基于北斗短報文的應急系統建立及精度測試

關鍵詞：北斗短報文；差分改正信息傳輸技術；應急系統

0引言

北斗衛星導航系統作為一種全球性的導航定位系統，其在提供定位、導航、授時服務等方面均得到廣泛的應用。隨著北斗衛星導航系統的不斷發展，北斗短報文逐漸受到人們的重視。北斗的短報文通信是利用地球同步軌道上的北斗衛星提供的衛星通信服務，也是區別于其他衛星導航的獨特功能。目前，北斗短報文在國防、民生和應急救援等領域都具有很高的應用價值，尤其是針對一些災區在移動通信中斷、電力中斷或移動通信無法覆蓋北斗終端的情況下，可以使用短報文進行通信、共享定位信息等[1]。多位學者對北斗短報文開展了一系列研究。李豪等[2]研究了在北斗短報文應用的基礎上，實現互聯網終端、移動互聯網終端與北斗終端之間的信息交互，滿足應急狀況下對消息及時傳遞的需求；梁夢濤[3]提出了利用北斗短報文通信信道資源進行邊境空情數據傳輸，通過北斗短報文通信實現移動型雷達的組網，完成對空情數據的應急傳輸；孫功憲[4]研究了北斗短報文在廣電應急廣播中的應用，將兩者強強聯合，以提高我國應急廣播的服務水平；高壽等[5]對北斗短報文電網狀態監測及應急通信系統設計方法進行了分析，并驗證了其設計的系統的有效性。

本文基于北斗短報文的雙向通信功能，利用北斗短報文開展地基增強系統差分改正信息傳輸技術的研究，實現了在無移動公網環境下的北斗短報文差分改正信息傳輸技術，建立了集移動網絡通信及北斗短報文通信于一體的高精度應急系統，使用戶在通信基礎設施不完備地區的定位精度得到較大提升，相較于其他傳統短報文應急系統，其定位精度更高，實用性更強。該系統的建立，彌補了廣西在北斗短報文測繪應急服務方面的空白，對交通、智慧城市、邊防、應急人防等領域有重要的基礎性支撐作用，促進了廣西北斗衛星導航系統的應用和產業化，并帶動相關產業的結構調整和升級，有助于北斗向東盟國家推廣應用。

1系統建設

1.1設計思路

依靠北斗衛星實現短報文雙向通信，不需要移動網絡的支持，在海洋、沙漠、荒郊野外等沒有移動通信網絡覆蓋或移動通信基站被破壞的區域，可以借助北斗衛星導航系統和北斗終端的短報文通信功能實現位置信息的上報，并向外界發布文字報文信息。廣西北斗短報文應急系統充分利用北斗短報文的雙向通信功能，結合衛星導航定位技術，將區域偽距差分改正信息通過北斗短報文傳輸至北斗終端，獲得高精度空間位置信息，實現了集成移動網絡通信與北斗短報文通信的高精度位置服務，提高系統在無移動網絡等困難環境下的定位精度。廣西北斗短報文應急系統組成示意圖如圖1所示。

1.2主要創新點

（1）建立了基于北斗短報文通信和衛星導航定位技術的廣西北斗短報文應急系統，有效提高了其在通信基礎設施不完備地區的定位精度。經典的衛星導航定位服務采用多線程對多連接方式，而北斗短報文傳輸鏈路頻度和帶寬均受限，無法處理多連接的實時響應。本系統解決了傳輸區域差分改正信息的北斗短報文通信無法實現載波相位差分數據傳輸認證所需要的長連接問題。

（2）提出了一種新的衛星無線電定位系統差分定位終端與衛星導航定位信息交換認證機制，優化基于短報文通信和區域差分定位策略，解決現有衛星導航定位服務系統認證播發機制與區域內終端通過北斗短報文方式獲取差分改正數據間的頻度限制問題。

（3）建立偽距差分數據重組和北斗指揮機動態編組機制，通過重構系統內終端管理規則，解決了指揮平臺所管理終端出現的跨地域、交叉混合使用等問題，增強了系統的靈活性，實現了系統持續穩定的偽距差分定位服務，系統服務范圍覆蓋廣西全境約23.67萬km2。

1.3主要功能

廣西北斗短報文應急系統是集北斗短報文通信、區域差分定位功能和現代衛星導航定位技術于一體的高精度衛星導航定位服務系統，系統功能豐富多樣，實用性強。其主要功能有北斗報文通信、高精度位置服務、終端監管和數據管理等。

2系統精度測試

在應急救援中，受災人員向外界發送位置信息的定位精度高低，往往影響其被發現和解救的時間，因此定位精度是衡量北斗短報文應急系統服務能力的一項重要指標。為檢驗廣西北斗短報文應急系統的服務能力，對其進行了定位精度測試。

2.1測試方案

本測試環境分為有移動公網和無移動公網，其中無移動公網是模擬應急救援的環境。在廣西境內均勻地選取200個控制點作為測試點。測試設備采用廣西北斗短報文應急系統的手持差分終端，對每個測試點分別進行如表1所示的4種定位方式測試。

2.2精度評定方法

本測試以外符合精度作為主要精度評價指標，將各點位4種定位方式的測試結果分別與該控制點靜態觀測解算成果[6]（作為真值）進行較差驗證，并對所得的差值進行統計分析，根據式（1）計算測量值在X、Y方向的外符合精度[7]。

2.3測試數據分析

測試完成后，對200個測試點的數據進行整理分析，根據式（1）計算每個測試點測量值在X、Y方向的外符合精度，并統計誤差的分布比例。具體測試結果如圖2至圖5所示。

從圖2和圖3可以看出，在有移動公網環境下，手持機直接定位精度均在10m以內；區域網絡差分與正常實時動態載波相位差分技術定位相差不大，定位精度較高，大部分達到亞米級。

從圖4和圖5可以看出，在無移動公網環境下，手持機單點定位精度均在10m以內；北斗短報文偽距差分定位精度優于2m，近80%達到亞米級，定位精度相比同環境下的手持機單點定位得到大幅提高。

綜上，廣西北斗短報文應急系統在有移動公網環境下的差分定位結果排除收斂偏差定位精度達到亞米級；在無移動公網環境下，系統的短報文偽距差分定位精度優于2m，遠高于衛星無線電定位系統單點定位精度。

3結論

廣西北斗短報文應急系統在建設過程中克服多重難關，利用北斗短報文開展地基增強系統差分改正信息傳輸技術的研究，實現了在無移動公網環境下的北斗短報文差分改正信息傳輸技術，建立了集移動網絡通信及北斗短報文通信于一體的高精度應急系統。經過系統精度測試，證明無移動公網環境下系統的短報文偽距差分定位精度優于2m，使用戶在通信基礎設施不完備地區的定位精度得到較大提升，相較于其他傳統短報文應急系統，該系統定位精度更高，實用性較強。