浅谈"北斗"卫星导航系统用途广泛

　　摘 要：“北斗”卫星定位系统，简称北斗系统，它是传输信息的基本设施之一，是体现现代化信息的重要工具。北斗系统是我国自主研制开发，从2004年4月正式开始运营至今，在国家各个领域发挥着重要作用。 　　关键词：卫星导航 系统定位 用途 发展 　　中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0016-02 　　1 卫星定位系统的分类 　　世界上现有的卫星定位导航系统有美国的GPS全球定位系统，俄罗斯的GLONASS全球导航卫星系统、欧洲GALILEO全球卫星导航系统、中国的北斗系统以及全球导航卫星系统GNSS。 　　2 “北斗”卫星导航系统 　　随着时代的不断进步和发展，我国独立建设，自主研发出北斗卫星定位系统，是继俄罗斯的GLONASS、美国的GPS之后的第三个相对成熟的卫星定位系统。该系统一般在频率达到2491.75 MHz的时候进行工作，可以为用户提供高精度、全天候的即时定位服务，它的精确度和GPS相当。 　　2.1 系统组成 　　系统是由地面段、空间段和用户段三个部分组成。 　　系统空间段是由30颗非静止轨道卫星和5颗GEO卫星组成。地球静止的轨道卫星分别在东经160°、140°、110.5°、80°和58.75°。非静止的轨道卫星是由3颗IGSO卫星和27颗MEO卫星组成。 　　地面段由不同监测站、注入站和主控站组成。监测站负责接受卫星信号，并且及时发送给主控站，对卫星进行跟踪、监测，为轨道卫星提供观测资料。注入站的任务是由主控站统一调度，完成导航信息的注入，卫星导航电文和有效负荷的管理控制。主控站是的任务是收集监测站所观测到的数据，并将数据进行处理，生成导航电文，完成任务所需的调度与规划，实现系统的控制运行管理等。 　　用户段是由不同的北斗卫星终端组成。北斗用户机兼具GALILEO、GLONASS、GPS的功能。 　　2.2 性能指标和服务类型 　　北斗系统提供授权和开放服务，开放服务就是面向全球，授时精度20 ns、定位精度10 m、测速精度0.2 m/s；授权服务是包括全球范围内的高性能导航定位服务，为我国及周边用户提供广泛的区域差分服务，定位精度达到1 m，短报文的通信能力达到每次120个字。 　　3 北斗导航定位系统的工作过程 　　（1）首先由中心控制系统向两颗卫星同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的户广播。 　　（2）用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转回中心控制系统。 　　（3）中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。 　　（4）对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：即从中心控制系统发出询问信号经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。 　　（5）由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。 　　（6）另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。 　　4 北斗系统的应用 　　北斗系统的试验投入应用，确立了中国卫星导航系统在国际领域的地位，结束了我国长期依赖外国系统的历史。长期以来，我国的卫星导航系统应用缺乏国家政策的有力支持，被国外技术垄断，通信网络、交通运输、金融系统、电力调度等基础重要设施过分依赖GPS，造成巨大风险和诸多严重后果。北斗卫星系统的建成，打破了国外技术垄断与封锁，中国继美国、俄罗斯之后成为第三个拥有导航卫星系统自主的国家。 　　4.1 北斗系统应用在汶川地震 　　目前，北斗导航已成功应用于水利水电、海洋渔业、交通运输、气象测报、国土测绘、减灾救灾和公共安全等领域，牵引促进了电子、通信、机械制造、地理信息等相关产业和信息服务业的发展，产生了显著的经济效益和社会效益。 　　短报文的通信功能可以在第一时间实施指挥调度。汶川地震发生的时候，所有灾区的手机通信功能都已经遭到破坏，所有光缆电缆被截断，全部的通信设备都被中断。就在这样的情况下，我国自主研发的北斗卫星导航系统为指挥部和一线灾区建立起实时通道，在医疗、搜救等过程中发挥重要作用。在本次救援行动中，由于北斗系统自身的覆盖范围广、定位报告快等许多优势都充分发挥了作用，成为一线救援人员和救援指挥部最有力的助手。 　　4.2 国防应用 　　北斗卫星导航定位系统自开始运营以来，在抢险救灾、反恐维稳、部队的军事训练等各个方面都得到了广泛的应用，而且具有显著的成效。边防部队在积极拓展北斗卫星系统的各项功能，实现了应急实时监控和边防执勤的动态管理，为边防执勤开拓了新的局面。北斗系统的巨大潜能和特殊优势，不仅完成了各项军事任务，还在推动解放信息化建设。北斗导航定位系统的军事功能与GPS类似，如飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航；弹道导弹激动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间；人与搜救，水上排雷定位等。这项功能在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备该导航定位系统，除可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过该系统掌握部队位置，并传递相关命令，有助于任务的执行。 　　4.3 农田监测 　　中国很多地区，特别是西北地区那里一直存在落后的耕作技术、干旱缺水的现象。农业是新疆主要的生产产业，最宝贵的就是水资源，落实精准施肥、精准灌溉等农业技术，对采集数据北斗系统定位技术有很大的需求。2004年，北斗定位系统被新疆生产兵团用于农田墒情采集数据，综合利用远程技术采集数据、定位系统通信技术、卫星遥控技术和地理信息技术，实现了地理位置和温湿度的实时监测，综合分析旱情，为地理位置和土地墒情提供了先进全面的解决方法，并结合滴灌系统，对土地进行灌溉指导。图1就是北斗定位系统应用于农田墒情数据采集。 　　4.4 自动测报气象 　　为了解决无人区和高寒地区的气象数据的监测和传输，相关部门结合数字报文应用实验，研制出气象测报型北斗系统终端设备，并设计出相应的系统解决方案，解决了国家气象中心和各大气象局可视化的气象站地图显示功能，同时此设备还被应用于人工影响天气的作业领域，取得显著成效。随着北斗导航定位系统的运行建设，导航卫星将更广泛的被应用。 　　5 结语 　　定位与导航技术设计自动控制、计算机、微电子学、光学、力学及数学等多学科的高新技术，是实现飞行器特别是行提起飞行任务的关键技术，也是武器精确制导的核心技术，这是对于提高航空器、航天器以及武器装备的机动性、反应速度和远程精确打击能力具有重要意义。 　　目前，我国正在实施的北斗卫星导航系统建设，根据系统建设总体规划，2012年，系统首先覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 　　参考文献 　　[1] 边少峰，李文魁.卫星导航系统概论[M].北京：电子工业出版社，2005. 　　[2] 徐绍铨，张海华，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2008. 　　[3] 卫星导航定位与北斗系统应用[Z].中国卫星导航定位协会，2012. 　　[4] 李跃.导航与定位：信息化战争的北斗星[M].2版.国防工业出版社，2008.