船載北斗衛星導航系統發展淺析

于素霞

摘 要 隨著第三代北斗衛星導航系統的建立，我國船用北斗衛星導航技術也將迎來新的發展。本文研究船載北斗衛星導航技術，并探討其現狀和發展趨勢。

關鍵詞 船舶;北斗衛星;通信導航;發展趨勢

引言

衛星導航系統在通信導航、氣象觀測和石油勘察等多個領域都發揮著重要的作用。船載衛星導航系統尤其對船舶安全航行有非常重要的保障作用。北斗衛星導航系統是我國自主建設、獨立運行的衛星導航系統，對船載北斗衛星導航系統的發展研究，將助力我國遠洋船舶安全快速發展[1]。

1 北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。2014年11月IMO海上安全分委會（MSC）94次會議完成了北斗系統作為世界無線電導航系統（WWRNS）的最終認可，北斗系統成為第三個被國際海事組織認可的世界無線電導航系統[2]。

2020年6月23日，北斗三號最后一顆全球組網衛星發射成功后，我國全面完成北斗全球系統建設，邁進全球服務新時代。“北斗”三號是世界上首個集定位、授時和報文通信為一體的全球衛星導航系統，短報文通信是其獨有功能，做到了將導航與通信緊密結合，非常適用于交通運輸、調度指揮、搜索營救等需要把導航與移動數據通信相結合的用戶[3]。

2 基于北斗系統的船舶監控管理

北斗系統的規模化應用從海洋漁業開始，利用定位功能和短報文通信功能，實現對漁船的船位監控、導航定位、信息化管理，并為漁船提供便捷、低成本的衛星通信服務。

2.1 系統組成

本系統主要由三大部分組成，分別是導航衛星系統、北斗運營中心和船載終端。北斗衛星導航系統是為整個系統提供定位、衛星通信的基礎服務。北斗運營服務中心作為整個系統的核心，是系統通信的樞紐。監控平臺可以通過北斗運營服務中心對終端進行監控、調位、信息發布，同時，運營服務中心還可以提供與其他通信網絡的信息交換與融合，如實現北斗短報文與移動通信短消息的互聯互通，為用戶提供更多增值服務。北斗船載終端通過北斗衛星導航系統為船舶及人員提供實時定位和導航服務;同時可以對實時位置信息按照設置的參數進行采集和存儲，利用北斗衛星導航系統提供的短報文服務，上報至北斗衛星地面站，再傳送至北斗運營服務中心進行數據處理和存儲，中心再將數據推送至監控平臺用于顯示終端位置。

2.2 主要功能

由于結合了報務和定位，北斗船舶監控系統就為管理者提供了多種管理方式。北斗報文通信系統，提供明文發送和密文發送兩種方式，確保信息收發安全可靠。通過船載終端顯控單元，可實現北斗船載終端與監控臺站、北斗船載終端與手機的短消息互通功能[4]。

定位是船舶監控管理的基礎。北斗船載終端能夠按照規定的時間要求或者航速航向變化情況，進行動態位置數據采集，并按照設定的時間間隔、距離間隔或時刻點，自動發送位置信息，且動態存儲最近時間段的全部定位信息。

緊急報警和區域報警。緊急報警可向運營中心或指揮平臺持續的發出求救信號，并按照設定頻度持續不斷地發出，直到收到確認信息或用戶解除報警為止。

移動監控和指揮。配備了監測接收機模塊的指揮船，可實時監控授權管理的北斗用戶機的通信及位置信息，并在監控平臺上顯示;還可以任意選擇授權管理的北斗用戶機，回放其某時間段內的歷史航行軌跡。

3 應用前景展望

據2019年底的統計，我國沿海已經有大約5.2萬艘漁船安裝了北斗導航終端。漁政船、海警船等公務船，也大量配備了北斗船舶監控系統[5]。主要應用領域體現在如下幾方面。

3.1 與AIS集成的船舶數據采集

船舶自動識別系統AIS是一種船舶助航設備，是能夠增強船舶間避免碰撞的措施之一。當船舶處于基站覆蓋范圍外時，北斗位置報告功能自動開啟，利用北斗定位和雙向短報文通信，即使在遠洋航行中，也能很好地監控船舶航行，拓寬 AIS 的使用范圍[6]。

3.2 與RFID集成的漁政執法

射頻識別 RFID，又稱電子標簽。在遠洋監管或執法過程中，通過集成北斗系統定位和通信功能，可有效完成與監控中心的數據通信，解決了遠離海岸的數據雙向傳輸問題。并可以對船舶進行定位和導航，可以準確和及時提供航線指引、遇險求救、船位監控、漁船出入港等服務，實現對漁船動態連續管理和監控。

3.3 與船舶計程的集成

船舶計程儀記錄著船舶的相對速度以及航程，提供船舶行駛中的實時航程數據。與北斗衛星導航通信集成的船舶計程儀，擺脫了天候、地理等條件對計程精度的影響，達到了快速的定位、測速、航程計算等目的，且作為我國自主建設的系統，可以保證其低廉的使用成本和穩定的狀態。

3.4 與浮標集成的海上溢油跟蹤

石油運輸是海上航運最繁忙的業務之一，過去幾年間，海上溢油事故頻發。基于北斗衛星定位技術的海上溢油跟蹤監測系統由浮標、北斗衛星定位系統、溢油跟蹤監測平臺三部分組成。事故發生后立即將浮標投放在厚油膜層中，浮標隨油膜一起漂移。溢油跟蹤監測平臺通過北斗衛星定位系統實時接收浮標的位置信息，實現對溢油位置、漂移速度、軌跡、方向的跟蹤及對溢油未來走向趨勢的預測。

4 結束語

我國有著漫長的海岸線，無論軍用還是民用航海領域，對導航和監管都有著廣泛的需求。全球覆蓋的北斗衛星導航系統，一定能在有效提高防臺救災和海上救助能力、保障漁民生命財產安全、提高我國控海能力，減少外交爭端，維護我國海洋權益等方面發揮重要作用。在“建設海洋強國”大背景下，北斗導航系統一定會在促進海洋漁業信息化水平提高的同時，推動海洋經濟走上新的臺階。

參考文獻

[1] 任小強.船舶海上遇險報警與海上遇險通信[J].航海技術，2012， 3：42-43.

[2] 解志斌，田雨波，顏培玉，等.船舶通信與導航實驗室構建研究[J].實驗室研究與探索，2012，10：417-419.

[3] 鄭乃龍，徐軼群.基于北斗衛星通信的船舶綜合信息系統[J].廈門科技，2011，4：33-36.

[4] 李國榮.船舶通信導航設備配套綜合設計分析[J].船電技術，2011， 11：55-57.

[5] 苑隆寅.基于WLAN的船舶通信網絡應用與仿真[J].艦船科學技術，2015，1：191-195.

[6] 黃溢.船舶通信設備的日常維護[J].航海技術，2005，4：41-42.