1 引言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（以下簡稱北斗系統(tǒng)）是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，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(fā)展戰(zhàn)略推進實施，2000年，建成北斗一號系統(tǒng)，向中國及周邊提供服務；2012年，建成北斗二號系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務；2020年，建成北斗三號系統(tǒng)，向全球提供服務。

北斗三號系統(tǒng)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(wèi)星；地面控制段包括主控站、時間同步/注入站和監(jiān)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(chǎn)品和各類終端產(chǎn)品、應用系統(tǒng)等。系統(tǒng)具有“動態(tài)優(yōu)化、活性演進”、“功能豐富、服務多樣”、“技術創(chuàng)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(yōu)于10米、測速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時精度優(yōu)于20納秒、服務可用性優(yōu)于99%，亞太地區(qū)性能更優(yōu)，是中國貢獻給世界的全球公共服務產(chǎn)品。

2020年7月31日，北斗三號系統(tǒng)正式建成開通， 邁入全球服務新時代。北斗三號系統(tǒng)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(chuàng)建了協(xié)同優(yōu)質高效的北斗系統(tǒng)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(tǒng)工程管理

北斗系統(tǒng)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(tǒng)規(guī)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(wěn)定運行難、中斷影響大等諸多難題和挑戰(zhàn)，需要在傳統(tǒng)航天系統(tǒng)工程管理模式的基礎上[12-18]，運用系統(tǒng)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(chuàng)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(tǒng)工程管理體系

2.1 “集中統(tǒng)一、高效協(xié)調(diào)”的組織實施體系

2.1.1 “集中統(tǒng)一、分級負責”的組織機構

建立由中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)委員會、牽頭組織單位、系統(tǒng)管理辦公室、實施執(zhí)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(tǒng)、專家咨詢機構和技術支撐機構，如圖2所示。在衛(wèi)星導航系統(tǒng)委員會的統(tǒng)一領導下，在系統(tǒng)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(xié)調(diào)高效、規(guī)范有序的管理運行機制，將政產(chǎn)研學等多維力量有效整合，實現(xiàn)了管理-工程-技術的有機融合，確保了資源、要素的優(yōu)化配置和工作的順利推進 。

圖2. 北斗系統(tǒng)組織機構

2.1.2 “多層次、高效率”的協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)會、總師辦公會和專題協(xié)調(diào)會等多層次、近實時的協(xié)調(diào)機制。導航委員會會議由衛(wèi)星導航系統(tǒng)委員會組織，對重大問題集中協(xié)調(diào)、研究與決策，審議年度工作與計劃等重點事項；大總體協(xié)調(diào)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(tǒng)管理辦公室組織，協(xié)調(diào)決策重要技術問題，給出管理問題的建議；專題協(xié)調(diào)會由工程大總體組織，及時協(xié)調(diào)決策專門問題。該機制的建立，確保了數(shù)千個問題及時有效解決，為系統(tǒng)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(tǒng)工程中發(fā)揮著重要作用，是整個系統(tǒng)研制工作中必不可少的技術抓總單位[12]。衛(wèi)星導航系統(tǒng)是以活性演進為主要特征的巨型航天系統(tǒng)，更需要建立強大的總體設計部。本項目創(chuàng)新提出了跨行業(yè)、跨領域的“小核心、大外圍”總體設計部構建模式，建立以系統(tǒng)管理辦公室及所屬中國衛(wèi)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(yōu)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(tǒng)協(xié)同優(yōu)質高效建設中發(fā)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(fā)展、自主可控”的技術創(chuàng)新體系

2.2.1 “增量發(fā)展、漸進提升”的演進路線

在北斗三號系統(tǒng)的建設與發(fā)展中，探索并實踐了航天系統(tǒng)增量發(fā)展的新模式，為北斗三號系統(tǒng)狀態(tài)不斷迭代演進、始終追求更優(yōu)提供了科學方法論。戰(zhàn)略規(guī)劃上，按三步走戰(zhàn)略，歷經(jīng)北斗一號、二號、三號，技術體制從區(qū)域有源、區(qū)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(tǒng)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(tǒng)，實現(xiàn)世界一流的目標。工程實施上，北斗三號30顆衛(wèi)星分三個批次，根據(jù)前序批次衛(wèi)星在軌表現(xiàn)情況和總體方案的升級情況，逐批次升級技術狀態(tài)要求，不斷提高衛(wèi)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(wǎng)發(fā)展至利用星間鏈路的星間星地一體化組網(wǎng)；系統(tǒng)運行由依托地面控制發(fā)展至星座自主運行。

2.2.2 “頂層優(yōu)化、融合一體”的技術體制

衛(wèi)星導航系統(tǒng)的技術體制決定功能和性能。北斗系統(tǒng)從頂層對技術體制進行了優(yōu)化設計，突破了多業(yè)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(chuàng)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(yè)務融為一體的衛(wèi)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(xiàn)了星與星間的信息傳遞，衛(wèi)星軌道測量精度達到厘米級，實現(xiàn)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(chuàng)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(wèi)星導航系統(tǒng)的服務功能；研制了具有自主知識產(chǎn)權的星載氫鐘和星載銣鐘相結合的主備份衛(wèi)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(chǎn)權的下行導航信號調(diào)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(chuàng)新突破、自主可控”的攻關體制

關鍵技術自主創(chuàng)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(xié)調(diào)管理，由國內(nèi)優(yōu)勢單位作為乙方開展具體研究攻關，由工程相關大系統(tǒng)作為丙方監(jiān)督攻關成果；同步建立地面與在軌試驗數(shù)字孿生系統(tǒng)，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(chǎn)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(xiàn)、規(guī)模化帶動”的自主發(fā)展路線，建立了“決策、咨詢、執(zhí)行”三層管理體系，成立專門協(xié)調(diào)機構負責總體決策，統(tǒng)籌研制、應用等各項工作；由專家咨詢機構負責標準規(guī)范制定、基礎性技術研究及技術問題協(xié)調(diào)等工作；由工程各系統(tǒng)負責元器件研制、驗證與應用，研制過程中不斷提出產(chǎn)品優(yōu)化改進意見，有效促進產(chǎn)品研制成熟。自主可控實施以來，實現(xiàn)了關鍵器部件100%國產(chǎn)化。

2.2.4 “六位一體、全程閉環(huán)”的狀態(tài)控管模式

針對北斗系統(tǒng)特點，建立了“設計、試驗、評估、集成、運行、協(xié)調(diào)”六位一體的狀態(tài)控管模式，“設計”輸出狀態(tài)，“試驗”驗證狀態(tài)，“評估”掌握狀態(tài)，“集成”確認狀態(tài)，“運行”優(yōu)化狀態(tài)，針對過程中出現(xiàn)的技術問題，一般問題直接協(xié)調(diào)解決，復雜問題經(jīng)分析、研究和驗證后協(xié)調(diào)解決。該模式實現(xiàn)了北斗系統(tǒng)技術狀態(tài)的閉環(huán)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(yōu)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(wǎng)、運行服務等工作流程優(yōu)化，并實現(xiàn)高度并行、快速迭代，同時引入競爭擇優(yōu)機制，調(diào)動全國優(yōu)勢資源進行集智攻關。為此，建立了“并行推進、擇優(yōu)競爭”的建設管理模式，創(chuàng)造了兩年半發(fā)射18箭30星、提前半年建成北斗三號系統(tǒng)的“中國速度”。

創(chuàng)建宇航產(chǎn)品組批生產(chǎn)新模式。在傳統(tǒng)單星單箭科研生產(chǎn)管理模式基礎上，建立“集中設計、統(tǒng)一狀態(tài)，全面投產(chǎn)、分批驗收，流水作業(yè)、滾動備份”的宇航產(chǎn)品組批生產(chǎn)新模式，實現(xiàn)了星箭高密度按計劃出廠。

研制流程全面優(yōu)化。建立衛(wèi)星發(fā)射場遠程測試模式，優(yōu)化運載火箭發(fā)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(shù)字孿生試驗評估體系，統(tǒng)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(yōu)化完善系統(tǒng)狀態(tài)和性能，實現(xiàn)了“建成即服務、服務即見效”。

引入競爭擇優(yōu)機制，集智攻關。研發(fā)隊伍構建上，建立從總體到分系統(tǒng)，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(wèi)星總體、兩家載荷總體、兩類衛(wèi)星平臺、多家關鍵單機進行多定點。推進策略上，30顆衛(wèi)星采用綜合評估、招標擇優(yōu)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(diào)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)-工程各系統(tǒng)-分系統(tǒng)及單機，增加了第三方評估監(jiān)管和基礎保障，建立“可靠性設計、測試驗證、評估監(jiān)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(tǒng)、系統(tǒng)、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(xù)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(tǒng)、系統(tǒng)、單機等不同層次是否滿足指標要求。大系統(tǒng)層面，建立地面試驗驗證系統(tǒng)，對總體方案及關鍵指標實現(xiàn)情況進行測試評估；系統(tǒng)與單機層面，開展單機級、分系統(tǒng)級和系統(tǒng)級測試驗證工作，確保測試覆蓋全面、體系完整有效。評估監(jiān)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(tǒng)、全過程研制活動開展質量監(jiān)督評價。大系統(tǒng)層面，建立全球連續(xù)監(jiān)測評估系統(tǒng)，對北斗系統(tǒng)的服務性能開展監(jiān)測評估；系統(tǒng)與單機層面，建立產(chǎn)品監(jiān)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(xiàn)單機、分系統(tǒng)、系統(tǒng)、大系統(tǒng)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(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

“四個體系”質量模式的建立，實現(xiàn)了北斗產(chǎn)品研制“零缺陷”、組網(wǎng)發(fā)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(fā)射組網(wǎng)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(fā)射、穩(wěn)定運行等方面存在的多類風險，創(chuàng)新建立了“多源數(shù)據(jù)融合風險認知分析、定性定量相結合風險動態(tài)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(huán)控制，實現(xiàn)了由傳統(tǒng) “質量前移”向“風險前移”的成功轉型。

多源數(shù)據(jù)融合風險認知分析，利用不同層次（大系統(tǒng)、系統(tǒng)、單機產(chǎn)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(shù)據(jù)，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(tài)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(fā)生概率、影響對象、危害程度等，并進行分類分級，根據(jù)風險因素變化情況和控制保障措施落實情況，持續(xù)開展風險評估，動態(tài)調(diào)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(fā)布風險預警信息，狠抓控制保障措施落實，在產(chǎn)品驗收、系統(tǒng)轉階段、出廠評審等關鍵環(huán)節(jié)，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(wěn)運行體系

為確保系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定服務，構建了“運行維護、監(jiān)測評估、精穩(wěn)提升、平穩(wěn)過渡”為一體的全流程、多手段精穩(wěn)運行體系，如圖6所示。該體系以問題為導向，通過“監(jiān)測評估”發(fā)現(xiàn)問題、預判問題，通過“精穩(wěn)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(wěn)過渡”實現(xiàn)系統(tǒng)服務穩(wěn)定、性能提升，實現(xiàn)了長期的精穩(wěn)閉環(huán)控制。

圖6. 北斗系統(tǒng)精穩(wěn)運行體系

運行維護創(chuàng)建運控、測控、星間、衛(wèi)星等系統(tǒng) “多方聯(lián)保”機制，構建“內(nèi)環(huán)（系統(tǒng)運行服務數(shù)據(jù)）+中環(huán)（產(chǎn)品研制狀態(tài)數(shù)據(jù)）+外環(huán)（外部監(jiān)測評估數(shù)據(jù)）”的三環(huán)數(shù)據(jù)融通體系，實施基于大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術的智能運維，實現(xiàn)系統(tǒng)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(jiān)測評估構建全球分布監(jiān)測評估網(wǎng)絡，對系統(tǒng)服務性能與運行狀態(tài)開展常態(tài)化監(jiān)測評估，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在問題和薄弱環(huán)節(jié)。精穩(wěn)提升針對監(jiān)測評估發(fā)現(xiàn)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(wěn)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(tǒng)平穩(wěn)過渡，保障系統(tǒng)過渡中億萬用戶不受影響。

自2012年底北斗二號系統(tǒng)提供服務以來，系統(tǒng)8年來連續(xù)穩(wěn)定運行從未發(fā)生中斷，定位精度從10米提高到優(yōu)于5米，為全球提供優(yōu)質服務。

 

3 結語

北斗系統(tǒng)是復雜航天系統(tǒng)工程的成功實踐，豐富了航天管理體系的內(nèi)涵。在繼承我國傳統(tǒng)航天工程管理模式的基礎上，針對北斗系統(tǒng)特點實現(xiàn)了創(chuàng)新與發(fā)展，形成了中國特色的北斗系統(tǒng)工程管理模式。科學管理和管理科學成就了北斗系統(tǒng)建設的高質量、高速度和高效率。北斗系統(tǒng)建設過程中摸索和建立的創(chuàng)新管理模式，已經(jīng)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(xù)將建設以北斗系統(tǒng)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(chuàng)新、持續(xù)發(fā)展，推動北斗向更高層次、更高質量發(fā)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(fā)生產(chǎn)直銷廠家，在北斗GPS導航定位行業(yè)非常高的知名度和美譽度，研發(fā)生產(chǎn)產(chǎn)品廣泛應用于bds衛(wèi)星導航定位無線通信等領域。主要產(chǎn)品包括：RJ45-RJ45網(wǎng)絡，網(wǎng)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(yī)療等行業(yè)。

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