式進行的，目前僅實現(xiàn)遇險搜救反饋確認和誤報警解除等有限功能，而緊急告警服務(wù)仍處于電文格式定義階段，尚未投入應(yīng)用。這種有限程度的雙向信息交互，與北斗短報文已實現(xiàn)的信息交互差距巨大?；凇氨倍啡枴倍虉笪牡碾p向信息交互功能，除了支持自由自主的的短報文通信外，還可以支持語音對講通信和實時照片通信，這對提升搜救成功率起到極其重要的作用。

目前，“北斗三號”衛(wèi)星導航系統(tǒng)在功能性上既支持基于COSPAS—SARSAT406 MHz信號的中軌衛(wèi)星國際搜救服務(wù)，也支持基于北斗短報文的國內(nèi)搜救應(yīng)用。盡管COSPAS—SARSAT將成為主流，但在國內(nèi)搜救領(lǐng)域的特定場合，基于北斗短報文的應(yīng)急搜救系統(tǒng)依然具有很大的應(yīng)用潛力。因此，基于COSPAS—SARSAT和北斗短報文的2種不同搜救服務(wù)，在相當長的時間內(nèi)將共存且共同發(fā)展，并在各自適合的領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。