淺談北斗導(dǎo)航系統(tǒng)及其在船舶中的應(yīng)用

郭為花

摘 要

在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)與俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星定位系統(tǒng)的第三大衛(wèi)星定位系統(tǒng)，我國的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)獲得了國際海事組織的認(rèn)可，同時(shí)也獲得了海事應(yīng)用的國際合法地位。本文對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的介紹，并以此為基礎(chǔ)研究了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶導(dǎo)航當(dāng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】北斗導(dǎo)航系統(tǒng) 船舶 應(yīng)用

1 概述

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在2012年開始向亞太地區(qū)提供區(qū)域服務(wù)，這標(biāo)志著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的第二步已經(jīng)完成，同時(shí)也標(biāo)志著我國已經(jīng)結(jié)束了對美國的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的依賴。根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)階段我國國內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航與服務(wù)的總產(chǎn)值已經(jīng)突破100億大關(guān)，但是國內(nèi)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)卻只占有很小的比例，在最近幾年當(dāng)中，隨著我國政府的支持以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的完善，北斗導(dǎo)航的經(jīng)濟(jì)價(jià)值逐漸得到更加充分的發(fā)揮。早在2013年，北斗導(dǎo)航一代系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被運(yùn)用到漁船的導(dǎo)航當(dāng)中，同時(shí)第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也已經(jīng)開始逐步完善，在國家的大力倡導(dǎo)之下，許多行業(yè)都逐漸開始采用北斗導(dǎo)航最為主要的導(dǎo)航工具，特別是在船舶領(lǐng)域當(dāng)中，北斗導(dǎo)航已經(jīng)具有越來越廣泛的運(yùn)用。

2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展情況

2.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)情況分析

美國的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)有了多年的發(fā)展歷史，在世界范圍內(nèi)也得到了較為廣泛的運(yùn)用，雖然我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的起步較晚，但是在最近幾年當(dāng)中卻發(fā)展迅速，即將進(jìn)入一個(gè)全方位運(yùn)用的階段。我國的第二代北斗導(dǎo)航系統(tǒng)采用了與GPS基本相同的定位方式，也是我國自主研發(fā)同時(shí)獨(dú)立運(yùn)營的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)主要由三個(gè)不同的部分組成，即地面段、用戶段與空間段，地面段主要是指地面上的各種監(jiān)測站、主控站與注入站，用戶段則是指用戶終端以及可以與其他系統(tǒng)兼容的客戶端，空間段則是指導(dǎo)航衛(wèi)星，主要包括30顆運(yùn)動的衛(wèi)星以及5顆地球同步衛(wèi)星。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與美國的GPSA存在著較大的共性，尤其是在導(dǎo)航方式與覆蓋范圍方面，同時(shí)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還具有GPS和格洛納斯并不具有的一些優(yōu)點(diǎn)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)：

（1）定位快速，可以為用戶提供快速的定位服務(wù)；

（2）具有短文通報(bào)功能，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)漢字的傳輸，每次可以傳輸120個(gè)漢字；

（3）精密授時(shí)，精度達(dá)20納秒。

2.2 北斗系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

當(dāng)前階段的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)主要運(yùn)用在以下領(lǐng)域當(dāng)中：

2.2.1 定位應(yīng)用

例如各種車輛的導(dǎo)航以及個(gè)人導(dǎo)航，現(xiàn)階段國內(nèi)存在著大約20家公司都在進(jìn)行與北斗導(dǎo)航相關(guān)的定位服務(wù)，北斗導(dǎo)航的定位精度大約在10m左右，與GPS相當(dāng)，基本可以滿足人們的日常使用。

2.2.2 精確測繪服務(wù)

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸被用于各種不同的測繪服務(wù)當(dāng)中，如地質(zhì)勘探、建筑規(guī)劃以及地形監(jiān)測等方面。相比于定位應(yīng)用，精確測繪服務(wù)需要雙頻衛(wèi)星信號接收機(jī)。目前國內(nèi)只有極少數(shù)的公司有同時(shí)支持北斗B1和B3碼的接收機(jī)產(chǎn)品。

2.2.3 精密導(dǎo)航應(yīng)用

飛機(jī)進(jìn)場、船舶引航、航路規(guī)劃等。精密導(dǎo)航講究高可靠性和高精度，鑒于目前北斗二代尚在發(fā)展中，存在一定的不確定性，國內(nèi)尚沒有能夠在此領(lǐng)域內(nèi)可靠使用的產(chǎn)品問世。一般局限于試驗(yàn)性的測試和使用。

3 北斗導(dǎo)航在船舶中的應(yīng)用

北斗導(dǎo)航與船舶相關(guān)的產(chǎn)品已經(jīng)完成的基本研發(fā)，現(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入到了完善與初步的應(yīng)用階段當(dāng)中，船舶北斗二號可以兼容用戶設(shè)備，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)GPS與格洛納斯信號的接收。在用戶界面當(dāng)中還可以顯示出定位于導(dǎo)航信息，同時(shí)還可以出現(xiàn)警報(bào)信息，對于航線的規(guī)劃具有較高的意義，同時(shí)也可以滿足航海的基本需求。

3.1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成

設(shè)備主要由兩個(gè)不同的部分組成，即衛(wèi)星天線與用戶機(jī)的主機(jī)，用戶機(jī)的組成如圖1所示。

3.2 主要功能分析

組合導(dǎo)航功能可以實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航、GPS與格洛納斯信號的收集，同時(shí)還具有導(dǎo)航、定位、授時(shí)與測速功能。

定位模式選擇功能允許用戶自主選擇北斗導(dǎo)航、GPS與格洛納斯進(jìn)行定位，這有利于用戶在不同情況下選擇不同的導(dǎo)航模式。

導(dǎo)航功能可以實(shí)現(xiàn)航線的建立、編輯以及存儲等，通過導(dǎo)航功能，可以實(shí)現(xiàn)下一個(gè)航點(diǎn)與終點(diǎn)方位的顯示與計(jì)算，同時(shí)還可以計(jì)算航行的時(shí)間以及預(yù)計(jì)達(dá)到的時(shí)間等。

顯示功能，根據(jù)用戶的需求，相關(guān)的定位信息以及衛(wèi)星信息可以在顯示屏上顯示出來，同時(shí)工作狀態(tài)以及警報(bào)信息等也可以被現(xiàn)實(shí)出來。

報(bào)警功能，在船舶進(jìn)入目的地范圍、到達(dá)目的地，以及出現(xiàn)錨位偏離、偏航距、偏航角、

衛(wèi)星信號干擾和工作狀態(tài)異常時(shí)，設(shè)備時(shí)能夠通過聲音發(fā)出警報(bào)，同時(shí)在顯示屏上顯示報(bào)警信息。用戶可對報(bào)警事件和報(bào)警方式進(jìn)行設(shè)置。

自檢功能，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自檢與故障診斷。

數(shù)據(jù)輸出功能，通過特定的接口，設(shè)備可以將船舶航行過程當(dāng)中的一些相關(guān)信息輸出，如船舶的位置、時(shí)間以及速度等。

4 結(jié)語

當(dāng)前階段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為我國信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)我國社會信息化的基本工具，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的成功打破了美國與俄羅斯的衛(wèi)星導(dǎo)航壟斷局面。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶航行當(dāng)中具有非常重要的意義，在本文當(dāng)中，筆者首先介紹了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的基本情況，并以此為基礎(chǔ)研究了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶中的運(yùn)用情況。

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作者單位

山東交通職業(yè)學(xué)院 山東省濰坊市 261206