北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用

譚雪松

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

近年來，隨著對導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究的持續(xù)深入，世界各國在導(dǎo)航定位技術(shù)研究方面都取得了一定的成就。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為我國自主開發(fā)應(yīng)用的導(dǎo)航系統(tǒng)，在近些年也得到了長足的發(fā)展，并且逐漸在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展歷程

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不僅包含工作衛(wèi)星和定位衛(wèi)星，而且還包含備用衛(wèi)星和用戶終端等。硬件設(shè)備的配備保證北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全時段精準(zhǔn)定位服務(wù)正常運行，推動了系統(tǒng)功能不斷完善。從最初的北斗一號系統(tǒng)發(fā)展到北斗二號系統(tǒng)，基礎(chǔ)通信、授時、定位功能不斷完善，操作也越來越方便，目前在各行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

自主性和獨立性是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要特點，也是系統(tǒng)研發(fā)的初衷，能夠為用戶提供穩(wěn)定、安全的系統(tǒng)環(huán)境。根據(jù)需要不斷加大對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究的力度，有利于推動我國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，也為航天事業(yè)和通信事業(yè)的發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)[2]。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展

為了有效保障北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正常使用和后期維護，延長系統(tǒng)的使用壽命，建設(shè)過程中要嚴(yán)格圍繞“從區(qū)域化服務(wù)轉(zhuǎn)變到服務(wù)于全球”的原則開展工作[3]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)周期比較長，需要根據(jù)應(yīng)用需求不斷完善系統(tǒng)功能。針對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的歷程，可以將其分成3個階段。第1階段為建設(shè)實驗階段，針對系統(tǒng)建設(shè)的有源化、區(qū)域化進行實驗，指導(dǎo)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。第2階段為系統(tǒng)完善階段，主要是根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的需求不斷完善系統(tǒng)無源區(qū)域化定位功能。第3階段為系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展階段，該階段發(fā)展的基礎(chǔ)是全球化的實現(xiàn)。就目前北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展情況來看，我國已經(jīng)初步完成前2個階段的發(fā)展，穩(wěn)步推進第3階段的探索和研究。為了實現(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，需要建立健全新體制，科學(xué)應(yīng)用新技術(shù)，不斷提升系統(tǒng)的保密性和安全性，合理維護衛(wèi)星建設(shè)產(chǎn)權(quán)。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，逐步實現(xiàn)了管控地面站、空間段衛(wèi)星以及用戶終端的統(tǒng)籌，導(dǎo)航系統(tǒng)的精準(zhǔn)性也得到了大幅提升[4]。

衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)需要遵守的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，是系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的基本保障。隨著技術(shù)發(fā)展和無源區(qū)域化服務(wù)應(yīng)用，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作效率大大提升，系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好。目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度能夠控制在10 m范圍內(nèi)，一些低緯度地區(qū)的定位精度已經(jīng)能夠達到5 m。同時，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域面積也越來越大。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，使得報文傳送速率進一步加快，模塊化和系統(tǒng)化管理也隨之不斷優(yōu)化完善。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的實踐應(yīng)用

近年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)飛速進步，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)也更加完善。在此背景下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在各行業(yè)領(lǐng)域的推廣、應(yīng)用成為社會各界人士研究的重點課題。結(jié)合理論研究和工作實踐，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在部分行業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用進行探析，促進系統(tǒng)的進一步完善和發(fā)展。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域如圖2所示。

圖2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 “北斗+5G”融合發(fā)展

借助傳統(tǒng)電信運營網(wǎng)絡(luò)的時空信息感知功能，無線定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)泛在高精度定位，在一定程度上減少了定位網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。傳統(tǒng)2G、3G甚至是4G通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，定位的實際誤差達到了十米甚至是百米，精度難以滿足部分行業(yè)應(yīng)用的需要。要想實現(xiàn)城區(qū)甚至更大范圍內(nèi)的全覆蓋，需要投入較多的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，嚴(yán)重阻礙了其在室內(nèi)泛在高精度時空信息感知中的廣泛應(yīng)用[5]。除此之外，在現(xiàn)代科技發(fā)展的推動下，導(dǎo)航定位中對于精度的要求越來越高。在很多的應(yīng)用場景下，傳統(tǒng)定位技術(shù)難以滿足應(yīng)用的精度要求，定位精度不足、結(jié)果不連續(xù)以及定位時間過長等問題時有存在，在此背景下探索“北斗+5G”融合發(fā)展進行定位能夠有效解決這些問題。通過“北斗+5G”的技術(shù)融合，能夠?qū)崿F(xiàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和5G移動通信網(wǎng)絡(luò)、5G移動通信設(shè)備等方面的融合，彼此相互增強，借助增量效應(yīng)真正提升定位精度，賦能通信網(wǎng)絡(luò)，提高運行效率與安全性。

3.2 國防建設(shè)

國防科技迅速發(fā)展的背景下，各種先進技術(shù)和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用也逐漸深入。軍事演練、救援、維和等任務(wù)的環(huán)境相對惡劣，在執(zhí)行任務(wù)的過程中對于導(dǎo)航、定位設(shè)備的適用性提出了更高的要求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的普遍應(yīng)用不僅在一定程度上滿足了國防建設(shè)各種任務(wù)的需要，而且自主建設(shè)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)在軍事應(yīng)用中有效提升了安全性[6]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時效性和準(zhǔn)確性大幅提升，切實增強了我國的軍事實力。

3.3 交通運輸

社會經(jīng)濟高速發(fā)展推動著交通運輸量的劇增，我國交通運輸部門需不斷優(yōu)化完善對重點運輸車輛的監(jiān)管，加強對“兩客一危”的有效監(jiān)管。在城市道路和高速道路等交通環(huán)境下，危化品運輸車、旅游大客車、普通車輛等基本都安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)，交通部門按照有關(guān)規(guī)定要求實現(xiàn)對重點車輛的實時定位和監(jiān)控。同時，借助無線移動傳輸技術(shù)實現(xiàn)和車輛的實時互動、遠程指揮、調(diào)度和控制，有利于交通部門對車輛進行監(jiān)管[7]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在交通運輸行業(yè)的應(yīng)用除了提升車輛管理水平外，進一步推動了交通運輸信息化的發(fā)展。

3.4 農(nóng)林牧漁服務(wù)業(yè)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在農(nóng)業(yè)機械上安裝北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、可定位農(nóng)耕操作，實現(xiàn)相關(guān)單位對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的統(tǒng)一管理，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植水平，進一步推動了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。

林業(yè)生產(chǎn)中，合理應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠為林業(yè)管理人員提供林業(yè)動態(tài)信息，方便管理人員根據(jù)林業(yè)管理需要及時采取有效管理措施[8]。林業(yè)管理人員在具體的考察工作中，可以借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)終端進行定位并確定方向，確保工作高效開展。借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以對林區(qū)的分布進行測定，提高勘測、面積測算以及制圖等的精確性，能夠大大節(jié)省林業(yè)管理的人力、物力以及財力。此外，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)密切關(guān)注火災(zāi)預(yù)警，為林業(yè)管理人員提供實時預(yù)警信息，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)警能夠及時采取應(yīng)急措施，科學(xué)開展火災(zāi)救援、處置等工作，防止火災(zāi)進一步惡化。

牧業(yè)生產(chǎn)中，以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為依托，綜合應(yīng)用無人機設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，有效實現(xiàn)天氣變化的實時預(yù)報和畜群動態(tài)管理，推動草場生態(tài)平衡發(fā)展，實現(xiàn)良性可循環(huán)[9]。以北斗衛(wèi)星放牧系統(tǒng)在我國內(nèi)蒙古草原的應(yīng)用為例，已經(jīng)很好地實現(xiàn)了牧場的精細化、動態(tài)化監(jiān)測管理，實現(xiàn)了對畜群的疾控預(yù)警、智能識別、遠程管理以及精準(zhǔn)飼喂等功能。

漁業(yè)生產(chǎn)中，考慮到生產(chǎn)方式和生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，需要持續(xù)掌握最新魚情。借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠為漁民提供魚群、海況等信息，確保漁業(yè)生產(chǎn)安全。例如，我國漁政借助北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)搭建的海洋漁業(yè)綜合信息服務(wù)系統(tǒng)管理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)定位導(dǎo)航、監(jiān)督監(jiān)管以及應(yīng)急救援等功能，在很大程度上提高了漁政管理能力[10]。

4 結(jié) 論

信息化時代背景下，相關(guān)部門企業(yè)需通過采取強有力的措施和投入充足的資金來推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展，促使其應(yīng)用不斷完善。與此同時，要想實現(xiàn)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)的全球化應(yīng)用，未來還有很長的路要走，需進行有針對性的更新與改進，從而使其更好地為國民經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。