北斗導(dǎo)航及GPS技術(shù)在航海定位中的應(yīng)用

杜文翔

摘 要：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于航天、軍事等多個(gè)領(lǐng)域，在促進(jìn)各領(lǐng)域快速發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了一定作用。航海時(shí) ，使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行位置定位，能獲取精準(zhǔn)的位置信息，能為駕駛員提供數(shù)據(jù)依據(jù)，讓駕駛員能作出正確決策。通過(guò)分析北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海定位中的應(yīng)用及GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理，將二者進(jìn)行對(duì)比分析，能促進(jìn)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)廣泛應(yīng)用與技術(shù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航系統(tǒng);GPS技術(shù);航海定位;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN96? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0105-03

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間為用戶提供定位，并確保提供位置信息高精度，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)我國(guó)定位技術(shù)發(fā)展具有重要意義。在航海過(guò)程中，可以用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行船只位置定位，為駕駛員提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的位置信息，讓船只行駛更安全。因此，必須了解北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海定位中的應(yīng)用，促進(jìn)航海業(yè)繁榮發(fā)展。

1北斗導(dǎo)航在航海定位中的應(yīng)用

1.1北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)需同雷達(dá)配合使用

雷達(dá)跟蹤目標(biāo)同自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)所報(bào)告目標(biāo)有一定聯(lián)系。具體而言，雷達(dá)傳感器定位目標(biāo)、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)定位目標(biāo)、船只航行速度、航行方向等都是重要信息，雷達(dá)會(huì)對(duì)以上信息進(jìn)行整合、分析。在分析過(guò)后，雷達(dá)還會(huì)根據(jù)地理位置、船只航行方向、船只航行速度進(jìn)行處理和分配，以船只駕駛員要求為準(zhǔn)，為其輸出所需目標(biāo)動(dòng)態(tài)信息。如雷達(dá)跟蹤目標(biāo)和自動(dòng)識(shí)別定位系統(tǒng)所跟蹤位置有一定誤差，就會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)無(wú)法顯示正確位置，不僅讓船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)與雷達(dá)回波位置出現(xiàn)誤差，還會(huì)讓所定位目標(biāo)位置消失，無(wú)法與其聯(lián)系，甚至出現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，目標(biāo)數(shù)據(jù)不可用的問(wèn)題，最終對(duì)船舶航線、船只航行速度造成嚴(yán)重影響。因此，為確保雷達(dá)跟蹤目標(biāo)和船舶自動(dòng)識(shí)別定位系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)位置一致，必須讓雷達(dá)精準(zhǔn)獲取位置信息;讓船舶自動(dòng)識(shí)別定位系統(tǒng)能準(zhǔn)確定位置。在雷達(dá)中應(yīng)用北斗衛(wèi)星，能完全解決這一問(wèn)題，提升定位技術(shù)準(zhǔn)確度[1]。

1.2電子海圖信息系統(tǒng)

電子海圖信息系統(tǒng)在航海中應(yīng)用較少，在1974年后，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和電子海圖信息系統(tǒng)才被廣泛應(yīng)用。使用該系統(tǒng)能獲取傳感器位置信息，為航海員提供監(jiān)控航海路線的服務(wù)。在近岸航海和遠(yuǎn)岸航海中，都可以應(yīng)用電子海圖信息系統(tǒng)。需要注意的是，應(yīng)用電子海圖信息系統(tǒng)必須確保船只傳感器具備高準(zhǔn)確度，信息系統(tǒng)必須能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確顯示信息。船只航行會(huì)遇到各種情況，無(wú)論是何種情況，屏幕上都會(huì)精準(zhǔn)顯示位置信息，駕駛員以屏幕上所顯示的位置信息判斷航行環(huán)境，并決定船只航行方向、航行速度等，以免船只撞上障礙物、暗礁等。只有充分發(fā)揮北斗航行衛(wèi)星系統(tǒng)的作用，才能準(zhǔn)確判斷航行環(huán)境，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)，安全航行。

我國(guó)造船技術(shù)迅速發(fā)展，所造船只大小、重量、規(guī)模都隨之?dāng)U大，由于船只較大重量增加，船只在水中的深度也隨之增加，因此，必須為船只提供精準(zhǔn)信息，以保障航行安全[2]。在航行中，使用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能為船只提供精準(zhǔn)度高的動(dòng)態(tài)信息，所提供動(dòng)態(tài)信息不受時(shí)間約束，信息傳送速度最高可達(dá)0.15米每秒，不難看出，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能為駕駛員提供有利信息，為船只航行提供安全保障。

2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別是控制部分、用戶裝置和空間部分，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)具有高精度的特點(diǎn)。使用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)首先要確定目標(biāo)位置，其次GPS衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)后，使用信息接收器接收信息，并用固定角度測(cè)量GPS衛(wèi)星，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，最后，計(jì)算用戶確定目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)信息。如用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)獲取用戶確定位置的經(jīng)度信息和緯度信息，多種定位技術(shù)都可以對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行定位，雖然定位系統(tǒng)技術(shù)不同，但技術(shù)原理基本一致，其技術(shù)原理都是用GPS衛(wèi)星確定位置的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)分析GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)具體情況，可以將位置計(jì)算方法分解成兩種，一種是相對(duì)定位計(jì)算法，一種是單點(diǎn)計(jì)算法。用GPS 導(dǎo)航進(jìn)行定位時(shí)，大部分使用偽距進(jìn)行位置計(jì)算。除偽距計(jì)算方法外，還可以在GPS導(dǎo)航中使用載波測(cè)量法計(jì)算位置[3]。

3北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理

使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)能精準(zhǔn)地定位位置，同時(shí)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還能進(jìn)行位置信息傳輸，然而，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)有使用弊端，在某些特定區(qū)域有使用局限性。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別是空間段、用戶段、地面段。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由多個(gè)靜止軌道衛(wèi)星、中圓地球軌道衛(wèi)星構(gòu)成。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)用戶段是終端設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)等組成。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)地面段是由主控站、地面站、運(yùn)行管理設(shè)施組成。

要想使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行位置定位，首先要向空間衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，其次衛(wèi)星接收控制站信息后，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器將信號(hào)進(jìn)行傳輸，用戶接收信號(hào)后要對(duì)其做出回應(yīng)，再次，地面控制中心要接收信號(hào)，并對(duì)信息進(jìn)行歸納和分析，最后，接收信息后，空間衛(wèi)星要向用戶傳遞數(shù)據(jù)，得到最終位置信息，不難看出，空間衛(wèi)星是地面段和用戶段傳遞信息的有效媒介，用戶通過(guò)使用北斗導(dǎo)航系，能獲取精準(zhǔn)、可靠的位置信息。

4在航海定位中應(yīng)用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS技術(shù)的對(duì)比分析

要分析GPS技術(shù)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海中的定位應(yīng)用，就要以船舶定位技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)，獲取船舶航行時(shí)的信號(hào)信息，并進(jìn)行分析和對(duì)比。例如，需獲取海岸基站旁的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將獲取數(shù)據(jù)全部上傳至岸上系統(tǒng)[4]。

信息傳輸時(shí)，船舶定位技術(shù)將獲取的信息分別上傳至 GPS導(dǎo)航衛(wèi)星和北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，GPS導(dǎo)航衛(wèi)星和北斗導(dǎo)航衛(wèi)星會(huì)利用衛(wèi)星將信息傳遞至控制中心。控制中心獲取信息后，會(huì)利用信息融合技術(shù)將其進(jìn)行整合、分析，并將處理結(jié)構(gòu)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，以便儲(chǔ)存和保護(hù)數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)信息，并將處理結(jié)果展現(xiàn)在屏幕上，通過(guò)這種方式實(shí)時(shí)監(jiān)控航行速度、航行方向[5]。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，得出北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海定位中的精確度數(shù)值分別是B1偽距：0.325、0.26，B2偽距：-0.084、0.379;GPS技術(shù)在航海定位中的精確度數(shù)值分別是C1：0.347，P2：-0.025，0.368。在對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行位置定位時(shí)，所檢測(cè)的對(duì)象時(shí)B1偽距和B2偽距;在對(duì)GPS進(jìn)行位置定位時(shí)，所檢測(cè)的對(duì)象是 C1、P2的數(shù)值。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)航海位置定位的精度在4.0毫米-5.0毫米之間，但觀察的精確數(shù)值在0.3米-0.5米時(shí)。所得出的數(shù)據(jù)結(jié)果與GPS技術(shù)定位時(shí)，獲取的位置信息完全一致。在對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS技術(shù)在航海定位中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于目標(biāo)位置精確度受衛(wèi)星高角度影響，需對(duì)衛(wèi)星高角度進(jìn)行測(cè)試，并選擇使用十組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以確保GPS技術(shù)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位結(jié)果更精準(zhǔn)。還可以去掉不準(zhǔn)確、偏差較大的計(jì)算結(jié)果，再對(duì)其他精確度較高的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，確保所得結(jié)果準(zhǔn)確性。

從多次測(cè)試結(jié)果中可以看出，在航海定位中北斗導(dǎo)航系統(tǒng)精準(zhǔn)度較高，如衛(wèi)星高角度提升，則北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位精準(zhǔn)度越高，船只定位越準(zhǔn)確;如衛(wèi)星高角度降低，則北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位所顯示的船只位置精確度隨之下降。在航海定位中使用GPS技術(shù)所獲取位置信息具有高精準(zhǔn)度。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獲取船只位置定位穩(wěn)定性略低于GPS技術(shù)，用GPS技術(shù)進(jìn)行船只位置定位時(shí)，接收信息的衛(wèi)星數(shù)量多于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS技術(shù)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸信息至衛(wèi)星后，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)傳輸至衛(wèi)星出現(xiàn)較大信息波動(dòng)，GPS技術(shù)則較為穩(wěn)定。從定位位置信息精確度上看，GPS技術(shù)定位精確度略低于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已用于各行業(yè)各領(lǐng)域，且發(fā)揮了重要作用。在航海定位中使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)或GPS技術(shù)都能獲取高精準(zhǔn)的位置信息。通過(guò)分析北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在航海定位中的應(yīng)用，并分別闡述使用GPS技術(shù)進(jìn)行位置定位和使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行位置定位的原理，通過(guò)對(duì)比的形式，從穩(wěn)定性、精確度等角度重點(diǎn)分析北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS技術(shù)，不難看出，將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS技術(shù)應(yīng)用于航海定位中，能實(shí)現(xiàn)全方位、實(shí)時(shí)、高精準(zhǔn)的位置導(dǎo)航，能促進(jìn)航海事業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李進(jìn)平. 北斗定位導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用及展望分析[J]. 中國(guó)科技投資， 2019， 000（013）：233-234.

[2] 陳茜， 田利強(qiáng). 基于國(guó)內(nèi)外主要衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2020， No.176（06）：7-8.

[3] [1]孫亞南， 潘中強(qiáng). 網(wǎng)格環(huán)境下船舶航行GPS定位數(shù)據(jù)快速挖掘方法[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2020， v.42（06）：149-151.

[4] 溫莉. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在航海保障行業(yè)的相關(guān)思考[J]. 電子世界， 2019， No.575（17）：96-97.

[5] 趙子軍. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)寫(xiě)入移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)——訪中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng) 武冰梅[J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化， 2020， No.569（09）：20-22.