論導航衛星在海洋測繪中的應用

摘 要：文章對衛星多普勒定位和GPS衛星定位技術進行分析，并重點闡述其在海洋測繪中的應用，通過文章的分析，認為GNSS技術在今后海洋測繪中的應用具有較大的價值，首先海洋強國建設在導航衛星中能夠更好地發揮作用；海域測量領域在GNSS三頻接收機影響下的前景相當明朗；而GNSS導航衛星能夠為航7維狀態參數和3維姿態參數提供更加準確的精度，完善機載激光測深系統。

關鍵詞：導航衛星；海洋測繪；應用

1 概述

我國具有島嶼多、海域廣、海岸線長等特點。因此，做好海洋測繪工作，對于維護國家安全和開發海洋資源來說，意義重大，除此之外，海洋測繪工作還與海洋地質勘探、海洋工程、海上交通、管道敷設、開發海洋資源和海底電纜等相關工作息息相關。作者通過查找相關的資料和結合自身的工作經驗，得知導航衛星在海洋測繪中發揮的作用不容忽視。

2 海洋測繪在GPS信號接收機

通過人造地球衛星來對點位進行測量，這種技術就是我們耳熟能詳的衛星定位技術。在這種技術剛出來的時候，人造地球衛星只是一種空間上的觀測目標，在地面測站實施攝影觀測，就是我們平時常說的衛星三角測量技術。這種技術在一定程度上可以解決陸地海島聯測定位的問題，但是所消耗的人力、物力和時間比較大，而且定位的精度不高，難以對點位的地心坐標進行測量。所以，衛星多普勒定位很快就取代了衛星三角測量技術，取得了較大的進步，也導致衛星定位技術從初級階段上升到高級階段，實現了從空間觀測目標到動態已知點衛星的轉變。但是，有一點必須要明確的是，對子午衛星信號實施多普勒定位的時候，需要間隔的時間比較長，還要花上1-2天的時間來觀測。在連續定位問題上沒有得到解決，同時也沒有實現厘米級的定位精度，所以，子午衛星導航系統的應用也受到了較大的約束。隨著技術的發展，人類也追求全球性、全天時、全天候和更加高精度的導航和定位技術，GPS衛星全球定位系統也隨之誕生。這也使導航與定位技術的發展進入到一個全新的階段，其前景也相當可觀。

在20世紀的90年代初期，當時的在軌GPS衛星數量不多，僅僅為15、16顆，但是，那時候GPS衛星導航定位技術就已經深受海洋測繪人員的偏好。中國南海GPS島礁聯測分隊由國家海洋局、測繪局和地震局于1990成功建立起來，同年，乘坐“向陽紅五號”前往中國南海，并開展GPS島礁聯測的工作；測量的范圍涉及廣州、曾母暗沙、三亞和黃巖島，其面積多達200萬平方千米。海域面積相當大，時間也長達52天，第一次通過3臺WM-102GPS雙頻接收機工作，GPS的定位聯測工作點設立在南海8個點位、陸地4個大地和南海上的5個島礁，而此次站間距離最大也實現了808687.519m，在南海建立起一個精度較高的陸海大地測量控制網。

國家海洋局科技司于1991年4月提出，全面推進GPS衛星定位技術，將統一的陸海大地測量控制網建立在所有領海基點、島嶼測量大地測量控制點和基本驗潮站中，總共包含有345個GPS測量定位點。這樣做的主要目的就是為了能夠將陸海大地測量控制網建立在我國專屬經濟區和大陸架中，并提高其測量的精度，從而為這些地區提供相關的基準數據。

中國測繪學會海洋專業委員會和大地測量專業委員會在1994年10月13～16日展開了相關的研討會，對20世紀90年代初期的GPS技術研發成果進行了深入的交流。作者查閱了相關的資料，發現研討會中的部分論文發表在期刊《海洋測繪》上，其期刊數為1994年第4期，包含了14名作者所發表的9篇關于GPS技術應用的論文。這些學者進一步推動了海洋測繪GPS技術的應用，隨著其逐步完善和發展，在海面變化、海港工程、海洋漁業、海上地位等領域上都得到了廣泛的應用。

3 導航衛星技術與海洋測繪技術分析

GPS/GLONASS技術在近幾年來，發展比較穩定，北斗星導航定位系統計劃于2020年實現全球性的覆蓋；歐盟的伽利略全球衛星導航系統于2014年8月成功發射了衛星；印度也在積極進行IRNSS印度區域衛星系統的工作。將會有越來越多的導航衛星運行在天空中，方便海洋測繪人員工作的開展，也提高了海域定位的精度，海洋測繪的研究價值相當有意義。

3.1 導航衛星在海洋強國建設中的意義重大

我國具有的島嶼較大，而且島嶼面積大，島嶼岸線也比較長，除此之外，還擁有很多島群，這些島群也會發展成為我國核心的海島綜合經濟帶。再對《聯合國海洋法公約》的規定進行分析，劃分在中國管轄的海域面積為400萬平方公里左右。海洋強國戰略任務在《中國海洋21世紀議程》中首次被提出，主要解決海洋產業發展、海洋經濟區域建設和海洋科技等問題之外，還需要處理國家海洋權益和利益的維護、海上力量建設的強化等。從中我們可以看出，要想真正落實海洋強國任務，海洋測繪工作是必不可少的，因為這是一項基礎性和前期性的工作，而點位測定工作，則能夠提供基準數據給海洋測繪，是一項超前性工作。飛行在天空中的導航衛星，能夠將精度高、速度快的定位測量運用在廣闊的海域上，并且實現動靜結合。舉個例子說，通過導航定位信號的載波相對測量數據解算，就能夠實現厘米級的動態定位測量精度。所以，導航衛星對于實施海洋強國建設及其戰略的意義來說，是不容忽視的。

3.2 海域測量領域在GNSS三頻接收機影響下的前景相當明朗

GPS、GLONASS、Compass和伽利略全球衛星導航系統，都能夠將3個導航定位信號向民間用戶提供，有一點必須要注意的是，CLONASS的不斷發展，可以提供8個CDMA信號，同時實現了GPS/Compass/Galileo良好的兼容性。開展定位測量工作時利用三個導航定位信號，主要有下面的幾大意義：

第一，可以計算出排除電離層效應干預站星的距離，從而進一步促進用戶點位精度和置信度的提升；第二，運用在軍事領域上，可以為用戶解算出實時點位坐標，這個坐標的精度和置信度更高，那么高速飛行兵器就有了更加良好的數據基礎。第三，能夠計算出更長的寬巷載波相位測量波長，這樣能夠增加航解算算法的速度，也有利于高動態用戶可以獲得精度更加高的實時點位坐標。

總而言之，利用三個衛星導航定位信號，在提高動態用戶實時點位精度方面表現得相當出色，也將定位測量與廣闊海域的導航衛星緊密結合在一起。

3.3 GNSS導航衛星能夠為航7維狀態參數和3維姿態參數提供更加準確的精度

相對于水面測量船測量來說，機載激光測深所耗用的費用僅僅為其1/6。可見，機載激光測深系統的成本低而且效率高，能夠精密又快速地對海底地形進行測繪，是一項先進的設備，在今后的發展也會得到重視，成為我國現代化海事測繪保障體系建設的一項重點工程。

在采用機載激光測探的時候，一個必須具備的系統就是機載GNSS信號接收機，主要測定飛機在航3維姿態參數，將基準數據提供給控制機載激光作業的平臺，確保其穩定性，從而更加穩定地接收激光回波；還能夠將時間同步源提供給機載激光測探等子系統，確保不同子系統之間的協同性；對飛機在航7維狀態參數進行測定，可以更好地引導飛機在晝夜作業。飛行在天空中的導航衛星和三個民用導航定位信號，確保了機載激光測深系統的精確性，促進了機載激光測深事業的發展。

4 結束語

對于海洋測繪作為一項超前期基礎性建設工作，其作用能夠確保我國海洋國土的完整性，有利于海洋資源的開發和利用，導航衛星能夠解決很多海洋工程項目問題，并為其提供快而準的定位數據，隨著我國導航衛星與海洋測繪技術的不斷發展，在導航衛星在軌飛行影響下，海洋測繪事業將會發展得更加興旺。

參考文獻

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