北斗導航及GPS技術在航海定位中的應用

杜文翔

摘 要：北斗導航系統已廣泛應用于航天、軍事等多個領域，在促進各領域快速發展過程中發揮了一定作用。航海時 ，使用北斗導航系統進行位置定位，能獲取精準的位置信息，能為駕駛員提供數據依據，讓駕駛員能作出正確決策。通過分析北斗導航系統在航海定位中的應用及GPS導航系統和北斗導航系統的定位原理，將二者進行對比分析，能促進北斗導航系統廣泛應用與技術進步。

關鍵詞：北斗導航系統;GPS技術;航海定位;應用

中圖分類號：TN96? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0105-03

北斗導航系統能長時間為用戶提供定位，并確保提供位置信息高精度，北斗導航系統對我國定位技術發展具有重要意義。在航海過程中，可以用北斗導航系統進行船只位置定位，為駕駛員提供準確、實時的位置信息，讓船只行駛更安全。因此，必須了解北斗導航系統在航海定位中的應用，促進航海業繁榮發展。

1北斗導航在航海定位中的應用

1.1北斗導航衛星系統需同雷達配合使用

雷達跟蹤目標同自動識別系統所報告目標有一定聯系。具體而言，雷達傳感器定位目標、船舶自動識別系統定位目標、船只航行速度、航行方向等都是重要信息，雷達會對以上信息進行整合、分析。在分析過后，雷達還會根據地理位置、船只航行方向、船只航行速度進行處理和分配，以船只駕駛員要求為準，為其輸出所需目標動態信息。如雷達跟蹤目標和自動識別定位系統所跟蹤位置有一定誤差，就會導致雷達無法顯示正確位置，不僅讓船舶自動識別系統與雷達回波位置出現誤差，還會讓所定位目標位置消失，無法與其聯系，甚至出現目標數據不精準，目標數據不可用的問題，最終對船舶航線、船只航行速度造成嚴重影響。因此，為確保雷達跟蹤目標和船舶自動識別定位系統跟蹤目標位置一致，必須讓雷達精準獲取位置信息;讓船舶自動識別定位系統能準確定位置。在雷達中應用北斗衛星，能完全解決這一問題，提升定位技術準確度[1]。

1.2電子海圖信息系統

電子海圖信息系統在航海中應用較少，在1974年后，現實系統和電子海圖信息系統才被廣泛應用。使用該系統能獲取傳感器位置信息，為航海員提供監控航海路線的服務。在近岸航海和遠岸航海中，都可以應用電子海圖信息系統。需要注意的是，應用電子海圖信息系統必須確保船只傳感器具備高準確度，信息系統必須能實時、準確顯示信息。船只航行會遇到各種情況，無論是何種情況，屏幕上都會精準顯示位置信息，駕駛員以屏幕上所顯示的位置信息判斷航行環境，并決定船只航行方向、航行速度等，以免船只撞上障礙物、暗礁等。只有充分發揮北斗航行衛星系統的作用，才能準確判斷航行環境，避免出現危險，安全航行。

我國造船技術迅速發展，所造船只大小、重量、規模都隨之擴大，由于船只較大重量增加，船只在水中的深度也隨之增加，因此，必須為船只提供精準信息，以保障航行安全[2]。在航行中，使用北斗導航衛星系統能為船只提供精準度高的動態信息，所提供動態信息不受時間約束，信息傳送速度最高可達0.15米每秒，不難看出，北斗導航衛星系統能為駕駛員提供有利信息，為船只航行提供安全保障。

2 GPS導航系統定位原理

GPS導航系統由三部分構成，分別是控制部分、用戶裝置和空間部分，GPS導航系統具有高精度的特點。使用GPS導航系統首先要確定目標位置，其次GPS衛星發出信號后，使用信息接收器接收信息，并用固定角度測量GPS衛星，獲取相關數據，最后，計算用戶確定目標位置的數據信息。如用GPS導航系統獲取用戶確定位置的經度信息和緯度信息，多種定位技術都可以對目標位置進行定位，雖然定位系統技術不同，但技術原理基本一致，其技術原理都是用GPS衛星確定位置的數據信息。通過分析GPS衛星運動具體情況，可以將位置計算方法分解成兩種，一種是相對定位計算法，一種是單點計算法。用GPS 導航進行定位時，大部分使用偽距進行位置計算。除偽距計算方法外，還可以在GPS導航中使用載波測量法計算位置[3]。

3北斗導航系統定位原理

使用北斗導航系統能精準地定位位置，同時，北斗導航系統還能進行位置信息傳輸，然而，北斗導航系統有使用弊端，在某些特定區域有使用局限性。北斗導航系統分為三個部分，分別是空間段、用戶段、地面段。北斗導航系統空間段由多個靜止軌道衛星、中圓地球軌道衛星構成。北斗導航系統用戶段是終端設備、應用系統等組成。北斗導航系統地面段是由主控站、地面站、運行管理設施組成。

要想使用北斗導航系統進行位置定位，首先要向空間衛星發射信號，其次衛星接收控制站信息后，通過轉發器將信號進行傳輸，用戶接收信號后要對其做出回應，再次，地面控制中心要接收信號，并對信息進行歸納和分析，最后，接收信息后，空間衛星要向用戶傳遞數據，得到最終位置信息，不難看出，空間衛星是地面段和用戶段傳遞信息的有效媒介，用戶通過使用北斗導航系，能獲取精準、可靠的位置信息。

4在航海定位中應用北斗導航系統和GPS技術的對比分析

要分析GPS技術和北斗導航系統在航海中的定位應用，就要以船舶定位技術為基礎，同時，獲取船舶航行時的信號信息，并進行分析和對比。例如，需獲取海岸基站旁的相關數據，并將獲取數據全部上傳至岸上系統[4]。

信息傳輸時，船舶定位技術將獲取的信息分別上傳至 GPS導航衛星和北斗導航衛星，GPS導航衛星和北斗導航衛星會利用衛星將信息傳遞至控制中心。控制中心獲取信息后，會利用信息融合技術將其進行整合、分析，并將處理結構上傳至數據庫內，以便儲存和保護數據。監控系統會主動獲取數據庫內信息，并將處理結果展現在屏幕上，通過這種方式實時監控航行速度、航行方向[5]。

經過對比，得出北斗導航系統在航海定位中的精確度數值分別是B1偽距：0.325、0.26，B2偽距：-0.084、0.379;GPS技術在航海定位中的精確度數值分別是C1：0.347，P2：-0.025，0.368。在對北斗導航系統進行位置定位時，所檢測的對象時B1偽距和B2偽距;在對GPS進行位置定位時，所檢測的對象是 C1、P2的數值。通過對以上數據進行分析，可以看出北斗導航系統對航海位置定位的精度在4.0毫米-5.0毫米之間，但觀察的精確數值在0.3米-0.5米時。所得出的數據結果與GPS技術定位時，獲取的位置信息完全一致。在對北斗導航系統和GPS技術在航海定位中進行測試時，由于目標位置精確度受衛星高角度影響，需對衛星高角度進行測試，并選擇使用十組數據進行計算，以確保GPS技術和北斗導航系統定位結果更精準。還可以去掉不準確、偏差較大的計算結果，再對其他精確度較高的數值進行計算，確保所得結果準確性。

從多次測試結果中可以看出，在航海定位中北斗導航系統精準度較高，如衛星高角度提升，則北斗導航系統定位精準度越高，船只定位越準確;如衛星高角度降低，則北斗導航系統定位所顯示的船只位置精確度隨之下降。在航海定位中使用GPS技術所獲取位置信息具有高精準度。北斗導航系統獲取船只位置定位穩定性略低于GPS技術，用GPS技術進行船只位置定位時，接收信息的衛星數量多于北斗導航系統。GPS技術和北斗導航系統傳輸信息至衛星后，北斗導航系統傳輸至衛星出現較大信息波動，GPS技術則較為穩定。從定位位置信息精確度上看，GPS技術定位精確度略低于北斗導航系統。

5結語

綜上所述，北斗導航系統已用于各行業各領域，且發揮了重要作用。在航海定位中使用北斗導航系統或GPS技術都能獲取高精準的位置信息。通過分析北斗導航系統在航海定位中的應用，并分別闡述使用GPS技術進行位置定位和使用北斗導航系統進行位置定位的原理，通過對比的形式，從穩定性、精確度等角度重點分析北斗導航系統和GPS技術，不難看出，將北斗導航系統和GPS技術應用于航海定位中，能實現全方位、實時、高精準的位置導航，能促進航海事業發展。

參考文獻：

[1] 李進平. 北斗定位導航技術的應用及展望分析[J]. 中國科技投資， 2019， 000（013）：233-234.

[2] 陳茜， 田利強. 基于國內外主要衛星導航定位系統的發展[J]. 電子技術與軟件工程， 2020， No.176（06）：7-8.

[3] [1]孫亞南， 潘中強. 網格環境下船舶航行GPS定位數據快速挖掘方法[J]. 艦船科學技術， 2020， v.42（06）：149-151.

[4] 溫莉. 北斗衛星導航系統在航海保障行業的相關思考[J]. 電子世界， 2019， No.575（17）：96-97.

[5] 趙子軍. 北斗衛星導航定位技術寫入移動通信國際標準——訪中國通信標準化協會副秘書長 武冰梅[J]. 中國標準化， 2020， No.569（09）：20-22.