發布時間:2021-12-30作者來源:金航標瀏覽:2769
1 引言
北斗衛星導航系統(以下簡稱北斗系統)是中國著眼于國家安全和經濟社會發展需要,自主建設運行的全球衛星導航系統,是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施。按照“三步走”發展戰略推進實施,2000年,建成北斗一號系統,向中國及周邊提供服務;2012年,建成北斗二號系統,向亞太地區提供服務;2020年,建成北斗三號系統,向全球提供服務。
北斗三號系統由空間段、地面控制段、用戶段三部分組成。空間段包括24顆中圓軌道、3顆地球同步軌道、3顆傾斜同步軌道等共計30顆衛星;地面控制段包括主控站、時間同步/注入站和監測站等47個地面站,以及測控和星間鏈路運行管理等地面設施;用戶段包括芯片、模塊、天線等基礎產品和各類終端產品、應用系統等。系統具有“動態優化、活性演進”、“功能豐富、服務多樣”、“技術創新、自主可控”、“應用廣泛、效益顯著”、“開放兼容、全球推廣”等五大特色[1-10],獨具短報文通信、星基增強、精密單點定位、國際搜救等多種服務功能,全球范圍定位精度優于10米、測速精度優于0.2米/秒、授時精度優于20納秒、服務可用性優于99%,亞太地區性能更優,是中國貢獻給世界的全球公共服務產品。
2020年7月31日,北斗三號系統正式建成開通, 邁入全球服務新時代。北斗三號系統的建成開通,是我國邁向航天強國的重要里程碑,是我國為全球公共服務基礎設施建設做出的重大貢獻 [11]。矚目成就的取得,得益于創建了協同優質高效的北斗系統工程管理體系,探索了一條行之有效的科學管理之路。
2 北斗系統工程管理
北斗系統肩負工程建設、應用服務、國際合作三大任務,在工程管理上面臨涉及領域廣、系統規模大、技術跨度大、指標要求高、建設周期緊、要素耦合緊、質量控制難、風險程度高、穩定運行難、中斷影響大等諸多難題和挑戰,需要在傳統航天系統工程管理模式的基礎上[12-18],運用系統工程的新方法和新理念,在組織、技術、建設、質量、運行上進行管理創新,建立適應北斗特點的工程管理體系[19],如圖1所示。
圖1. 北斗系統工程管理體系
2.1 “集中統一、高效協調”的組織實施體系
2.1.1 “集中統一、分級負責”的組織機構
建立由中國衛星導航系統委員會、牽頭組織單位、系統管理辦公室、實施執行機構和任務承擔單位構成的組織機構,成立總設計師系統、專家咨詢機構和技術支撐機構,如圖2所示。在衛星導航系統委員會的統一領導下,在系統管理辦公室的具體組織下,各機構分級負責,建立了運行順暢、協調高效、規范有序的管理運行機制,將政產研學等多維力量有效整合,實現了管理-工程-技術的有機融合,確保了資源、要素的優化配置和工作的順利推進 。
圖2. 北斗系統組織機構
2.1.2 “多層次、高效率”的協調機制
為確保組織機構的高效運轉,構建導航委員會會議、大總體協調會、總師辦公會和專題協調會等多層次、近實時的協調機制。導航委員會會議由衛星導航系統委員會組織,對重大問題集中協調、研究與決策,審議年度工作與計劃等重點事項;大總體協調會由牽頭組織單位組織,決策重大技術和管理問題;總師辦公會由系統管理辦公室組織,協調決策重要技術問題,給出管理問題的建議;專題協調會由工程大總體組織,及時協調決策專門問題。該機制的建立,確保了數千個問題及時有效解決,為系統快速推進提供了有力支撐。
2.1.3 “小核心、大外圍”的總體設計部
錢學森先生提出,總體設計部在系統工程中發揮著重要作用,是整個系統研制工作中必不可少的技術抓總單位[12]。衛星導航系統是以活性演進為主要特征的巨型航天系統,更需要建立強大的總體設計部。本項目創新提出了跨行業、跨領域的“小核心、大外圍”總體設計部構建模式,建立以系統管理辦公室及所屬中國衛星導航工程中心為小核心,以5個專家組、9個分中心、10余個優勢科研院所等為大外圍的總體設計部,如圖3所示。在北斗系統協同優質高效建設中發揮了重要作用。
圖3. “小核心、大外圍”的北斗工程總體設計部
2.2 “增量發展、自主可控”的技術創新體系
2.2.1 “增量發展、漸進提升”的演進路線
在北斗三號系統的建設與發展中,探索并實踐了航天系統增量發展的新模式,為北斗三號系統狀態不斷迭代演進、始終追求更優提供了科學方法論。戰略規劃上,按三步走戰略,歷經北斗一號、二號、三號,技術體制從區域有源、區域無源、到全球無源,能力水平從解決有無、追趕國外到比肩超越。總體方案上,北斗三號系統總體方案從2011年開始,迭代演進了多個版本,逐步確立從比肩到超越國外系統,實現世界一流的目標。工程實施上,北斗三號30顆衛星分三個批次,根據前序批次衛星在軌表現情況和總體方案的升級情況,逐批次升級技術狀態要求,不斷提高衛星性能。技術體制上,服務類型從北斗二號的兩種拓展至北斗三號的七種;從星地組網發展至利用星間鏈路的星間星地一體化組網;系統運行由依托地面控制發展至星座自主運行。
2.2.2 “頂層優化、融合一體”的技術體制
衛星導航系統的技術體制決定功能和性能。北斗系統從頂層對技術體制進行了優化設計,突破了多業務一體化、星間鏈路、異構混合導航星座、星載原子鐘、下行導航信號等核心技術,為服務功能和性能全面提升奠定了基礎。創建了導航定位/全球報文通信/星基增強/國際搜救/精密單點定位等多業務融為一體的衛星導航新體制,極大地豐富了服務功能;建立了全星座星間鏈路,實現了星與星間的信息傳遞,衛星軌道測量精度達到厘米級,實現了不依賴海外地面建站的全球高精度導航,并為自主導航提供了重要支撐;創新設計了國際[敏感詞]地球同步/傾斜地球同步/中圓多軌道的全球異構混合星座,拓展了衛星導航系統的服務功能;研制了具有自主知識產權的星載氫鐘和星載銣鐘相結合的主備份衛星鐘體系,確保了高精度測距與授時;設計了具有自主知識產權的下行導航信號調制模式,提升了北斗三號信號的抗多路徑和抗干擾能力[2,3,6,7,20]。
2.2.3 “創新突破、自主可控”的攻關體制
關鍵技術自主創新方面,針對工程建設的技術難點和核心關鍵,成體系安排160余項關鍵技術攻關。為確保攻關取得成效,由工程大總體作為甲方負責所有項目協調管理,由國內優勢單位作為乙方開展具體研究攻關,由工程相關大系統作為丙方監督攻關成果;同步建立地面與在軌試驗數字孿生系統,充分驗證關鍵技術攻關成果,不斷迭代完善,確保成果快速全面轉化。
國產化器部件自主可控方面,超前布局制定“工程型號引領、應用驗證促進、分階段實現、規?;瘞印钡淖灾靼l展路線,建立了“決策、咨詢、執行”三層管理體系,成立專門協調機構負責總體決策,統籌研制、應用等各項工作;由專家咨詢機構負責標準規范制定、基礎性技術研究及技術問題協調等工作;由工程各系統負責元器件研制、驗證與應用,研制過程中不斷提出產品優化改進意見,有效促進產品研制成熟。自主可控實施以來,實現了關鍵器部件100%國產化。
2.2.4 “六位一體、全程閉環”的狀態控管模式
針對北斗系統特點,建立了“設計、試驗、評估、集成、運行、協調”六位一體的狀態控管模式,“設計”輸出狀態,“試驗”驗證狀態,“評估”掌握狀態,“集成”確認狀態,“運行”優化狀態,針對過程中出現的技術問題,一般問題直接協調解決,復雜問題經分析、研究和驗證后協調解決。該模式實現了北斗系統技術狀態的閉環控制與管理,如圖4所示。
圖4. 六位一體的實施模式
2.3 “并行推進、擇優競爭”的建設管理體系
將總體設計、關鍵技術攻關、試驗驗證、研制組網、運行服務等工作流程優化,并實現高度并行、快速迭代,同時引入競爭擇優機制,調動全國優勢資源進行集智攻關。為此,建立了“并行推進、擇優競爭”的建設管理模式,創造了兩年半發射18箭30星、提前半年建成北斗三號系統的“中國速度”。
創建宇航產品組批生產新模式。在傳統單星單箭科研生產管理模式基礎上,建立“集中設計、統一狀態,全面投產、分批驗收,流水作業、滾動備份”的宇航產品組批生產新模式,實現了星箭高密度按計劃出廠。
研制流程全面優化。建立衛星發射場遠程測試模式,優化運載火箭發射場測試流程,并行開展多種服務的測試評估,將星星地對接時間縮短50%,測試評估時間由90天縮短至28天。
試驗驗證保障成體系推進。構建了“星地一體、虛實結合、準確可信”的數字孿生試驗評估體系,統籌開展在軌測試、星地對接、在軌試驗、性能評估等工作,建立了“研制-測評-改進-再驗證”的迭代演進模式,不斷優化完善系統狀態和性能,實現了“建成即服務、服務即見效”。
引入競爭擇優機制,集智攻關。研發隊伍構建上,建立從總體到分系統,再到單機的多層次、多定點良性競爭格局。按照“同型異構保研制,實時遞補保進度”的原則,安排兩家衛星總體、兩家載荷總體、兩類衛星平臺、多家關鍵單機進行多定點。推進策略上,30顆衛星采用綜合評估、招標擇優的方式,按批次分比例落實任務,既充分保持競爭壓力,又[敏感詞]調動各方積極性。
2.4 “體系保障、風險前移”的質量控制體系
2.4.1“四個體系”的質量可靠性保障
傳統航天質量管理主要面向航天器,注重全過程質量控制和精細化質量管理,北斗系統質量管理堅持“覆蓋全面、預防為主、控制源頭、常抓不懈”理念,貫穿大系統-工程各系統-分系統及單機,增加了第三方評估監管和基礎保障,建立“可靠性設計、測試驗證、評估監管、基礎保障”四個體系的質量管理模式,如圖5所示。
圖5. “四個體系”的質量管理模式
可靠性設計主要針對大系統、系統、單機等不同層次,開展可靠性指標的設計與分解,建立可用性、連續性、完好性等質量特性指標體系。測試驗證自下而上逐級開展各類仿真、測試、試驗等,驗證大系統、系統、單機等不同層次是否滿足指標要求。大系統層面,建立地面試驗驗證系統,對總體方案及關鍵指標實現情況進行測試評估;系統與單機層面,開展單機級、分系統級和系統級測試驗證工作,確保測試覆蓋全面、體系完整有效。評估監管主要依托第三方對工程的可靠性設計、測試驗證等全系統、全過程研制活動開展質量監督評價。大系統層面,建立全球連續監測評估系統,對北斗系統的服務性能開展監測評估;系統與單機層面,建立產品監督驗收體系,實施關鍵單機、部組件成熟度評價。基礎保障實施可靠性專項提升,實現單機、分系統、系統、大系統可靠性增長;成立北斗標準化技術委員會,構建北斗標準體系,促進導航產業健康發展。
“四個體系”質量模式的建立,實現了北斗產品研制“零缺陷”、組網發射“零故障”、運行服務“零中斷”的質量目標,確保了北斗三號工程18箭30星發射組網100%成功。
2.4.2 “控制保障鏈”風險分析與防控機制
針對進度、研制、發射、穩定運行等方面存在的多類風險,創新建立了“多源數據融合風險認知分析、定性定量相結合風險動態評估、分級傳遞和提前防范風險預警控制”的風險控制保障鏈,形成了風險“識別-評估-防控”閉環控制,實現了由傳統 “質量前移”向“風險前移”的成功轉型。
多源數據融合風險認知分析,利用不同層次(大系統、系統、單機產品)、不同時域(初樣、正樣、試驗階段)、不同空域(地面、在軌)的多源數據,綜合采用質量交集分析法、風險矩陣評估法等,進行多維度、全方位、全過程的風險識別與分析。定性定量相結合風險動態評估,采用定性分析與定量計算相結合的方法,對于識別出的風險進行綜合評估,判斷風險的發生概率、影響對象、危害程度等,并進行分類分級,根據風險因素變化情況和控制保障措施落實情況,持續開展風險評估,動態調整風險等級。分級傳遞和提前防范風險預警控制,將各個風險自上而下傳遞,分類分級制定防控和保障措施,及時發布風險預警信息,狠抓控制保障措施落實,在產品驗收、系統轉階段、出廠評審等關鍵環節,對風險防控情況進行專項審查。
2.5 “問題導向、四位一體”的精穩運行體系
為確保系統連續穩定服務,構建了“運行維護、監測評估、精穩提升、平穩過渡”為一體的全流程、多手段精穩運行體系,如圖6所示。該體系以問題為導向,通過“監測評估”發現問題、預判問題,通過“精穩提升”研究解決問題,通過“運行維護”落實問題解決措施,通過“平穩過渡”實現系統服務穩定、性能提升,實現了長期的精穩閉環控制。
圖6. 北斗系統精穩運行體系
運行維護創建運控、測控、星間、衛星等系統 “多方聯?!睓C制,構建“內環(系統運行服務數據)+中環(產品研制狀態數據)+外環(外部監測評估數據)”的三環數據融通體系,實施基于大數據、云計算、人工智能技術的智能運維,實現系統實時在線評估、快速故障診斷定位、故障預測與預警、輔助決策支持,提升科學化、智能化運行管理水平。監測評估構建全球分布監測評估網絡,對系統服務性能與運行狀態開展常態化監測評估,及時發現系統存在問題和薄弱環節。精穩提升針對監測評估發現的問題,分析深層原因、研提解決方案,開展關鍵技術攻關與工程改進。平穩過渡從空間段、地面段、用戶段、信號段等方面,有序實施北斗二號向北斗三號系統平穩過渡,保障系統過渡中億萬用戶不受影響。
自2012年底北斗二號系統提供服務以來,系統8年來連續穩定運行從未發生中斷,定位精度從10米提高到優于5米,為全球提供優質服務。
3 結語
北斗系統是復雜航天系統工程的成功實踐,豐富了航天管理體系的內涵。在繼承我國傳統航天工程管理模式的基礎上,針對北斗系統特點實現了創新與發展,形成了中國特色的北斗系統工程管理模式??茖W管理和管理科學成就了北斗系統建設的高質量、高速度和高效率。北斗系統建設過程中摸索和建立的創新管理模式,已經在北斗工程中得到充分驗證,可以為航天及其他領域工程管理提供借鑒參考。后續將建設以北斗系統為基礎,更加泛在、更加融合、更加智能的國家綜合定位導航授時(PNT)體系,北斗工程管理模式也將隨之不斷創新、持續發展,推動北斗向更高層次、更高質量發展。
“Kinghelm”商標由金航標公司原始注冊,金航標是GPS天線北斗天線研發生產直銷廠家,在北斗GPS導航定位行業非常高的知名度和美譽度,研發生產產品廣泛應用于bds衛星導航定位無線通信等領域。主要產品包括:RJ45-RJ45網絡,網絡接口連接器、射頻連接器轉接線、同軸線纜連接器、type-c連接器、hdmi接口type-c接口、排針排母、SMA、fpc、FFC天線連接器、天線信號傳輸防水接頭、hdmi接口、usb連接器、端子端子線、端子板接線端子、接線端子排、射頻rfid標簽、定位導航天線、通訊天線天線連接線、膠棒天線吸盤天線、433天線4G天線,GPS模塊天線等。廣泛應用于航天航空、通信、[敏感詞]、儀器儀表和安防、醫療等行業。
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