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北斗卫星导航系统的现状及其发展趋势研究


2015-03-26

  摘要:本文阐述了北斗卫星导航系统的原理、应用现状,并与成熟的GPS系统做出了比较,根据北斗系统自身的特点对其未来的发展趋势做出研究。

  关键词:北斗卫星导航系统现状发展
  中图分类号:TN967文献标识码: A
  一、引言
  随着科技的发展,实时、快速、精确地空间定位技术成为了经济建设,科学研究,国防建设的重点,而拥有自主研发、独立运行的卫星导航定位系统则标致着国家的综合实力的高低。北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施 的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为BDS[1-2],与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统,并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务。
  关键字:北斗GPS导航定位
  二、北斗卫星导航系统运行原理及特点
  北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成,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,定位精度优于20m,授时精度优于100ns。2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。其建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。
  北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、欧盟“伽利略”(GALILEO)等其他卫星导航系统兼容的终端组成。致力于向全球用户提供高质量的定位,导航和授时服务,包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户,提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。导航精度上不逊于欧美之外,北斗卫星导航系统解决了何人、何时、何地的问题,这就是北斗的特色服务。
  三、北斗卫星导航系统与其他卫星导航系统优劣的比较
  我国自20世纪80年代末引进GPS接收机以来,在理论研究、应用技术开发、接收机制造等方面不断取得进展。俄罗斯GLONASS系统的运行和欧洲伽俐略计划的开展与实施,已引起我国有关主管部门与应用部门的关注,目前我国在卫星导航定位应用方面主要是以美国的GPS技术为主。随着GPS技术的深入发展,近10年来,我国在理论研究与技术应用方面都取得了很大的进展,所引进的GPS接收机主要应用于测绘、资源勘探等静态定位领域,逐级布设控制,成倍地提高了作业效率,为国家节约了大量经费,并在过去人迹罕至的高原、沙漠、海洋获得了大量的定位成果,为国家制图、城乡建设开发、资源勘察等做出了贡献。但在实际应用中,还存在着一些问题。首先是我国缺少系统的整体的空间对地观测发展计划,特别是在空间技术实力薄弱的条件下,应用方面统筹协调不足,基础研究薄弱,同时也缺少一个权威性的国家协调机构。其次GPS技术应用是全球性的,而目前我国的资料保密制度与这种开放性的现实相悖。而北斗导航系统是由我国自主研发并独立实施的全球化卫星导航系统,该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。中国以后生产定位服务设备的生产商,都将会提供对GPS和北斗系统的支持,会提高定位的精确度。与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比,优势在于短信服务和导航结合,增加了通讯功能; 全天候快速定位,极少的信号盲区,精度与比GPS高。向全世界提供的服务都是免费的,在提供无源定位导航和授时等服务时,用户数量没有限制,且与GPS兼容;特别适合集团用户大范围监控与管理,以及无依托地区数据采集用户数据传输应用;独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计,可同时解决“我在哪?”和“你在哪?”的问题;自主系统,高强度加密设计,安全、可靠、稳定,适合关键部门应用。
  四、北斗卫星导航系统的应用现状及发展趋势
  4.1、应用现状
  我国一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年,首先建成北斗导航试验系统,使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。促进了卫星导航产业链形成,并形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。目前该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为更好地服务于国家建设与发展,满足全球应用需求,2012年12月27日起,北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上,向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务;民用服务与GPS一样免费。2013年3月底前,江苏、安徽、河北、陕西、山东、湖南、宁夏、贵州、天津9个示范省市区80%以上的大客车、旅游包车和危险品运输车辆,均已安装北斗导航系统的车载终端。这是我国北斗卫星导航系统专项启动后首个民用示范工程。该项目作为全国北斗应用的“试验田”,计划用2年时间,在9个示范省市区建设7个应用系统和一套支撑平台,安装8万台北斗终端。在地质灾害监测方面;2013年北斗导航将对北京全市范围内的1141个地质灾害点,完成地质灾害监测预警全覆盖。北斗导航技术的地质灾害监测预警已在密云设立了32个监测点,作为北京市完成“全覆盖”前的示范工程。随着预警系统的建成和完善,北斗导航将能实现对5毫米以上地面变动的监测和预警,让有关部门和市民提前做好防灾准备。中航工业华燕研制的某型挠性捷联惯性组合导航系统产品随载机顺利完成试飞,并通过了空军主持进行的技术鉴定。该挠性惯导系统是华燕公司自行研制生产的应用于某型直升机的挠性捷联惯性组合导航系统,它在原有接收机功能的基础上,融合了最先进的北斗二代导航信息,增加了密钥注入、毁钥、授时等功能,提高了直升机的安全性、可靠性和飞行生存能力,性能达到国内领先水平。
  五、结语
  我们国家卫星导航系统建设,走过了从学习、引进到自主研发、有自主产权的过程,在国民经济、科学研究和国防建设做出了卓越的贡献。但是我们也感觉到,发展速度还不够快,应用与技术普及的程度还不够高,特别是在使用便捷方面还需要进一步加强。我们还要不断完善自己的定位系统,不受制于人,保证我们国家战略目标的实现。
  参考文献:
  [1]何绍福,马剑,李春茂.“3S”技术发展综述[J].三明高等专科学校学报,2001 (3).
  [2] 吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态[J].地球科学,1998 (4).


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