北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在人防信息系統(tǒng)中的運(yùn)用

◆倪晨瑩

(上海市民防指揮信息保障中心 上海 201100)

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在人防信息系統(tǒng)中的運(yùn)用

◆倪晨瑩

(上海市民防指揮信息保障中心 上海 201100)

人民防空是國(guó)防力量的重要組成部分，是全黨全軍全國(guó)各族人民的共同事業(yè)，事關(guān)國(guó)家安全和發(fā)展全局。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)于2014年自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)ξ覈?guó)所有的信息和資源進(jìn)行保障。人防信息系統(tǒng)是保障我國(guó)國(guó)土安全基本的信息系統(tǒng)，注重應(yīng)急救援，防災(zāi)減災(zāi)方面作戰(zhàn)的職責(zé)。將北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用在其發(fā)展中，能夠?yàn)槿朔佬畔⑾到y(tǒng)提供可靠度的數(shù)據(jù)支持，增強(qiáng)其車輛監(jiān)控和指揮調(diào)度，增強(qiáng)我國(guó)國(guó)家安全的保障，同時(shí)促進(jìn)人防信息系統(tǒng)完善化規(guī)模化的發(fā)展，對(duì)我國(guó)發(fā)展而言具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；人防信息系統(tǒng)；應(yīng)用對(duì)比

1 北斗定位系統(tǒng)概述

1.1 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)簡(jiǎn)述

北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研制的第一顆全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美國(guó)和俄羅斯之后第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要被用來(lái)對(duì)空間中物體進(jìn)行精確定位，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)安全且全面發(fā)展，其應(yīng)用范圍較廣，比如：應(yīng)用在測(cè)繪、電信、交通、森林防、抗震救災(zāi)等發(fā)展中，能夠增強(qiáng)國(guó)家建設(shè)和發(fā)展，同時(shí)滿足全球應(yīng)用的需求。

1.2 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)運(yùn)行原理

北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要由三方面組成，即：空間部分；地面部分；用戶部分。導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。35顆衛(wèi)星在離地面2萬(wàn)多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，在任意時(shí)刻、任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。能夠保證每天24h的完整工作，為各種用戶提供準(zhǔn)確性較高、定位可靠的導(dǎo)航服務(wù)。

2 北斗系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

中國(guó)作為世界大口，無(wú)論是民用或軍用工程建設(shè)，都需要一款適合本國(guó)發(fā)展要求的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，目前，北斗一號(hào)系統(tǒng)已圓滿完成了歷史使命，奠定了我國(guó)自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展基石；北斗二號(hào)系統(tǒng)基本建成，2013年正式提供服務(wù)，進(jìn)一步提高了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)性能；北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)研制建設(shè)已進(jìn)入關(guān)鍵技術(shù)和試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)階段，按計(jì)劃將于2020年建成[1]。

北斗一號(hào)系統(tǒng)采用無(wú)線電測(cè)定業(yè)務(wù) ( RDSS)[2]可向用戶提供導(dǎo)航定位、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)。2003年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)正式提供服務(wù)以來(lái)，在海洋漁業(yè)、危化品運(yùn)輸、搶險(xiǎn)救災(zāi)、水文、氣象、林業(yè)、通信、電力等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了明顯的社會(huì)效益。

北斗二號(hào)系統(tǒng)完全繼承并發(fā)展了北斗一號(hào)系統(tǒng)RDSS服務(wù)，新增了無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)(RNS S)服務(wù)[2]，實(shí)現(xiàn)了有源和無(wú)源雙重技術(shù)體制共用互補(bǔ)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。服務(wù)區(qū)域比北斗一號(hào)系統(tǒng)擴(kuò)大近三倍，系統(tǒng)具有連續(xù)實(shí)時(shí)三維定位測(cè)速能力。具備一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力。

3 北斗與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的比較

3.1 系統(tǒng)組成的比較

GPS系統(tǒng)由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶設(shè)備三部分組成，GPS的空間部分是由21顆工作衛(wèi)星組成，還有另外3顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行；地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站、主控制站、地面天線所組成；用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。

3.2 定位原理的比較

“北斗一號(hào)”導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距的二維導(dǎo)航，由地面的中心站解算出位置后再通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶接收并顯示接收到的信息。GPS是被動(dòng)式單向測(cè)距三維導(dǎo)航，只需要接收4個(gè)衛(wèi)星的位置信息，由用戶設(shè)備獨(dú)立運(yùn)算出自己的定位數(shù)據(jù)。“北斗二號(hào)”在“北斗一號(hào)”的基礎(chǔ)上加以升級(jí)改進(jìn)，該系統(tǒng)采用衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)定(RDSS)與衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航(RNSS)集成體制，既能像GPS系統(tǒng)一樣為用戶提供衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航服務(wù)，又具有位置報(bào)告及短報(bào)文通信功能。

3.3 星體軌道比較

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是在赤道面上設(shè)置兩顆地球同步衛(wèi)星，衛(wèi)星的赤道角距為60；而GPS系統(tǒng)共有24顆衛(wèi)星，分布在六個(gè)軌道面上，軌道角 55度，軌道面赤道角距為 60。其高度約為20000km，屬于中軌道衛(wèi)星，繞地球一周約11小時(shí)58分鐘。

3.4 覆蓋范圍的比較

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)目前是區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其服務(wù)范圍包括我國(guó)大陸、臺(tái)灣、南沙及其它島嶼，中國(guó)海、日本海、太平洋部分海域及我國(guó)部分周邊地區(qū)。而GPS是全球性導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在全球的任何點(diǎn)位，只要衛(wèi)星信號(hào)未被遮蔽或干擾，就能夠接收并運(yùn)算出三維坐標(biāo)。

3.5 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的比較

“北斗一號(hào)”的用戶，定位申請(qǐng)要送回中心控制系統(tǒng)，在中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)后再發(fā)回用戶，其間數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)地球的靜止衛(wèi)星走一個(gè)來(lái)回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)和中心控制系統(tǒng)的處理，時(shí)間延遲相對(duì)較長(zhǎng)，因此，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)物體，就增大了定位的誤差。較適合車輛、船舶等慢速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行確定位。

3.6 用戶容量的比較

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是主動(dòng)雙向測(cè)距的詢問(wèn)——應(yīng)答系統(tǒng)，用戶設(shè)備端與地球同步衛(wèi)星之間不僅需要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問(wèn)信號(hào)，還必須要求用戶設(shè)備向同步衛(wèi)星發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，系統(tǒng)的用戶容量取決于信道阻塞率、詢問(wèn)信號(hào)速率和用戶的響應(yīng)頻率等因素，因此，用戶設(shè)備容量是有限的。GPS系統(tǒng)是單向測(cè)距，發(fā)送的是廣播信號(hào)，用戶設(shè)備端只要接收到導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航電文即可進(jìn)行測(cè)距與定位，其用戶設(shè)備容量是理論上是無(wú)限的。

4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在人防中的作用

我國(guó)將北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用在人防信息化系統(tǒng)中，可以為人防信息化系統(tǒng)提供精確的車輛監(jiān)控和合理的指揮調(diào)度，以及獲取動(dòng)態(tài)的組展信息，便于我國(guó)人防指揮部門(mén)可以依據(jù)實(shí)際情況制定出合理、可靠且有效的作戰(zhàn)方案。人民防空部門(mén)的指揮者可以通過(guò)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際的定位信息和數(shù)據(jù)，對(duì)防空不斷進(jìn)行合理、實(shí)時(shí)且有效的指揮、調(diào)整和管控。

同時(shí)通過(guò)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)獲取信息不受地域、環(huán)境、時(shí)間、距離等因素的影響，具有較高的時(shí)效性、精確性、可靠性、傳遞性。可以對(duì)即將發(fā)生的事件進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，做出合理的分析，比如：可以對(duì)地震進(jìn)行一定程度的預(yù)測(cè)，發(fā)布相應(yīng)程度的預(yù)警警告；對(duì)空間突發(fā)的事件進(jìn)行及時(shí)的分析，傳遞信息，促使人民防空部門(mén)及時(shí)應(yīng)對(duì)。

5 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

相比較而言，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)：

同時(shí)具有定位和通信功能，不需要其他的通信系統(tǒng)支持，而GPS則沒(méi)有通信功能。北斗不僅僅解決了“我在哪里”，還解決“你在哪里”的問(wèn)題，還能高效快捷地實(shí)現(xiàn)“我”和“你”之間的信息報(bào)文傳遞。這一特有功能，是各種導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)踐中用得最多最好、最受歡迎的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。北斗的用戶終端實(shí)際上是一個(gè)具有定位和通信雙重功能的設(shè)備。

目前的北斗終端機(jī)能夠同時(shí)融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS及其他導(dǎo)航系統(tǒng)資源，使之應(yīng)用更加豐富。

自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合在關(guān)鍵部門(mén)應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

6 應(yīng)用缺點(diǎn)分析

BDS定位技術(shù)主要缺點(diǎn)：

壽命短。從地質(zhì)測(cè)量工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星的壽命一般是8年，北斗衛(wèi)星的使用壽命在5年左右，已發(fā)射的16顆衛(wèi)星中，已有2顆老舊衛(wèi)星失效。

價(jià)格高。地質(zhì)測(cè)量選用 BDS技術(shù)要投入更高的城邦，由于中國(guó)以前沒(méi)有發(fā)展芯片技術(shù)，所以造成現(xiàn)在“無(wú)芯可用”的地步，尤其在研發(fā)階段投入非常大，但等到將來(lái)成熟芯片研制成功后，大規(guī)模生產(chǎn)效應(yīng)自然會(huì)使成本降低。

誤差來(lái)源。有學(xué)者對(duì) BDS誤差來(lái)源進(jìn)行綜合分析，從信噪比、多路徑、可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)、精度因子、定位精度等多個(gè)方面，對(duì)BDS誤差進(jìn)行分析，認(rèn)為噪聲干擾、傳輸路徑、定位方式、人員操作等，均是影響 BDS誤差的主要來(lái)源，這些主客觀因素限制了BDS市場(chǎng)化與產(chǎn)業(yè)化推廣，這也是BDS在國(guó)際市場(chǎng)尚未得到全面認(rèn)可的關(guān)鍵因素。未來(lái)，我國(guó)研發(fā) BDS要重點(diǎn)解決誤差問(wèn)題，只有進(jìn)一步降低BDS精度才能實(shí)現(xiàn)普及。

7 北斗系統(tǒng)在人防應(yīng)用的發(fā)展展望

斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，將使我國(guó)在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，可提供精確定位、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、簡(jiǎn)短通信和精密授時(shí)四大功能。

人防部門(mén)是對(duì)我國(guó)空間進(jìn)行保護(hù)的部門(mén)，其使用現(xiàn)代信息化技術(shù)形成人防信息化系統(tǒng)，便于快捷對(duì)空間數(shù)據(jù)的計(jì)算和傳輸。而北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的空間信息定位系統(tǒng)，能夠?qū)ξ覈?guó)所有的事物和信息進(jìn)行空間定位，將其應(yīng)用在人防信息化系統(tǒng)中，可以為人防信息化系統(tǒng)發(fā)展提供精確的地理位置信息和可靠的數(shù)據(jù)信息，能夠增強(qiáng)我國(guó)國(guó)家安全的保障。

[1]袁本銀.北斗系統(tǒng)對(duì)GNSS用戶終端產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].行業(yè)觀察，2011.

[2]李曉斌.北斗CNSS用戶機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展[ J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2011.