北斗導航系統在人防信息系統中的運用

◆倪晨瑩

(上海市民防指揮信息保障中心 上海 201100)

北斗導航系統在人防信息系統中的運用

◆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，事關國家安全和發展全局。北斗導航定位系統是我國于2014年自行研制的全球衛星導航系統，能夠對我國所有的信息和資源進行保障。人防信息系統是保障我國國土安全基本的信息系統，注重應急救援，防災減災方面作戰的職責。將北斗導航定位系統應用在其發展中，能夠為人防信息系統提供可靠度的數據支持，增強其車輛監控和指揮調度，增強我國國家安全的保障，同時促進人防信息系統完善化規模化的發展，對我國發展而言具有非常重要的現實意義。

北斗導航系統；人防信息系統；應用對比

1 北斗定位系統概述

1.1 北斗導航定位系統簡述

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

1.2 北斗導航定位系統運行原理

北斗導航定位系統主要由三方面組成，即：空間部分；地面部分；用戶部分。導航系統空間段由35顆衛星組成，包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。35顆衛星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環繞地球運行，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 北斗系統的現狀與發展

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展要求的定位與導航系統，目前，北斗一號系統已圓滿完成了歷史使命，奠定了我國自主衛星導航系統發展基石；北斗二號系統基本建成，2013年正式提供服務，進一步提高了衛星導航定位系統性能；北斗全球衛星導航定位系統研制建設已進入關鍵技術和試驗系統建設階段，按計劃將于2020年建成[1]。

北斗一號系統采用無線電測定業務 ( RDSS)[2]可向用戶提供導航定位、授時和短報文通信服務。2003年北斗衛星導航試驗系統正式提供服務以來，在海洋漁業、危化品運輸、搶險救災、水文、氣象、林業、通信、電力等諸多領域得到廣泛應用，產生了明顯的社會效益。

北斗二號系統完全繼承并發展了北斗一號系統RDSS服務，新增了無線電導航業務(RNS S)服務[2]，實現了有源和無源雙重技術體制共用互補的獨特優勢。服務區域比北斗一號系統擴大近三倍，系統具有連續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導航系統的比較

3.1 系統組成的比較

GPS系統由空間部分、地面控制系統、用戶設備三部分組成，GPS的空間部分是由21顆工作衛星組成，還有另外3顆有源備份衛星在軌運行；地面控制系統由監測站、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星轉發給用戶，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個衛星的位置信息，由用戶設備獨立運算出自己的定位數據。“北斗二號”在“北斗一號”的基礎上加以升級改進，該系統采用衛星無線電測定(RDSS)與衛星無線電導航(RNSS)集成體制，既能像GPS系統一樣為用戶提供衛星無線電導航服務，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(BDS)是在赤道面上設置兩顆地球同步衛星，衛星的赤道角距為60；而GPS系統共有24顆衛星，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

北斗導航系統目前是區域性衛星導航系統，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。而GPS是全球性導航定位系統，在全球的任何點位，只要衛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，在中心控制系統解算出用戶的三維位置數據后再發回用戶，其間數據要經過地球的靜止衛星走一個來回，再加上衛星轉發和中心控制系統的處理，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(BDS)是主動雙向測距的詢問——應答系統，用戶設備端與地球同步衛星之間不僅需要接收地面中心控制系統的詢問信號，還必須要求用戶設備向同步衛星發射應答信號，系統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系統是單向測距，發送的是廣播信號，用戶設備端只要接收到導航衛星發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 北斗衛星導航定位系統在人防中的作用

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

同時通過北斗導航定位系統獲取信息不受地域、環境、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。可以對即將發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，發布相應程度的預警警告；對空間突發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 應用優勢分析

相比較而言，北斗導航系統的應用具有以下優勢：

同時具有定位和通信功能，不需要其他的通信系統支持，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“我”和“你”之間的信息報文傳遞。這一特有功能，是各種導航系統在實踐中用得最多最好、最受歡迎的創新優勢。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和衛星增強系統兩大資源，因此也可利用GPS及其他導航系統資源，使之應用更加豐富。

自主系統，安全、可靠、穩定，保密性強，適合在關鍵部門應用。北斗衛星導航系統是中國自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。

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衛星的壽命一般是8年，北斗衛星的使用壽命在5年左右，已發射的16顆衛星中，已有2顆老舊衛星失效。

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展芯片技術，所以造成現在“無芯可用”的地步，尤其在研發階段投入非常大，但等到將來成熟芯片研制成功后，大規模生產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、可見衛星數、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市場化與產業化推廣，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 BDS要重點解決誤差問題，只有進一步降低BDS精度才能實現普及。

7 北斗系統在人防應用的發展展望

斗衛星導航系統的建成，將使我國在衛星應用方面擺脫對國外衛星導航系統的依賴，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，其使用現代信息化技術形成人防信息化系統，便于快捷對空間數據的計算和傳輸。而北斗導航定位系統是我國自行研制的空間信息定位系統，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中，可以為人防信息化系統發展提供精確的地理位置信息和可靠的數據信息，能夠增強我國國家安全的保障。

[1]袁本銀.北斗系統對GNSS用戶終端產業的機遇和挑戰[J].行業觀察，2011.

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