北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海洋探測(cè)平臺(tái)上的應(yīng)用

李 鋒，陳毓偉

（1. 中國船舶集團(tuán)有限公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443003；2. 清江創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430076；3. 中國信息通信科技集團(tuán)武漢光迅科技股份有限公司，湖北 武漢 430205）

0 引言

“海洋環(huán)境探測(cè)平臺(tái)”是指搭載系列海洋環(huán)境探測(cè)傳感器，集信號(hào)采集、處理和傳輸一體化的海洋工程載體，達(dá)成海洋動(dòng)力環(huán)境觀測(cè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源生態(tài)調(diào)查、科學(xué)研究以及海戰(zhàn)場(chǎng)攻防作戰(zhàn)等海洋環(huán)境信息參量的獲取工作。廣義的海洋探測(cè)平臺(tái)包含天基、空基、岸基、船基、海基、潛基、海床基等。這些平臺(tái)和通信衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)建空–天–海–潛–底五位一體的立體、長(zhǎng)周期、全要素觀探測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)人類對(duì)海洋環(huán)境要素的連續(xù)、大面積、實(shí)時(shí)觀探測(cè)[1]。

海洋環(huán)境立體觀探測(cè)平臺(tái)通過綜合集成各種海洋技術(shù)（海洋基礎(chǔ)技術(shù)、海洋相關(guān)技術(shù)、海洋應(yīng)用技術(shù)），形成一個(gè)多維儀器、裝備以及工程的系統(tǒng)。作為實(shí)現(xiàn)功能和技術(shù)指標(biāo)的基本平臺(tái)，搭載海洋環(huán)境觀測(cè)載荷的載體，涵蓋水面、水下至海底任務(wù)空間，擔(dān)負(fù)海洋水文、氣象、水質(zhì)、地質(zhì)地貌、海洋物理、海洋聲學(xué)、海洋生物及海洋化學(xué)等海洋泛在學(xué)科領(lǐng)域的觀探測(cè)任務(wù)。是人類感知海洋、認(rèn)知海洋、經(jīng)略海洋的技術(shù)基礎(chǔ)[2]。海洋觀探測(cè)能為海洋預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋空間規(guī)劃、海洋生態(tài)管理、海洋資源開發(fā)和海洋維權(quán)、海戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)以及海上方向聯(lián)合作戰(zhàn)提供參考信息，是支撐國家利益向海拓展和海上實(shí)戰(zhàn)效能提升的 “倍增器”，具有典型的各方共建、共享、共用的多融合屬性。在某種程度上，海洋環(huán)境探測(cè)成果能為我國實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代海洋強(qiáng)國、搶占制海高點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，它也反映了一個(gè)國家真實(shí)的海洋競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和綜合國力。

自20 世紀(jì)80 年代以來，隨著衛(wèi)星通信導(dǎo)航（定位）技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了以無人化、自動(dòng)化和智能化為主題形態(tài)的海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備體系快速發(fā)展，并支撐海洋環(huán)境觀探測(cè)領(lǐng)域越限破閾，步入 “多元化、實(shí)時(shí)化、長(zhǎng)時(shí)序、立體化、網(wǎng)絡(luò)化” 的可持續(xù)發(fā)展階段[3]。相較于傳統(tǒng)海洋平臺(tái)的綜合導(dǎo)航（定位）通信體制，星基通信導(dǎo)航技術(shù)體制作為現(xiàn)代海洋環(huán)境觀探測(cè)平臺(tái)兩大核心共性技術(shù)，具有從服務(wù)區(qū)到工程實(shí)現(xiàn)的、無可比擬的廣域海洋場(chǎng)景適配優(yōu)勢(shì)。其關(guān)鍵性和保障性地位，是海洋平臺(tái)發(fā)展和海洋探測(cè)領(lǐng)域進(jìn)步不可或缺的支撐技術(shù)基礎(chǔ)。可以說，沒有星基通信導(dǎo)航系統(tǒng)的支撐，就沒有現(xiàn)代海洋環(huán)境立體探測(cè)體系的建立。

1 北斗對(duì)海洋探測(cè)平臺(tái)的支撐作用

“十五” 以來，與北斗大系統(tǒng) “三步走” 戰(zhàn)略同步，歷經(jīng)10 多年的實(shí)踐探索和技術(shù)攻關(guān)，我國“海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備平臺(tái)+北斗”應(yīng)用模式漸進(jìn)成熟，體系化推進(jìn)海洋環(huán)境觀探測(cè)平臺(tái)嵌入式、融合式、模塊化集成應(yīng)用。北斗導(dǎo)航定位、信息傳輸在海洋環(huán)境觀探測(cè)中的重要作用不可或缺。

目前，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS3，簡(jiǎn)稱北斗三號(hào)）是我國新時(shí)代自主時(shí)空通信定位基礎(chǔ)設(shè)施中最先進(jìn)的。北斗“PNT（定位、導(dǎo)航、授時(shí)）+短報(bào)文通信” 已實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)，具備導(dǎo)通一體、位置跟蹤、直達(dá)末端的特色基礎(chǔ)信息支撐屬性。此外，北斗三號(hào)新體制信號(hào)在接收靈敏度、抗多徑干擾等能力上也較北斗二號(hào)有顯著提升。短報(bào)文通信全球覆蓋、數(shù)據(jù)擴(kuò)容等關(guān)鍵性增量通信載荷等，都對(duì)海洋觀探測(cè)領(lǐng)域升級(jí)換代意義深遠(yuǎn)，成為支撐海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備體系拓進(jìn)全域海洋應(yīng)用場(chǎng)景的最優(yōu)工程選擇。北斗終端嵌入式/模塊化北斗應(yīng)用模組支持RNSS 和RDSS 一體功能，具有通信導(dǎo)航一體化技術(shù)（CPIT）屬性，擁有成本低、安裝約束小、適裝性好等工程集成優(yōu)勢(shì)，賦予了海洋探測(cè)平臺(tái)制信息權(quán)、制智權(quán)的深刻內(nèi)涵。為海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備平臺(tái)提供覆蓋全球的實(shí)時(shí)、連續(xù)、安全和精確的定位、測(cè)速、授時(shí)信息和位置報(bào)告、短報(bào)文通信服務(wù)。

基于加快海洋強(qiáng)國建設(shè)的時(shí)代大背景，以北斗三號(hào)為創(chuàng)新引擎，挖掘“海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備領(lǐng)域+BDS3” 技術(shù)手段融合實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)新應(yīng)用北斗三號(hào)星座通信增量服務(wù)，適應(yīng)性構(gòu)建“海洋環(huán)境觀探測(cè)平臺(tái)+BDS3” 迭代應(yīng)用模式，可望破題自主化、覆蓋區(qū)和信道容量系列領(lǐng)域?qū)ūＵ鲜侄闻c能力困境，強(qiáng)化對(duì)平臺(tái)的精確控制、任務(wù)的及時(shí)調(diào)度、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)全域可達(dá)、全鏈貫通、可信可靠、簡(jiǎn)潔高效，全時(shí)空、全剖面覆蓋海洋觀探測(cè)平臺(tái)任務(wù)系統(tǒng)需求，進(jìn)一步賦予海洋物聯(lián)網(wǎng)前沿感知節(jié)點(diǎn)特質(zhì)[4-5]，支持生成 “基于北斗三號(hào)的全球/區(qū)域海洋環(huán)境觀探測(cè)網(wǎng)系態(tài)勢(shì)”，助力我國陸、海、空、天、潛、底海洋環(huán)境觀探測(cè)體系全球化布局轉(zhuǎn)型，進(jìn)而支持國家戰(zhàn)略利益獲取，推動(dòng)國家戰(zhàn)略空間持續(xù)向深海和遠(yuǎn)海拓進(jìn)[6]。

目前基于北斗三號(hào)的海洋自主式探測(cè)平臺(tái)，除了剖面浮標(biāo)（ARGO 浮標(biāo)）、水下滑翔機(jī)（UG）、波浪滑翔器（AUG）、自主潛航器（AUV）及水面無人艇（UUV）等無人自主移動(dòng)觀探測(cè)平臺(tái)外，還包括漂流/錨泊浮標(biāo)、錨系潛標(biāo)、海床基、地波雷達(dá)等多種定點(diǎn)或無控漂浮平臺(tái)。本文探討 “海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)+BDS3” 的典型應(yīng)用需求與方案策略。

圖1 波浪滑翔器Fig. 1 Wave glider

圖3 HM2000 型/HM4000 型剖面浮標(biāo)Fig. 3 HM2000/HM4000 profiling buoy

圖4 海洋探測(cè)潛標(biāo)Fig. 4 Buoy for ocean exploration

波浪能滑翔器是一種利用海洋波浪起伏能推進(jìn)的海洋環(huán)境探測(cè)平臺(tái)，其控制與通信電路采用太陽能板供電。系統(tǒng)具有衛(wèi)星通信、全球定位和自主導(dǎo)航能力，被稱為永不停步、暢游海洋、1 年10 000 km 的海上永動(dòng)機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、遠(yuǎn)距離的海表水文及海面氣象走航測(cè)量和測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳能力[7]。海洋環(huán)境定點(diǎn)探測(cè)潛標(biāo)系統(tǒng)通過錨系裝置，把潛標(biāo)體錨泊在海中一定深度處，具備從近海面到水下幾千米深度的溫、鹽、深、流連續(xù)、長(zhǎng)期、自動(dòng)測(cè)量和通過衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)回傳功能。海馬系列剖面測(cè)量浮標(biāo)，是一種在隨波橫向漂行的過程中，通過浮力調(diào)節(jié)裝置上下蛇行，實(shí)施對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)的剖面測(cè)量[8]；系統(tǒng)浮出水面時(shí)，利用衛(wèi)星中轉(zhuǎn)回傳數(shù)據(jù)。水下滑翔機(jī)利用浮力調(diào)節(jié)和航向控制技術(shù)，在水下滑翔航行，滑翔期間完成諸海洋環(huán)境要素的測(cè)量；滑翔出水時(shí)與衛(wèi)星通信，上傳測(cè)量數(shù)據(jù)[9]。

廣袤深邃的海洋因其海水介質(zhì)、環(huán)境、深度、空間等獨(dú)具的特殊性與未知性，決定海洋環(huán)境立體觀探測(cè)裝備一方面涉及諸多學(xué)科，技術(shù)含量高；另一方面因長(zhǎng)期獨(dú)立工作于惡劣的海況下，需要極高的可靠性，導(dǎo)致其具有與其他技術(shù)裝備不同的特質(zhì)。因此，在海洋探測(cè)領(lǐng)域共性支撐技術(shù)體系中，北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)作為自主星基導(dǎo)航通信體制，涵蓋海洋環(huán)境觀探測(cè)平臺(tái)2 大關(guān)鍵核心共性技術(shù)，具有無可替代的廣域海洋場(chǎng)景配置優(yōu)勢(shì)。對(duì)于支撐以無人化、自動(dòng)化、智能化為主題形態(tài)的海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備體系的深度發(fā)展以及推動(dòng)海洋環(huán)境觀探測(cè)領(lǐng)域“多元化、實(shí)時(shí)化、長(zhǎng)時(shí)序、立體化、網(wǎng)絡(luò)化” 的持續(xù)進(jìn)步，起到無可替代的基礎(chǔ)保障作用，是平臺(tái)進(jìn)步和領(lǐng)域進(jìn)步不可或缺的配套技術(shù)基礎(chǔ)。

2 海洋探測(cè)平臺(tái)對(duì)北斗三號(hào)應(yīng)用需求分析

北斗導(dǎo)通一體終端模塊具有成本低、安裝約束小、適裝性好等優(yōu)勢(shì)。“十五” 至今，隨著兩代北斗入役，我國海洋環(huán)境觀探測(cè)領(lǐng)域不斷探索以北斗定位通信為基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)，圍繞海洋環(huán)境觀探測(cè)信息的傳輸短板，著力開發(fā)了基于北斗的C-ARGO、海洋水文監(jiān)測(cè)潛（浮）標(biāo)系統(tǒng)、自動(dòng)氣象/海洋站等系列化創(chuàng)新應(yīng)用，初步解決了長(zhǎng)期困繞海洋領(lǐng)域的信道與定位2 大自主基礎(chǔ)技術(shù)支撐難題，推動(dòng)了北斗在海洋環(huán)境信息領(lǐng)域的嵌入式、模塊化應(yīng)用，形成北斗在海洋環(huán)境信息體系中的多元保障作用。

典型應(yīng)用示范為C-ARGO 浮標(biāo)，為一種技術(shù)性能上可比肩國際通用ARGO 的國產(chǎn)海洋剖面探測(cè)浮標(biāo)。傳統(tǒng)概念上的ARGO 浮標(biāo)（自主式溫鹽深剖面探測(cè)浮標(biāo)）是一種通過全球海洋布放，利用衛(wèi)星通信定位，建立全球海洋觀測(cè)網(wǎng)的專用海洋環(huán)境剖面探測(cè)設(shè)備。ARGO 浮標(biāo)的核心采用美國GPS通信定位技術(shù)， 通過法國和美國合作運(yùn)營(yíng)的ARGOS 衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)落地法國ARGOS 中心匯總處理，再按不同國家的權(quán)限分享成果。不難看出，ARGO 實(shí)質(zhì)上從設(shè)備層到數(shù)據(jù)層全面由歐美國家掌控，形成探測(cè)數(shù)據(jù)成果向他們單向透明。海洋環(huán)境信息關(guān)系國家安危，無法掌控的ARGOS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)單向透明，無疑會(huì)對(duì)我海洋主權(quán)乃至國家安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著我國海洋探測(cè)領(lǐng)域ARGO 類浮標(biāo)部署需求的激增，迫切要求國產(chǎn)ARGO 類浮標(biāo)從設(shè)備、定位跟蹤、數(shù)據(jù)落地、成果應(yīng)用全環(huán)節(jié)，打造基于北斗導(dǎo)通一體的海洋探測(cè)平臺(tái)，此需求催生了國產(chǎn)C-ARGO 浮標(biāo)的問世。C-ARGO 浮標(biāo)采用“海洋立體觀探測(cè)平臺(tái)+北斗” 新體制，達(dá)成了基于北斗的廣域浮標(biāo)位置跟蹤與數(shù)據(jù)回傳落地我國，確保我海洋探測(cè)信息的自主、安全、可控，進(jìn)而在某種程度上打破了國外在此領(lǐng)域一統(tǒng)天下的局面。

目前，北斗三號(hào)大系統(tǒng)導(dǎo)航性能已全面滿足海洋環(huán)境無人觀探測(cè)領(lǐng)域相關(guān)需求。終端模塊可使用北斗三號(hào)全頻點(diǎn)信號(hào)實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的高精度定位、授時(shí)、測(cè)速功能，單點(diǎn)定位精度可達(dá)7 m，SBAS 定位精度達(dá)到2.5 m，后者的定位精度不但遠(yuǎn)高于前者，而且較北斗二號(hào)同類型號(hào)定位精度也有顯著提升。此外，北斗三號(hào)新體制信號(hào)在接收靈敏度、抗多徑等能力上也得到明顯增強(qiáng)，使其更加適用于無人平臺(tái)廣域海洋應(yīng)用場(chǎng)景（見表1），是一種不依賴GPS、GLONASS等國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球海洋部署任務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航保障完全自主可控的國產(chǎn)系統(tǒng)。

表1 北斗三號(hào)應(yīng)用體系能力評(píng)估對(duì)比Table 1 Capability evaluation and comparison of Beidou-3 application system

“海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備平臺(tái)+北斗”應(yīng)用模組以嵌入式/模塊化形態(tài)，支持RNSS 和RDSS 一體功能，為海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備平臺(tái)提供覆蓋全球的實(shí)時(shí)、連續(xù)、安全和精確的定位、測(cè)速、授時(shí)信息和位置報(bào)告、短報(bào)文通信服務(wù)。

海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)可靠導(dǎo)航、定位、定時(shí)工程應(yīng)用時(shí)，北斗三號(hào)是現(xiàn)階段我國精度性能最高的自主手段。根據(jù)海洋無人平臺(tái)應(yīng)用特性，北斗應(yīng)用模組為潛/浮標(biāo)、自動(dòng)氣象/海洋站等無人平臺(tái)背景唯一示位標(biāo)定單元；基于星基弱信號(hào)體制而易干擾、無法入水等局限，以AUV 為代表的水下移動(dòng)平臺(tái)背景通常與慣性、水聲及海洋物理場(chǎng)匹配等手段組合構(gòu)架導(dǎo)航任務(wù)系統(tǒng)，是提供精確時(shí)空基準(zhǔn)信息的核心模塊。

北斗短報(bào)文通信與其它衛(wèi)星通信體制有著顯著區(qū)別，系統(tǒng)按用戶級(jí)別規(guī)定相應(yīng)服務(wù)頻度（最高1 次/s）、報(bào)文長(zhǎng)度（區(qū)域短報(bào)文最長(zhǎng)1 000 漢字，全球短報(bào)文最長(zhǎng)40 漢字）和優(yōu)先級(jí)（高優(yōu)先級(jí)用戶在同等級(jí)服務(wù)申請(qǐng)時(shí)將優(yōu)先考慮），理論上服務(wù)性能存在動(dòng)態(tài)變化，且因系統(tǒng)容量限制，多數(shù)海洋無人探測(cè)平臺(tái)用戶難以申請(qǐng)到最高級(jí)別服務(wù)。在普通低級(jí)別服務(wù)條件下，我們通過對(duì)北斗二號(hào)應(yīng)用探索實(shí)踐的分析，發(fā)現(xiàn)通過終端側(cè)技術(shù)手段，應(yīng)用北斗三號(hào)通信擴(kuò)容增強(qiáng)可滿足各類海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)數(shù)據(jù)回傳、位置報(bào)告、控制/遙控等信道保障要求[10]。此外，考慮到信道的可用性與容量，北斗短報(bào)文還可作為其他主用通信手段以外的備份和應(yīng)急手段。

3 基于無人平臺(tái)嵌入式/模塊化的北斗三號(hào)模組

3.1 工程集成形態(tài)分析

基于深遠(yuǎn)海場(chǎng)景越來越復(fù)雜、傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)量大、時(shí)間長(zhǎng)、點(diǎn)位多，傳統(tǒng)技術(shù)已難以滿足觀探測(cè)能力要求和適配導(dǎo)航通信保障需求。北斗導(dǎo)航/通信任務(wù)系統(tǒng)一體化和集約化已成為海洋環(huán)境無人觀探測(cè)領(lǐng)域嵌入式、模塊化工程應(yīng)用的主流趨勢(shì)。

長(zhǎng)期自主工作是海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)的突出特性與優(yōu)勢(shì)，而與之相對(duì)應(yīng)，各類海洋探測(cè)平臺(tái)普遍采用電池供電方案，需要考慮系統(tǒng)整體重量和能源系統(tǒng)限制問題，平臺(tái)各任務(wù)系統(tǒng)需在能源受限工況下均衡共用無人平臺(tái)攜帶的電力。鑒于無人平臺(tái)能源保障和體積布局制約，嵌入式北斗模組尤其需要注重尺寸和功耗控制，通過元器件高度集成和與不同模式的優(yōu)化，確保在滿足性能要求的條件下，盡量縮減模塊體積、重量和功耗，達(dá)到滿足執(zhí)行全任務(wù)周期的目的。

此外，隨著我國海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)持續(xù)高速發(fā)展，平臺(tái)從種類到數(shù)量持續(xù)增多，對(duì)北斗三號(hào)導(dǎo)航/通信模組工程應(yīng)用模態(tài)要求越來越高。從AUV、滑翔機(jī)等機(jī)動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)通多體制綜合集成應(yīng)用，到氣象/海洋站、漂流浮標(biāo)、潛/浮標(biāo)等平臺(tái)單一北斗導(dǎo)通體制應(yīng)用，都進(jìn)一步要求北斗三號(hào)導(dǎo)通一體化模組向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化發(fā)展，以增強(qiáng)載荷的適裝性和可維修性。

3.2 模組基本組成及工作原理

目前，在研海洋觀探測(cè)平臺(tái)均開展了北二向北三模組的換代工作，基于 “海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)+BDS3”全方位迭代要求，為解決自身系列化產(chǎn)品問題，采用了基于無人平臺(tái)嵌入式/模塊化的北斗三號(hào)模組（見圖5 和圖6）。該模組采用芯片式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集成為小型OEM 板卡形態(tài)，支持北斗三號(hào)RDSS（區(qū)域+全球）/RNSS 一體工作，具備集成度高、可靠性好、尺寸小、響應(yīng)快、功耗低等特點(diǎn)，且充分考慮與平臺(tái)共形安裝、“六性” 設(shè)計(jì)等特性解決方案，豐富了“三化” 特性內(nèi)涵，成功實(shí)現(xiàn)了HM2000 型/HM4000 型剖面浮標(biāo)、水下滑翔機(jī)、波浪滑翔器、大深度潛標(biāo)系統(tǒng)等系列海洋環(huán)境無人觀探測(cè)產(chǎn)品北斗二號(hào)模組向北斗三號(hào)的升級(jí)替代與集成優(yōu)化，具有較強(qiáng)的典型示范作用。

圖5 北斗三號(hào)一體化天線模塊Fig. 5 Beidou-3 integrated antenna module

圖6 北斗三號(hào)主板模塊Fig. 6 Beidou-3 motherboard module

北斗三號(hào)模組由天線、主板模塊及配套線纜和軟件組成，采用平臺(tái)電池直接供電。天線為定位、定時(shí)、短報(bào)文功能提供射頻信號(hào)收發(fā)功能并進(jìn)行相應(yīng)抗干擾處理；主板用于處理天線接收的北斗三號(hào)RDSS（區(qū)域+全球）/RNSS 信息，完成區(qū)域和全球短報(bào)文通信信息的收發(fā)處理，從而實(shí)現(xiàn)基于北斗三號(hào)的海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)精確導(dǎo)航/定位與控制、短報(bào)文交互和位置報(bào)告等功能。

4 系統(tǒng)方案概述

4.1 硬件方案

主板模塊包含北斗、主控及接口等基本單元。北斗單元集成功放/低噪放子單元、4 通道射頻子單元、基帶子單元等，主要接收處理北斗三號(hào)RDSS（區(qū)域+全球）/RNSS 信號(hào)，兼容GPSL1 頻點(diǎn)，完成定位、定時(shí)解算以及短報(bào)文通信功能。主控及接口單元主要實(shí)現(xiàn)整機(jī)各單元管理、接口擴(kuò)展、顯示輸出及外部信號(hào)接入處理等功能。

4.2 軟件方案

軟件主要包含BDS3 信號(hào)與信息處理軟件，以完成北斗衛(wèi)星信號(hào)處理、電文解析、定位解算以及定時(shí)功能，并輸出平臺(tái)BDS3 定位、測(cè)速、時(shí)間信息，以及實(shí)現(xiàn)北斗三號(hào)區(qū)域和全球短報(bào)文通信功能。根據(jù)相關(guān)平臺(tái)任務(wù)背景，選配抗干擾處理軟件、顯控軟件等。

4.3 接口方案

主要通過有線手段為海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)導(dǎo)航控制、數(shù)據(jù)通信等相關(guān)任務(wù)系統(tǒng)提供平臺(tái)位置、速度和時(shí)間等信息和通信功能；為兼顧新平臺(tái)應(yīng)用和現(xiàn)役平臺(tái)加改裝需求，主要對(duì)外信息輸出接口為CAN 網(wǎng)和串口等，并可據(jù)需要提供以太網(wǎng)口擴(kuò)展。

4.4 達(dá)到的指標(biāo)

綜合評(píng)估北斗三號(hào)系統(tǒng)提供的新體制信號(hào)服務(wù)性能，同時(shí)考慮海洋無人平臺(tái)存在較大可能回收失敗或失控概率，為規(guī)避敏感授權(quán)模塊風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)主要考慮應(yīng)用民用服務(wù)，即通常采用民用頻點(diǎn)導(dǎo)航和通信信號(hào)，進(jìn)而得出“海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)+北斗三號(hào)”應(yīng)用模組導(dǎo)航（定位）和通信主要指標(biāo)。

1）基本導(dǎo)航信號(hào)的導(dǎo)航定位基本指標(biāo)。

全球定位精度（PDOP≤4，95%置信度）：水平方向優(yōu)于7 m；

區(qū)域定位精度（PDOP≤4，95%置信度）：水平方向優(yōu)于6 m；

授時(shí)精度：≤20 ns（95%置信度，1 PPS）。

2）短報(bào)文通信服務(wù)基本指標(biāo)。

接收及處理北斗三號(hào)系統(tǒng)短報(bào)文通信服務(wù)信號(hào)，提供北斗三號(hào)區(qū)域、全球短報(bào)文收發(fā)服務(wù)；綜合北斗三號(hào)短報(bào)文服務(wù)性能上限，并考慮與現(xiàn)有北斗二號(hào)短報(bào)文終端盡量兼容，基本指標(biāo)如下。

接收信號(hào)頻點(diǎn)：S2A、B2b、S1Q；

發(fā)射信號(hào)頻點(diǎn)：Lf3、Lf4；

區(qū)域：支持單次發(fā)送最長(zhǎng)報(bào)文1 000 個(gè)漢字；

全球：支持單次發(fā)送最長(zhǎng)報(bào)文40 個(gè)漢字。

5 結(jié)束語

本文以海洋無人自主平臺(tái)為應(yīng)用背景，基于自主可控的性能特點(diǎn)，對(duì)海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)星基導(dǎo)航通信體制進(jìn)行了深度辨析。提出了海洋平臺(tái)端嵌入式北斗三號(hào)RNSS/RDSS 一體模組基本方案設(shè)計(jì)和“三化” 發(fā)展方向，進(jìn)而梳理分析出海洋環(huán)境立體觀探測(cè)領(lǐng)域基于北斗三號(hào)的導(dǎo)航示位、數(shù)據(jù)回傳、多模監(jiān)控、控制/遙控及立體組網(wǎng)等典型應(yīng)用策略及信息流程。通過挖掘“海洋環(huán)境觀探測(cè)裝備領(lǐng)域+BDS3” 技術(shù)手段融合實(shí)現(xiàn)，提出了新時(shí)代“海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)+ BDS3” 多元深度耦合模式，為平臺(tái)創(chuàng)新發(fā)展和領(lǐng)域深遠(yuǎn)海拓進(jìn)提供了新思路，因而對(duì)于加快我國海洋強(qiáng)國建設(shè)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

可以預(yù)見，未來一段時(shí)間內(nèi)，我國必將迎來海洋環(huán)境觀探測(cè)平臺(tái)發(fā)展的高峰期，也是平臺(tái)裝備技術(shù)與北斗三號(hào)應(yīng)用技術(shù)互動(dòng)協(xié)同發(fā)展的“窗口期”。同時(shí)，在挖掘北斗三號(hào)優(yōu)勢(shì)潛能應(yīng)用的同時(shí)，我們更應(yīng)正視北斗三號(hào)作為星基導(dǎo)通體制固有屬性，通過區(qū)分平臺(tái)的不同應(yīng)有場(chǎng)景，達(dá)到繼承傳統(tǒng)技術(shù)和優(yōu)化新興導(dǎo)通體制的目的。另一方面，我們應(yīng)立足國家頂層，研究制定 “海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)+BDS3” 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)力指導(dǎo)、引領(lǐng)規(guī)范、體系推進(jìn)北斗三號(hào)在海洋環(huán)境觀探測(cè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用。改革過去那種功能單一、簡(jiǎn)單定制或復(fù)制轉(zhuǎn)化等淺層應(yīng)用模式，達(dá)到破解海洋探測(cè)領(lǐng)域北斗 “三化”應(yīng)用途徑。同時(shí)，應(yīng)基于北斗三號(hào)區(qū)域/全球短報(bào)文通信模式，規(guī)范海洋環(huán)境觀探測(cè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)交互壓縮、解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)海洋環(huán)境觀探測(cè)無人平臺(tái)北斗數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用。最終，通過打通北斗底層用戶的互通能力，達(dá)到統(tǒng)籌我國海洋環(huán)境觀探測(cè)資源共享的目的。