摘要:北斗卫星导航系统是我国自主研发建造的全球卫星导航系统,经过十余年的实验和应用,目前正式系统已经实现了全国区域的覆盖,并且未来几年会建立起全球范围的卫星定位导航系统。基于此,笔者展开了以下概述。
关键词:北斗导航系统;应用现状;发展前景
一、北斗导航系统的概况
中国北斗卫星导航系统(英文名称BeiDou Navigation Satellite System,缩写BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧洲伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system)之后第四个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
1.系统的构成
北斗卫星导航系统空间段计划由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,中国计划2012年左右,“北斗”系统将覆盖亚太地区,2020年左右覆盖全球。根据系统建设总体规划,2012年左右,系统将首先具备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年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
2.覆盖范围
2011年12月27日起,北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约70°~140°,北纬5°~55°。北斗卫星系统对东南亚实现全覆盖。
2018年12月27日,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布:北斗三号基本系统完成建设,开始提供全球服务。这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。
3.系统功能
(1)短报文通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。
(2)可以达到一次传送达120个汉字的信息。在远洋航行中有重要的应用价值。
(3)精密授时:北斗系统具有精密授时功能,可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
(4)定位精度:水平精度100米(1σ),设立标校站之后为20米(类似差分状态)。工作频率:2491.75MHz。系统容纳的最大用户数:540000户/小时。
4.定位精度
中国北斗卫星导航系统是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后的全球第四大卫星导航系统。定位效果分析是导航系统性能评估的重要内容。此前,由于受地域限制,对北斗全球大范围的定位效果分析只能通过仿真手段。
结果表明,北斗系统信号质量总体上与GPS相当。在45度以内的中低纬地区,北斗动态定位精度与GPS相当,水平和高程方向分别可达10米和20米左右;北斗静态定位水平方向精度为米级,也与GPS相当,高程方向10米左右,较GPS略差;在中高纬度地区,由于北斗可见卫星数较少、卫星分布较差,定位精度较差或无法定位。
二、北斗卫星导航系统的发展现状
1.北斗卫星导航系统现状
到目前为止,我国自主研发的北斗卫星导航系统已经成功发射了44颗卫星,其中主要包括地球静止轨道卫星(GEO)、中圆地球轨道卫星(MEO)和斜地球同步轨道卫星(I-GEO)。GEO卫星的轨道高度在将近36000米的地球同步轨道之上,定点在不同的经度上,共有6颗,除其中一颗处于不可用状态,其他全部正常运行。
IGEO卫星的轨道高度同GEO卫星相同,但是呈55°的倾斜角,5颗卫星分布于3个轨道面之中,存在120°的升交点赤经差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中的3颗星下点轨迹交叉于东经118°,另外2颗星下点轨迹交叉于东经95°,5颗卫星运行状态全部正常。
MEO卫星运行于近22000m的轨道之上,呈55°角的轨道倾斜。具有13圈7d的回归周期,在Walker24/3/1星座中选取相位。目前除一颗MEO卫星处于维护状态外,其他都处在撑场运行状态。
2.北斗卫星导航系统当前的服务性能
2018年12月27日,北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代,目前,北斗卫星导航系统的定位精度已经低于10m。在我国境内,可见的北斗卫星导航系统的卫星数量超过7颗,而且位置精确强弱度(PDOP)均不超过5σs。现在,北斗卫星导航系统的载波相位测量精度和伪距测量精度已经于全球卫星定位系统(GPS)达到了相同的水平,伪距测量精度为2mm,载波相位测量精度为33cm。
三、北斗卫星导航应急通信应用
1.在航海和气象领域的应用
北斗导航系统应急通信应用领域十分广泛,并在诸多领域内迅速发展,取得了其他通信方式无法替代的地位。在航海等海事活动的运用中,利用北斗系统先进的远程监控功能,不仅为我国海军装备提高了远程监控的准确度和及时性,同时,也为防患各种海上恶劣天气和各种海上船只事故的救援、防范海盗等提供了更快、更准的数据,为搜救和救援提供了准确的目标定位,大大缩短了救援时间,降低了事故损失。
虽然我国的气象监测站林立,但由于一些较为偏远、地形地势复杂的区域的设备比较落后,各种气象数据的搜集、分析并不是十分准确,甚至会与实际结果大相径庭。因此,利用北斗系统的实时短报文通信功能,其频率可高可低,且对各种噪声、辐射具有很强的抵抗性,因而能轻易地采集平流层和对流层的大气数据,从而实现数据的准确、快速传输使预报的误差率大大降低。
2.在航空领域的应用
由于导航系统可以提供连续精确的时间信息和位置信息,可以引导飞机按照预定路线飞行,明显降低航空时间和油耗,并且可以及时将飞机飞行高度、位置、速度等信息对航空管制部门进行发送,实现了全程自动监视,保证了飞行安全并可以缓解空中线路拥挤状况,为航空飞行提供了调度和飞行便利。
3.汽车导航和位置信息服务
卫星导航系统在车辆中的应用一直是前景很大的应用市场,不仅如此,随着近几年百度地图、高德地图等的应用,位置服务和导航已经开始走进千家万户,成为了生活中不可或缺的一部分。而在智能交通系统中,又将车辆导航系统、车辆信息系统等结合起来,形成了车辆导航、紧急道路求助、被盗车辆跟踪、定期保养服务等一系列功能。
4.在铁路和自然灾害领域的应用
我国是世界铁路技术最发达的国家之一,我国的铁路网在不断完善,从和谐号列车到复兴号列车,时速不断提高,对铁路的应急通信和抢修、救援等技术条件要求也逐步提高。因此,利用北斗系统中的实时短报文通信功能、地面实时监控功能,能够准确地获取事故的位置和当地的天气、路面、海报等情况,并将之快速传到铁路安全指挥中心。在救援或抢修的过程中,也可将各救援车辆和物资的运行状况等数据实时传达给应急指挥中心,以便更好地指挥和救援。
北斗卫星导航系统的发展前景卫星导航系统的作用如此巨大,美国的 GPS 定位系统发展的成熟度和应用的范围在全球位居前列。但是 GPS卫星的控制权掌握在美国手中,这会令使用 GPS 系统的其他国家处于被动地位,影响着军事的发展和社会的稳定。作为中国军民科技融合、科技创新的重大成就,北斗卫星导航系统是实施“中国制造 2025”强国战略计划的关键一环。
北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,并与其他卫星导航系统兼容互操作的全球卫星导航系统。自北斗导航系统提供服务以来,其在各行各业的应用已经逐步完善和推广,形成了一系列的产业体系。首先在军事及应急救援上得到了广泛的应用,比如在汶川抗震过程中,深入灾区时北斗的短报文服务发挥了至关重要的作用,甚至在某些地区成了唯一的联络方式。其次在其他相关行业也得到了广泛地推广,形成了基础产品、应用终端、系统应用和运营服务比较完善的应用产业体系。在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、森林防火、通信系统、电力调度、救灾减灾等诸多领域,正在产生广泛的社会和经济效益。
参考文献:
[1]张志辉.论北斗导航系统运行以及发展前景[J].基层建设,2018(6)
[2]曹梦睿.基于北斗卫星的大型停车场自动化管理方案[J].信息技术与信息化,2017(4)
论文作者:曾金泉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签:北斗论文; 导航系统论文; 系统论文; 精度论文; 报文论文; 轨道论文; 全球论文; 《基层建设》2019年第13期论文;