北斗導航系統(tǒng)在人防信息系統(tǒng)中的運用

◆倪晨瑩

(上海市民防指揮信息保障中心 上海 201100)

北斗導航系統(tǒng)在人防信息系統(tǒng)中的運用

◆倪晨瑩

(上海市民防指揮信息保障中心 上海 201100)

人民防空是國防力量的重要組成部分，是全黨全軍全國各族人民的共同事業(yè)，事關國家安全和發(fā)展全局。北斗導航定位系統(tǒng)是我國于2014年自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能夠對我國所有的信息和資源進行保障。人防信息系統(tǒng)是保障我國國土安全基本的信息系統(tǒng)，注重應急救援，防災減災方面作戰(zhàn)的職責。將北斗導航定位系統(tǒng)應用在其發(fā)展中，能夠為人防信息系統(tǒng)提供可靠度的數(shù)據(jù)支持，增強其車輛監(jiān)控和指揮調(diào)度，增強我國國家安全的保障，同時促進人防信息系統(tǒng)完善化規(guī)?；陌l(fā)展，對我國發(fā)展而言具有非常重要的現(xiàn)實意義。

北斗導航系統(tǒng)；人防信息系統(tǒng)；應用對比

1 北斗定位系統(tǒng)概述

1.1 北斗導航定位系統(tǒng)簡述

北斗導航定位系統(tǒng)即北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研制的第一顆全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是繼美國和俄羅斯之后第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。北斗導航定位系統(tǒng)主要被用來對空間中物體進行精確定位，從而實現(xiàn)我國安全且全面發(fā)展，其應用范圍較廣，比如：應用在測繪、電信、交通、森林防、抗震救災等發(fā)展中，能夠增強國家建設和發(fā)展，同時滿足全球應用的需求。

1.2 北斗導航定位系統(tǒng)運行原理

北斗導航定位系統(tǒng)主要由三方面組成，即：空間部分；地面部分；用戶部分。導航系統(tǒng)空間段由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。35顆衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運行，在任意時刻、任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。能夠保證每天24h的完整工作，為各種用戶提供準確性較高、定位可靠的導航服務。

2 北斗系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

中國作為世界大口，無論是民用或軍用工程建設，都需要一款適合本國發(fā)展要求的定位與導航系統(tǒng)，目前，北斗一號系統(tǒng)已圓滿完成了歷史使命，奠定了我國自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展基石；北斗二號系統(tǒng)基本建成，2013年正式提供服務，進一步提高了衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)性能；北斗全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)研制建設已進入關鍵技術和試驗系統(tǒng)建設階段，按計劃將于2020年建成[1]。

北斗一號系統(tǒng)采用無線電測定業(yè)務 ( RDSS)[2]可向用戶提供導航定位、授時和短報文通信服務。2003年北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)正式提供服務以來，在海洋漁業(yè)、?；愤\輸、搶險救災、水文、氣象、林業(yè)、通信、電力等諸多領域得到廣泛應用，產(chǎn)生了明顯的社會效益。

北斗二號系統(tǒng)完全繼承并發(fā)展了北斗一號系統(tǒng)RDSS服務，新增了無線電導航業(yè)務(RNS S)服務[2]，實現(xiàn)了有源和無源雙重技術體制共用互補的獨特優(yōu)勢。服務區(qū)域比北斗一號系統(tǒng)擴大近三倍，系統(tǒng)具有連續(xù)實時三維定位測速能力。具備一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力。

3 北斗與GPS導航系統(tǒng)的比較

3.1 系統(tǒng)組成的比較

GPS系統(tǒng)由空間部分、地面控制系統(tǒng)、用戶設備三部分組成，GPS的空間部分是由21顆工作衛(wèi)星組成，還有另外3顆有源備份衛(wèi)星在軌運行；地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測站、主控制站、地面天線所組成；用戶設備部分即GPS信號接收機。

3.2 定位原理的比較

“北斗一號”導航系統(tǒng)是主動式雙向測距的二維導航，由地面的中心站解算出位置后再通過衛(wèi)星轉發(fā)給用戶，用戶接收并顯示接收到的信息。GPS是被動式單向測距三維導航，只需要接收4個衛(wèi)星的位置信息，由用戶設備獨立運算出自己的定位數(shù)據(jù)?！氨倍范枴痹凇氨倍芬惶枴钡幕A上加以升級改進，該系統(tǒng)采用衛(wèi)星無線電測定(RDSS)與衛(wèi)星無線電導航(RNSS)集成體制，既能像GPS系統(tǒng)一樣為用戶提供衛(wèi)星無線電導航服務，又具有位置報告及短報文通信功能。

3.3 星體軌道比較

北斗導航系統(tǒng)(BDS)是在赤道面上設置兩顆地球同步衛(wèi)星，衛(wèi)星的赤道角距為60；而GPS系統(tǒng)共有24顆衛(wèi)星，分布在六個軌道面上，軌道角 55度，軌道面赤道角距為 60。其高度約為20000km，屬于中軌道衛(wèi)星，繞地球一周約11小時58分鐘。

3.4 覆蓋范圍的比較

北斗導航系統(tǒng)目前是區(qū)域性衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其服務范圍包括我國大陸、臺灣、南沙及其它島嶼，中國海、日本海、太平洋部分海域及我國部分周邊地區(qū)。而GPS是全球性導航定位系統(tǒng)，在全球的任何點位，只要衛(wèi)星信號未被遮蔽或干擾，就能夠接收并運算出三維坐標。

3.5 系統(tǒng)實時性的比較

“北斗一號”的用戶，定位申請要送回中心控制系統(tǒng)，在中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)后再發(fā)回用戶，其間數(shù)據(jù)要經(jīng)過地球的靜止衛(wèi)星走一個來回，再加上衛(wèi)星轉發(fā)和中心控制系統(tǒng)的處理，時間延遲相對較長，因此，對于高速運動物體，就增大了定位的誤差。較適合車輛、船舶等慢速運動進行確定位。

3.6 用戶容量的比較

北斗導航系統(tǒng)(BDS)是主動雙向測距的詢問——應答系統(tǒng)，用戶設備端與地球同步衛(wèi)星之間不僅需要接收地面中心控制系統(tǒng)的詢問信號，還必須要求用戶設備向同步衛(wèi)星發(fā)射應答信號，系統(tǒng)的用戶容量取決于信道阻塞率、詢問信號速率和用戶的響應頻率等因素，因此，用戶設備容量是有限的。GPS系統(tǒng)是單向測距，發(fā)送的是廣播信號，用戶設備端只要接收到導航衛(wèi)星發(fā)出的導航電文即可進行測距與定位，其用戶設備容量是理論上是無限的。

4 北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)在人防中的作用

我國將北斗導航定位系統(tǒng)應用在人防信息化系統(tǒng)中，可以為人防信息化系統(tǒng)提供精確的車輛監(jiān)控和合理的指揮調(diào)度，以及獲取動態(tài)的組展信息，便于我國人防指揮部門可以依據(jù)實際情況制定出合理、可靠且有效的作戰(zhàn)方案。人民防空部門的指揮者可以通過北斗導航系統(tǒng)實際的定位信息和數(shù)據(jù)，對防空不斷進行合理、實時且有效的指揮、調(diào)整和管控。

同時通過北斗導航定位系統(tǒng)獲取信息不受地域、環(huán)境、時間、距離等因素的影響，具有較高的時效性、精確性、可靠性、傳遞性?？梢詫磳l(fā)生的事件進行準確的預測，做出合理的分析，比如：可以對地震進行一定程度的預測，發(fā)布相應程度的預警警告；對空間突發(fā)的事件進行及時的分析，傳遞信息，促使人民防空部門及時應對。

5 應用優(yōu)勢分析

相比較而言，北斗導航系統(tǒng)的應用具有以下優(yōu)勢：

同時具有定位和通信功能，不需要其他的通信系統(tǒng)支持，而GPS則沒有通信功能。北斗不僅僅解決了“我在哪里”，還解決“你在哪里”的問題，還能高效快捷地實現(xiàn)“我”和“你”之間的信息報文傳遞。這一特有功能，是各種導航系統(tǒng)在實踐中用得最多最好、最受歡迎的創(chuàng)新優(yōu)勢。北斗的用戶終端實際上是一個具有定位和通信雙重功能的設備。

目前的北斗終端機能夠同時融合北斗導航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS及其他導航系統(tǒng)資源，使之應用更加豐富。

自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強，適合在關鍵部門應用。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

6 應用缺點分析

BDS定位技術主要缺點：

壽命短。從地質測量工程應用來說，GPS衛(wèi)星的壽命一般是8年，北斗衛(wèi)星的使用壽命在5年左右，已發(fā)射的16顆衛(wèi)星中，已有2顆老舊衛(wèi)星失效。

價格高。地質測量選用 BDS技術要投入更高的城邦，由于中國以前沒有發(fā)展芯片技術，所以造成現(xiàn)在“無芯可用”的地步，尤其在研發(fā)階段投入非常大，但等到將來成熟芯片研制成功后，大規(guī)模生產(chǎn)效應自然會使成本降低。

誤差來源。有學者對 BDS誤差來源進行綜合分析，從信噪比、多路徑、可見衛(wèi)星數(shù)、精度因子、定位精度等多個方面，對BDS誤差進行分析，認為噪聲干擾、傳輸路徑、定位方式、人員操作等，均是影響 BDS誤差的主要來源，這些主客觀因素限制了BDS市場化與產(chǎn)業(yè)化推廣，這也是BDS在國際市場尚未得到全面認可的關鍵因素。未來，我國研發(fā) BDS要重點解決誤差問題，只有進一步降低BDS精度才能實現(xiàn)普及。

7 北斗系統(tǒng)在人防應用的發(fā)展展望

斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建成，將使我國在衛(wèi)星應用方面擺脫對國外衛(wèi)星導航系統(tǒng)的依賴，可提供精確定位、實時導航、簡短通信和精密授時四大功能。

人防部門是對我國空間進行保護的部門，其使用現(xiàn)代信息化技術形成人防信息化系統(tǒng)，便于快捷對空間數(shù)據(jù)的計算和傳輸。而北斗導航定位系統(tǒng)是我國自行研制的空間信息定位系統(tǒng)，能夠對我國所有的事物和信息進行空間定位，將其應用在人防信息化系統(tǒng)中，可以為人防信息化系統(tǒng)發(fā)展提供精確的地理位置信息和可靠的數(shù)據(jù)信息，能夠增強我國國家安全的保障。

[1]袁本銀.北斗系統(tǒng)對GNSS用戶終端產(chǎn)業(yè)的機遇和挑戰(zhàn)[J].行業(yè)觀察，2011.

[2]李曉斌.北斗CNSS用戶機的應用與發(fā)展[ J].測繪技術裝備，2011.