2020年6月，我国在西昌发射场用“长征三号乙”运载火箭，成功发射第55颗北斗导航卫星，这是第30颗“北斗三号”全球组网卫星，标志着“北斗三号”全球卫星导航系统完成全球部署。当年7月，“北斗三号”系统正式开通，北斗事业进入全球服务新时代。
“北斗三号”之后，中国下一代北斗系统（“北斗四号”）将会是怎么样的？
10月10日，在郑州举行的中国北斗应用大会暨中国卫星导航与位置服务第十届年会开幕式上，中国工程院院士刘经南谈到卫星导航的天基、地基增强系统时透露，北斗升级换代的方向之一是研究考虑引入低轨卫星增强系统，进一步增强导航的精确度和可用性[1]。
刘院士表示，卫星导航系统的天基增强系统包括高轨和低轨两种，相比地基和天基GEO（地球静止轨道）增强系统，天基低轨卫星（星座）增强系统离地面更近，信号发射功率更高，也能发送部分导航信号，增强可视卫星数，改善GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）卫星的几何构型，提高精确度和可用性，实时定位精度将达到分米至厘米级。刘院士进一步表示，低轨卫星增强系统还具有建设成本低、启动速度快、为中高轨导航星座补充备份等优势，并能提供导航与通信深度融合的能力[1]。
对于下一代卫星导航系统的探索，我国其实早有布局。2017年11月，借助“风云三号D”星的发射，一颗微纳试验卫星拼车发射入轨，该星就是全球首颗低轨导航增强卫星。2018年5月，该试验星已从试验走向了试用。这颗致力于“高精度定位”的卫星被寄予“驱动导航增强产业链大变革”的厚望，将带动后续全球低轨导航增强星座的建设和运营。在轨试验验证结果表明，该微纳试验卫星5分钟内可完成从开机冷启动到30厘米级的高精度定位。分析计算与仿真表明，在算法优化和星座部署后，可具备实时厘米级的高精度定位能力[1]。
由此可知，作为中国下一代北斗卫星导航系统，低轨卫星增强系统将是“北斗四号”系统的主要发展方向之一，低轨卫星增强系统能够为地面提供更精准、更快速的导航与通信服务，且导航与通信深度融合，建设成本也更低。
具体说来，由于低轨卫星离地表更近，“北斗四号”系统能够提供的定位精准度自然可以提升一个量级，导航也会更准确，同时，还能提供更强的卫星信号和更多的可视卫星数，提高地面定位、导航和通信的响应速度，用户体验将会有质的提升。也是由于低轨卫星星座的轨道高度低，导致单星服务的范围相较于中高轨卫星极大降低，需要数倍于中高轨导航卫星的部署数量。另外，低轨卫星星座未来并不能完全替代中高轨导航卫星，前者是对后者的补充和深化，二者都是卫星导航系统的必备要素。
“北斗四号”系统何时部署？
2020年8月3日，中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其表示，“北斗三号”建成以后，已经着手下一代北斗（“北斗四号”）的建设发展。目标在2035年前建设一个更智能、更范在、更融合的系统。简单来讲，从室内到室外、深海到深空的立体服务覆盖的更强、更安全、更可靠的系统。目前，正在推动这个工程的论证和后续的起步建设，它将成为“北斗三号”后续新的亮点工程[1]。
当前，拥有45颗在轨卫星的“北斗”系统已进入稳定运营期，对于国内乃至周边、全球的生产生活服务需求，已经基本能够满足，使得新一代全球卫星导航系统（“北斗四号”）的研制部署拥有充足的时间裕度。但是，国家对于重要工程项目都是有长远规划的，目前“北斗四号”系统正推动论证工作，目标是在2035年前建设一个更智能、更范在、更融合的全球卫星导航系统，能够提供目前缺失的室内、深海到深空的立体服务，成为真正的全球卫星导航系统。
作者：大白高国
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