北斗導(dǎo)航與5G技術(shù)應(yīng)用的研究

聶磊

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步。在全球5G發(fā)展的過程中，我國已經(jīng)成為一支重要的力量，5G設(shè)備已經(jīng)建成，并進(jìn)行了測試。5G時代的到來，代表著我們以前不敢想象的東西，已經(jīng)成為可能，基于先進(jìn)技術(shù)的高科技產(chǎn)品不再是一個夢想，中國擁有北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和5G發(fā)展的主導(dǎo)力量。本文研究了北斗導(dǎo)航和5G技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航；5G；應(yīng)用

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展促進(jìn)了許多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，如新能源、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能。分享經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)改變了人們的生活方式。十年前，很多人會覺得這些技術(shù)很奇怪，難以置信，甚至難以想象。在短短幾年內(nèi)，社會發(fā)生了巨大的變化，新興技術(shù)已成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分。

一、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

以顯著提高性能和衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng),中國已完成第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，目前正在部署第三代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(見圖1)。

圖1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座結(jié)構(gòu)

1.系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)由三個部分組成:空間部分、地面部分和用戶部分。區(qū)域系統(tǒng)衛(wèi)星星座方案包括地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)、傾斜地球軌道衛(wèi)星(IGSO)和中環(huán)軌道衛(wèi)星(MEO)。全球系統(tǒng)的空間部分由5顆地質(zhì)衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。靜止軌道位于東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°和160°。非靜止軌道衛(wèi)星組成的是27 MEO衛(wèi)星和3個IGSO衛(wèi)星。MEO衛(wèi)星軌道高度21500km位于三、軌道傾角55°;IGSO衛(wèi)星的軌道高度36000km、55°傾角。衛(wèi)星均采用長征系列運載火箭發(fā)射。地面部分包括主控制站、注入站和幾個控制站。主要控制站的主要任務(wù)是觀測數(shù)據(jù)收集每個站、數(shù)據(jù)處理、信息生產(chǎn)差分衛(wèi)星導(dǎo)航和信息的完整性、任務(wù)的規(guī)劃和方案擬訂、管理和控制系統(tǒng)等業(yè)務(wù)。注入站的主要任務(wù)是在主控制站統(tǒng)一調(diào)度的框架內(nèi)，控制和管理衛(wèi)星導(dǎo)航信息、不同完整性信息的注入和有效載荷。控制站接收指南衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳送到主控制站，對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤和監(jiān)測，為確定衛(wèi)星軌跡和時間同步提供觀測數(shù)據(jù)。用戶段由不同類型的BDS用戶終端組成，BDS用戶具有與GPS、GLONASS和GALILEO系統(tǒng)兼容的功能。

2.工作體制。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用了一個綜合用途的衛(wèi)星系統(tǒng)(RDSS)和衛(wèi)星導(dǎo)航(RNSS),后者為用戶提供衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù),如GPS、GLONASS系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng),以及位置信息和短報通訊功能。

3.服務(wù)類型和性能指標(biāo)。北斗提供開放和授權(quán)服務(wù)，其中開放服務(wù)是全球性的，定位精度10m，時間精度20ns，測速精度0.2m/S。授權(quán)服務(wù)應(yīng)包括全球性能最高的導(dǎo)航和定位服務(wù)。北斗系統(tǒng)還向亞太地區(qū)提供寬帶差分通信和短消息通信服務(wù)，精度為1米，一次可傳輸120個漢字。

二、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用

1.航空。由于導(dǎo)航系統(tǒng)還可以提供準(zhǔn)確的信息和位置信息,可以按照預(yù)定路線引導(dǎo)架次,取道大幅度減少燃油消耗和時間,并且可以確定飛機的時速,及時將發(fā)送訊息的位置、速度的空中管制部門完全自動監(jiān)測,確保飛行安全，減少航空公司、緩解空中線路擁擠狀況。

2.航海。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機廣泛應(yīng)用于船舶在海上的定位，在衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信相結(jié)合后，成為定位信息系統(tǒng)和應(yīng)急救援系統(tǒng)。許多船只將導(dǎo)航和雷達(dá)與其他捕魚設(shè)備等結(jié)合起來，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在海上勘探、測繪、船舶航行、系泊、登船等方面的應(yīng)用，提高了效率，取得了良好的效果。分配時間衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備也被用來作為時間同步裝置，特別是在通信和傳輸網(wǎng)絡(luò)以及處理金融交易方面，這可以作為具體時間表的參考。由于時間是網(wǎng)絡(luò)同步的關(guān)鍵因素，同步裝置已成為最有前途的網(wǎng)絡(luò)同步綜合系統(tǒng)。

3.汽車導(dǎo)航和位置信息服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛上的應(yīng)用一直是應(yīng)用的一個非常有前途的市場。在智能交通系統(tǒng)中，車輛導(dǎo)航和信息系統(tǒng)被組合成一系列的功能，如車輛導(dǎo)航、緊急道路救援、被盜車輛跟蹤和定期維修服務(wù)。

4.軍事應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航在軍事上的應(yīng)用是所有現(xiàn)代軍事裝備的焦點，在導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)、艦船定位和軍事力量的全面戰(zhàn)略部署中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。定位、通信和短訊服務(wù)是軍事應(yīng)用的重要組成部分，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵。

三、5G技術(shù)的主要特點

根據(jù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，未來5G技術(shù)的特點如下。首先，5G技術(shù)將提高頻譜利用率，更廣泛地使用高頻頻譜，但高頻無線電波本身具有一定的滲透力，這是目前技術(shù)無法克服的。頻段的頻譜資源的使用將在一定程度上受到影響,但不會影響光機上無線網(wǎng)絡(luò)、有線寬帶技術(shù)和無線寬帶技術(shù)的融合等等,因此頻譜利用效率，未來將相應(yīng)提高。與傳統(tǒng)的移動通信技術(shù)相比，移動網(wǎng)絡(luò)的通信能力將進(jìn)一步提高。編碼傳輸技術(shù)的基本概念和物理維度，5G技術(shù)將多點、多民族、多用戶與鄰里互助網(wǎng)絡(luò)的不斷出現(xiàn)，5G技術(shù)的研究正是在這個網(wǎng)絡(luò),技術(shù)層面的相互協(xié)作與移動通信網(wǎng)絡(luò)的性能將是巨大的。此外，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計概念也是5g技術(shù)的一個重要特征。與眾不同的現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)絡(luò)、移動通信技術(shù)的5G廣場設(shè)計目標(biāo)一級的房舍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和優(yōu)化等相關(guān)活動,這是一個重大創(chuàng)新和改變傳統(tǒng)設(shè)計理念相比。最后，降低能源消耗和運營成本也是5g技術(shù)的一個重要特點。

四、5G的應(yīng)用

未來的設(shè)備將能夠獨立于時間和位置維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，并且無需人工干預(yù)就可以與其他設(shè)備通信。5G系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是可以同時連接每平方公里100萬次，因此不同的機器服務(wù)包括無線計量、移動支付和遠(yuǎn)程醫(yī)療。智能設(shè)備將在后臺自動通信，并互相分享信息。這種無處不在的連通性是5G服務(wù)的基本原則——物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將真正到位，反過來，由于幾乎所有的連接，它們將改變?nèi)祟惿睢?/p>

1.增強型移動寬帶。5G時代將迎來高速移動寬帶連接的時代，理論峰值速度甚至可能超過目前使用的家庭帶寬。數(shù)千兆比特每秒能計算密集型支持AR/VR用戶交互,這項技術(shù)可用于廣泛的移動遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療還可以在許多行業(yè)如何更好地利用跨區(qū)域交流,例如醫(yī)療機構(gòu)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程查看,甚至通過遠(yuǎn)程外科手術(shù)機器人。

2.泛連接。5G時代的到來為每個人提供了技術(shù)保障，物聯(lián)網(wǎng)的高密度可以幫助現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)向更先進(jìn)的智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如建立智能農(nóng)業(yè)，智能工業(yè)。智能物流;智能農(nóng)業(yè)意味著灌溉、施肥等可以通過安裝專門的傳感器來控制土壤水分和化學(xué)成分而實現(xiàn)自動化;另一方面，智能物流可以通過對象通信來識別有價值的對象。智能產(chǎn)業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字工廠設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，加強信息管理和服務(wù);對生產(chǎn)和銷售過程有清晰的把握，對生產(chǎn)過程有更好的把握。由于5G的通用泛連接功能。

五、衛(wèi)星導(dǎo)航和5G在無人駕駛汽車的應(yīng)用

無人駕駛的核心是高精度地圖。高精度地圖通過高精度靜態(tài)描述周圍環(huán)境，擴(kuò)展傳感器的感知能力和范圍，以更精準(zhǔn)的尺度幫助汽車定位目前所處環(huán)境、位置、路況等。只要打開無人駕駛汽車的導(dǎo)航功能，就可以看到高精度地圖，且高精度地圖可以詳細(xì)介紹和說明汽車目前所處位置、環(huán)境，詳細(xì)分析選定路線的路況，為乘客選擇最快速、最方便、最安全和最舒適的路線。與傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖相比，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航高精度地圖的圖層更多，地圖信息量更大、更復(fù)雜。高精度地圖有更詳細(xì)的道路信息，比如彎道、交通標(biāo)志，會詳細(xì)規(guī)定路線，避開堵塞，有效控制交通擁堵情況。無人駕駛汽車需要極其敏感，快速做出反應(yīng)，對網(wǎng)絡(luò)的要求特別高，不能出現(xiàn)一點延遲和錯誤。人類駕駛員遇見緊急情況的反應(yīng)時間大約是500 ms，而5G延遲時間低于1 ms，大大提高了汽車遇到突發(fā)情況的安全性。正因如此，無人自動駕駛汽車才能投入生產(chǎn)，進(jìn)入市場。自動駕駛汽車的AI系統(tǒng)需要連續(xù)、不間斷的數(shù)據(jù)和指令流，以便根據(jù)復(fù)雜的數(shù)據(jù)集做出實時決策。無人駕駛汽車的普遍應(yīng)用必然基于很高的安全性。

隨著5G的商用，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度導(dǎo)航，由于技術(shù)不斷深化研究。科技力量巨大，一個超越時代的變革，必然是各個相關(guān)核心技術(shù)的疊加才能實現(xiàn)，給用戶需求提升等多個方面得到廣泛的應(yīng)用。

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