淺析北斗導航系統的移動導航定位終端設計理論

楊森 中電科衛星導航運營服務有限公司

1 北斗衛星導航系統概述

2003年5月25日，我國第三顆“北斗衛星導航系統”衛星發射成功，2004年開始啟動北斗衛星導航系統二代的建設，于2011年開始進行測試服務，直至2012年底該系統提供覆蓋亞太大部分地區的正式衛星導航服務，并計劃在2020年覆蓋全球。北斗衛星導航系統是我國自主研發、知識產權獨立的一套衛星導航系統，其堅持開放性、兼容性、漸進性的開發原則，建設一個技術先進、運行穩定、可靠性高、覆蓋全球的導航系統，形成一個先進的衛星導航產業鏈，最終促進我國衛星導航應用產業的發展。

北斗衛星系統定位的原理是以三球相交為基礎，用戶向系統發送定位需求，提出服務項目的申請，兩顆衛星在接受到服務需求信息后再將其發送至地面中心站，其接收到服務需求信息后再將用戶所發送的信息解調出來，確定用戶至兩顆衛星的距離，獲得兩顆衛星的坐標后，以該坐標為圓心、以衛星至用戶機的距離為半徑形成兩個球面，而兩個球面交線的圓弧上就是用戶機的位置。在北斗衛星導航系統中，地面中心所配置的電子地圖可以提供一個非均勻球面，該球面以地心為球心、球心至地球表面的高度為半徑，如果目標在赤道平面北側，獲取用戶位置時計算出圓弧線與地球表面交點即可，用戶所在位置信息再通過兩顆衛星中的一顆發送至用戶處，即可完成定位服務。在服務過程中地面中心站還會主動定位指定用戶的位置，定位后會直接保存于中心站，用于后續的調度指揮、相關部門獲得用戶位置等，而不會將位置信息發送于用戶。由此可見，北斗衛星定位系統屬于主動式觀向測距二維定位，衛星將地面中心控制系統解算出的位置發送給用戶，且用戶的位置信息、時間信息均可保存于地面中心站，因此可以實現整個系統的監控管理。

2 北斗衛星導航系統的優勢

相比其它導航系統，北斗衛星導航系統主要體現出以下幾個方面的優勢：首先，相比GPS系統存在不具備通信能力的不足，北斗導航系統無需其它通信系統的支持即可完成移動定位及調度，可以實現定位及雙向通信功能，而GPS必須通過其它通訊系統才能實現移動定位及監控。其次，北斗導航系統無通信區，可以實現全天候服務，覆蓋范圍廣，至2020年即可實現全球覆蓋。且北斗導航屬于我國自主研發的定位系統，數據采用高強度加密措施，安全系數高，系統運行穩定、可靠，適用于關鍵部門應用。最后，適用集團用戶。北斗導航系統采用獨特的中心節點式定位處理技術，并采用指揮型用戶機設計，不僅可以滿足用戶的定位需求，還可以主動獲取用戶的位置信息，因此適用于無依托地區數據采集用戶數據，并適用于大范圍的監管。

3 北斗定位導航系統移動導航定位終端結構

北斗定位導航終端系統采用獨立的操作系統，其采用移動式設計開發，人機界面友好，體現出體積小、安全可靠、操作簡便的特點，并可進行24h服務。北斗導航系統的子模塊包括多項功能，其中用戶通過表單或字符的形式向用戶界面發送服務需求指令，系統會將數據以圖形、文字的方式返回；通過通信功能接收衛星信號，將相關數據信息傳遞至主控模塊；用戶確定定位方式后，即可將準確坐標發送至移動終端完成定位服務。用戶當前位置的地圖、區域地圖等信息主要通過地圖功能體現出來，便于用戶在地圖上進行選擇方向、移動、拉近拉遠等動態操作。用戶輸入某個定位信息后，系統自動搜索位置，并精準的顯示出來，系統在接收到用戶輸入的出發地、目的地信息后，會利用路由算法計算出最短路徑，并向用戶顯示導航地圖。系統的整個數據傳輸過程均應用AES算法進行加密，以最大程度上保證數據的安全性、可靠性。用戶還可以對導航系統終端進行個性化設置，系統可以對地圖數據進行備份、更新版本，以滿足用戶下載地圖文件的需求；此外，系統還可以根據用戶的個人權限對其操作范圍進行限制，及提示更新新版本。

4 北斗定位導航系統移動導航定位終端系統設計

北斗定位導航系統移動導航定位終端硬件系統包括三大模塊，即射頻信號處理模塊、數字基帶信號處理模塊、天線接口等。其中射頻信號處理芯片電路、噪聲放大器電路、溫補晶振、聲表面波濾波器電路等共同組成了射頻信號處理模塊，顧名思義該模塊主要對衛星高頻信號進行處理，并將數字中頻信號輸出系統。數字基帶信號處理芯片、串行接口電路、RTC晶振電路等部件組成了數字基帶信號處理模塊，其主要功能是接收、調解上級數字中頻信號，獲得導航電文、載波相位、偽距等衛星信息，并按照標準協議計算、輸出數據信息。衛星天線接口的主要作用是接收衛星信號。北斗導航定位終端系統采用Linux系統，其不僅兼容性強，具有可移植性，而且可定制，無論是開放性還是精簡性均優于其它網絡系統。

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