国产卫星准实时厘米级精密定轨系统及其重大工程应用

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国产卫星准实时厘米级精密定轨系统及其重大工程应用

提名者: 中国测绘学会

提名意见:

北斗导航和对地观测卫星系统是国家重要的空间基础设施，卫星精密轨道是

其高水平应用的基础。国外星载GNSS接收机及精密定轨系统对我国长期封锁，

制约了我国对地观测与导航领域的发展，研制国产卫星准实时厘米级精密定轨系

统，对于构建我国独立自主的卫星应用生态需求迫切，意义重大。

在中国第二代卫星导航系统重大专项、中国高分辨率对地观测系统重大专项、

国家863重点项目、国家自然科学基金等支持下，组建关键技术研究和软硬件研

发团队进行联合攻关，系统地建立了国产卫星精密定轨理论方法和技术体系，突

破了精准、可靠、高时效的国产卫星精密定轨系统核心关键技术，研制了星载北

斗/GNSS芯片、板卡、天线、接收机装备等全系列宇航级定轨载荷，建立了国产

卫星准实时厘米级精密定轨系统，形成了面向我国高、中、低轨卫星精密定轨服

务的能力，实现了国产卫星定轨精度从米级到厘米级的跨越式发展。

项目研究成果已在中国第二代卫星导航系统重大专项，中国高分辨率对地观

测系统重大专项、嫦娥工程等国家重大工程中取得成功应用，实现了国产卫星准

实时厘米级精密定轨技术、定轨载荷设备和软件系统的自主可控，打破了国外星

载GNSS精密定轨系统对我国的封锁，近三年直接经济效益超过3亿元，社会效

益显著，为我国北斗系统高精度应用、对地观测卫星高精度与高分辨率测绘遥感

作出了实质性贡献。

同意提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介

北斗导航和对地观测卫星系统是国家重要的空间基础设施，卫星精密轨道是

其高水平应用的基础。国外星载GNSS接收机及精密定轨系统对我国长期封锁，

制约了我国对地观测与导航领域的发展。研制北斗和对地观测等国产卫星准实时

厘米级精密定轨系统，对于构建我国独立自主的卫星应用生态需求迫切，意义重

大。自2007年开始，在国家863重点项目、中国第二代卫星导航系统重大专项、

中国高分辨率对地观测系统重大专项等支持下，项目系统地研究并发展了北斗及

对地观测卫星精密定轨理论与方法，建立了国产卫星厘米级精密定轨几何与动力

学误差模型，研制了自主可控的星载北斗/GNSS定轨核心载荷及准实时厘米级精2 密定轨系统，实现了国产卫星定轨精度从米级到厘米级的跨越式发展，取得了重

大社会经济效益，主要创新点如下：

1. 系统地建立了北斗卫星厘米级精密定轨几何与动力学误差模型，国内外

率先建立并发布了北斗天线相位中心、偏航姿态和太阳光压等模型，解决了北斗

卫星缺乏精细化定轨模型的瓶颈问题，首次实现了北斗卫星厘米级精密定轨，模

型被国际卫星导航服务组织（IGS）推荐为协议模型，技术水平达到国际领先。

2. 构建了基于星载北斗/GNSS的国产对地观测卫星精密定轨技术体系，建

立了基于国产卫星本体结构的精密定轨误差模型，解决了对地观测卫星从事后到

准实时、从基于星载GPS到星载北斗、从低轨到高轨等精密定轨技术难题，实现

了单独基于北斗的对地观测卫星厘米级轨道确定，技术水平达到国际先进。

3. 攻克了星载北斗/GNSS高精度、高可靠的宇航级精密定轨载荷关键技术，

自主研制了星载北斗/GNSS芯片、板卡、天线、接收机装备等全系列精密定轨载

荷核心元器件，信号捕获能力覆盖3,000km以下低轨空间至50,000km的高轨空

间，彻底打破了国外星载GNSS设备对我国的封锁，技术水平达到国际先进。

4. 自主研发了服务于国产高、中、低轨卫星的准实时厘米级精密定轨软件

系统，提出了基于最小二乘配置的北斗/GNSS实时精密定轨方法，建立了北斗

/GNSS精密定轨国际分析中心和数据中心，将对地观测卫星精密轨道产品延迟从

24小时缩短至10分钟，技术指标达到国际领先。

项目重大应用包括：①应用于中国第二代卫星导航系统重大专项，支撑了北

斗运控系统和全球连续监测评估系统（iGMAS）的建设，对北斗二号系统连续性

和可用性等指标提升起到重要作用；②高精度星载北斗/GNSS载荷占我国80%以

上的市场份额，搭载于中国高分辨率对地观测系统重大专项、嫦娥工程等重大项

目的30余颗卫星和航天器；③建立了非欧美地区首个国际IGS组织北斗/GNSS

多系统分析中心，国际上率先发布北斗高精度轨道产品，产品精度稳居全球前两

名，促进了全球范围北斗高精度研究和应用的热潮。

研究成果为我国北斗系统高精度应用、对地观测卫星高精度与高分辨率测绘遥感

作出了实质性贡献，近三年直接经济效益过3亿元。项目共授权国家发明专利

16项，取得软件著作权18项，发表SCI论文58篇，获省部级一等奖3项。

客观评价

1. 成果鉴定意见

（1）2018年5月27日，中国测绘地理信息学会在北京组织召开了“北斗

异构星座高精度数据处理关键技术研究”科学成果鉴定会。会议成立了由杨元喜

院士、谭述森院士等专家组成的鉴定委员会，形成意见如下：项目实现了北斗异3 构星座高精度数据处理关键技术的自主掌控，成果已成功应用于北斗运控系统和

国际IGS服务中心，经济社会效益显著。该研究成果整体达到了国际先进水平，

其中北斗高精度姿态与太阳光压模型和北斗/GNSS超快速实时轨道确定技术居国

际领先水平。

（2）2014年11月28日，中国航天科技集团在北京主持召开了“月地高速

再入返回飞行器—漏导航卫星信号接收机（GNSS高轨飞行器自主导航应用）”国

防科技成果鉴定会。会议成立了由张履谦院士等专家组成的鉴定为委员会，形成

意见如下：解决了漏导航卫星信号接收灵敏度要求高的难题，跟踪导航信号的规

定最高高度达130000km，在国际上率先实现了GNSS月地转移轨道（50000km至

5000km）连续自主导航，处于国际领先水平。

2. 项目验收意见

（1）863计划重大项目“基于相位的实时分米级北斗定位数据处理系统技

术”课题验收意见：完成了任务书规定的研究任务，功能和性能指标达到任务书

要求，在北斗精密定轨等方面具有一定的创新性，同意本课题通过验收。

（2）863计划项目“高轨星载多模GNSS自主导航技术”课题验收意见：课

题组组完成了所规定的内容，功能指标满足合同要求，同意通过验收。

（3）北斗导航重大专项“全球连续监测评估系统（第一阶段）数据中心建

设与运行维护”（GFZX0301040307-01HT（2012））项目验收意见：项目组完成了

合同规定的全部研究内容，各项指标达到合同要求，验收专家组一致同意该项目

通过任务验收评审。

（4）高分重大专项“遥感图像高精度定位技术‘高精度定轨技术软件插件’”

项目验收意见：项目组完成了合同规定的研究内容，技术指标、研究内容达到合

同要求，验收专家组同意该项目通过验收评审。

3．重要科技奖励情况

（1）获得2018年测绘科技进步一等奖：“北斗异构星座高精度数据处理关

键技术研究”。

（2）获得2017年教育部科技进步一等奖：“北斗及对地观测卫星精密定轨

关键技术与重大工程应用”。

（3）获得2016年卫星导航定位技进步一等奖：“基于GNSS高轨道航天器自

主导航新技术及应用”。

应用情况

1. 应用情况

项目研究成果已在北斗导航重大专项，高分重大专项、嫦娥工程等国家重大4 工程和国际合作计划中取得成功应用。

项目研究成果“北斗卫星精密轨道”已向国际GNSS服务组织（IGS）发布，

包括美国、德国等全球40余个科研和应用机构下载使用该数据产品，建立的数

据中心日均下载量超过1.5万次；项目研究成果“星载北斗/GNSS高精度定轨载

荷及系统” 已搭载于30余颗低轨卫星，被遥感公用平台、东方红五号平台及全

电推进卫星平台列为标准配置产品，卫星高精度定轨市场占有率达到80%。研究

成果获得国际和国内应用单位的高度认可，下表列出较具代表性的12家国内外

应用单位情况。

2. 经济效益

本项目通过系统地建立了国产卫星精密定轨理论方法和技术体系，突破了卫

星精密定轨软硬件关键技术，研制了从星载北斗/GNSS芯片、板卡、天线到接收

机整机的航天器产品，形成了面向高、中、低轨卫星/星群精密定轨服务能力。

项目研究成果主要通过航天恒星科技有限公司推广应用。自2011年以来，

该技术成果已被海洋二号、资源三号等30余颗在轨卫星和航天器搭载。此外，

涉及本技术的在研及论证卫星和航天器数量达到40余颗，应用范围几乎涵盖了

风云、海洋、资源、高分、遥感等对地观测与遥感领域，应用系列涵盖了高、中、

低轨道航天器，并被遥感公用平台、东方红五号卫星平台、全电推进卫星平台列

为标准配置产品，全面实现了厘米级精密定轨技术、定轨载荷设备和软件系统的

自主可控，近三年产生的直接经济效益超过3亿元，新增税收4400万元。

3. 社会效益

本项目依托我国北斗二代导航重大专项、高分重大专项，突破了国产卫星厘

米级精密定轨关键技术，研制了星载北斗/GNSS定轨载荷及准实时厘米级精密定

轨系统，实现了在多个国家重大工程中的成功应用，彻底摆脱了国外对我国高精

度星载GNSS载荷及精密定轨系统的封锁，全面践行了核心技术自主可控的国家

战略。5 主要知识产权和标准规范等目录

知识产权

（标准）类

别 知识产权（标

准）具体名称 国家

（地区） 授权号（标

准编号） 授权（标

准发布）

日期 证书编号

（标准批

准发布部

门） 权利人

（标准

起草单

位） 发明人（标

准起草人） 发明专

利（标

准）有效

状态

发明专利 多模式高动态扩频信号

快速捕获方法 中国 ZL200910243099.7 2013-08-28 1261163 航天恒星科技

有限公司 王猛、陆华、王群

仰、张玺、吕铁军、王浩、齐济 有效

发明专利 一种基于精

密机械臂的室外GNSS接

收机绝对天线相位中心

校正方法 中国 ZL2014107

80992.4 2017-10

-24 2667086 武汉大

学 胡志刚、

赵齐乐、 李陶、郭强 有效

发明专利 星载GNSS联

合定轨方法及装置 中国 ZL2014106

86315.6 2016.10

.05 2257049 航天恒

星科技有限公

司 王杰、徐其

超、王猛、李常亮、

刘迎娜、 王甫红、

赵文亮、 刘宪阳 有效

发明专利 基于载波三次差分的室

外GNSS绝对天线相位中

心标校方法 中国 ZL201610841265.3

2018-09-07 3065420 武汉大学 胡志刚、 赵齐乐、

李陶 有效

发明专利 一种星载定

轨优化方法 中国 ZL2014106

86331.5 2017-04

-26 2467284 航天恒

星科技有限公

司 王杰、王

猛、徐其超、陈姗

姗、史雨薇、高阳、

王甫红、王盾、刘洋 有效

发明专利 导航信号捕获转跟踪方

法及系统 中国 ZL201410686314.1 2016-10-05 2257358 航天恒星科技

有限公司 高阳、王猛、王元

磊、李兴国、史雨

薇、王杰、刘蕾、董娟

娟、王晓杰 有效

发明专利 一种高轨航

天器BDS弱信号快速捕

获方法 中国 ZL2013104

38975.8 2015-05

-27 1676344 航天恒

星科技有限公

司 闻长远、柯

颋、王猛、李兴国、高

阳、王烁、陆华、岳富

占 有效