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北斗卫星导航系统介绍及应用


评论(0)|2015-02-01|发布:tinala |收藏

北斗卫星导航系统介绍及应用

(2016-02-21 02:10:00)

北斗导航系统是属于中国人自己的卫星导航系统,是我们国人的骄傲。今天小编带大家了解一下北斗卫星导航系统以及系统的应用:

一.北斗卫星导航系统介绍

北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是:建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,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。

北斗卫星导航系统的建设与发展,以应用推广和产业发展为根本目标,不仅要建成系统,更要用好系统,强调质量、安全、应用、效益,遵循以下建设原则:


1.1北斗卫星导航系统的发展路线


1.1994年启动北斗卫星导航系统试验系统建设,2000年实现区域有源服务能力;

2.2004年启动北斗卫星导航系统建设,2012年实现区域无源服务能力;

3.2020年北斗卫星导航系统实现全球无源服务能力。

1.2北斗卫星导航系统的组成部分

卫星定位系统由三部分组成:空间部分———被丢卫星;地面控制部分———地面监控系统;用户设备部分———北斗卫星信号接收机。下文逐一介绍。


1.2.1 空间部分——北斗卫星

北斗卫星导航系统空间端由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,中国2012年左右, “北斗”系统复盖亚太地区,2020年左右复盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设,已成功发射16颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划,2012年左右,系统将首先具备复盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右,建成复盖全球的北斗卫星导航系统。

北斗卫星导航系统空间端计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时,已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)。

1.2.2地面控制部分——地面监控系统

地面站不间断地对北斗卫星进行观测,主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到地面控制站并将计算和预报的信息传给卫星注入站,并对北斗卫星进行信息更新。

1.2.3用户端


u 普通型:定位和点对点的通信,适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用,可接收和发送定位及通信信息,与中心站及其它用户终端双向通信。

u 通信型:适合于野外作业、水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户,可接收和发送短信息、报文,与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。

u 授时型:适合于授时、校时、时间同步等用户,可提供数十纳秒级的时间同步精度。

u 指挥型:指挥型用户机是供拥有一定数量用户的上级集团管理部门所使用,除具有普通用户机所有功能外,还能够播发通播信息和接收中心控制系统发给所属用户的定位通信信息。

u 多模型用户机:此种用户机既能接收北斗卫星定位和通信信息,又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位,适合于对位置信息要求比较高的用户。

该型用户机只能进行定位和点对点的通信,适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用,可接收和发送定位及通信信息,与中心站及其它用户终端双向通信;适合于野外作业、水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户,可接收和发送短信息、报文,与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。指挥型用户机又可分为一、二、三级。其中一级指挥型用户机,所辖用户为普通型用户机;二级指挥用户机,所辖用户为一级指挥机用户;三级指挥型用户机,所辖用户为二级指挥机用户。

二.北斗导航系统的应用介绍

民用领域的应用

可分为定位、短报文和授时三大类。其中目前应用最广泛的为前两类。近年来,随着我国对安全生产保障系统等的加大投入,特别是在海上渔船监控、地质灾害监测、气象监测和应急减灾等重点领域,北斗系统的应用需求呈现出快速增长的势头。

北斗导航重大专项应用示范工程

“重点运输过程监控管理服务示范系统工程”、“大气海洋和空间监测预警示范应用”、“林业生态建设与保护北斗示范应用系统”等一批示范系统先后启动,极大促进了北斗导航系统的产业化发展。

2.1北斗运营服务平台

北斗运营服务平台是集团用户应用基本条件

北斗运营服务系统依托于北斗卫星导航系统,可以在服务区域内任何时间、任何地点,为用户中心确定其配有北斗用户机的下属所在的地理经纬度,并提供集团用户中心与其下属之间、任两个下属单元之间的双向通信服务,应用领域十分广泛。在民用领域,可以对车、船、飞机等移动物体进行监控与管理,例如:渔船出海后,遇到险情可及时进行搜救,减少人员伤亡;从经济方面考虑,渔民可在海上进行期货交易,大大提高渔业交易水平,促进渔业生产的发展;


2.2北斗渔业应用方案

2.2.1行业概述

近几年,我国和周边国家,日本、韩国、越南、菲律宾、缅甸等多次发生涉渔纠纷并引发外交事件,对我国渔船监控需求迫切。

系统利用卫星定位通信技术结合WebGis技术实现船位实时监测及显示;定时船位回报;历史船位的查询和轨迹播放;船舶资料管理;渔船紧急救援指挥等。

2.2.2系统组成

主要由北斗卫星导航系统、网络化的北斗运营服务中心、岸上监控台站、北斗海洋渔业船载终端等四大部分构成。





2.2.3监控中心平台软件架构

平台的软件架构,包含了基础层、资源层、组件层、服务层和应用层。

2.3.4平台功能

历史船舶信息管理

历史船舶信息管理,用于查询船舶历史航线、以及历史短消息的统计。历史航线查询提供用户浏览船舶过往航行轨迹。用户需要选择待查询的船舶,输入查询的起始日期和结束日期,船舶监控系统将根据查询条件给出一条船舶航行轨迹。

数据管理

数据管理功能,用于对整个系统的基础数据管理。在系统运行初期,船舶的基本信息和船载设备(北斗接收机)的基本信息己批量地输入到中心服务器的数据库中。在系统运行中的数据管理针对船舶的管理。即添加待作业的船舶在系统中,以便后续的监控。

紧急报警

根据预先设定的报警条件,遇到临界灾害值时,进行报警。同时,根据接到渔船的紧急报警信息,平台发出报警信息。

终端管理

对船载北斗终端进行通信指挥,包括命令的下发和接收,各类服务信息的推送。应急报警时给搜救终端发送搜救指令并监督执行情况。

2.3.5北斗终端方案

u 北斗船载终端接收北斗卫星定位信号,通过GPRS/CDMA网络信道与监控中心进行双向短信和数据通信。车载终端定时将渔船的实时位置、运动状态、警情等信息上传至监控中心,监控中心通过GPRS/CDMA网络按需向船载终端发布天气信息和预警信息,以及对渔船进行实时调度、监控和管理。

u 近海:(移动通信 北斗定位)、远海:(北斗通信 北斗定位)

u 应用软件功能

在嵌入式平台上( Windows CE 、 Android 等)实现海图显示、越界报警、信息传输、定位导航、路径规划等功能)


2.3.6 关键技术

(1)网络GIS:基于Mapserver和OpenLayer的开源GIS

系统主要采用免费开源GIS的Mapserver作为地理信息服务器,Openlayer作为地理信息浏览器。

MapServer是地图渲染引擎,作为一个在网络环境运行或作为一个API访问独立的多种编程语言的应用。 MapServer可以让数字格式存储的空间信息变成地图图像。将矢量海图信息变成具有符号、注记的电子地图。

Openlayer是一个专为WebGIS客户端开发提供的Javascript类库包,用于

实现标准格式发布的地图数据访问。

WebGIS基础数据:电子海图,S52和S52标准。

(2)北斗定位和通信技术

北斗卫星定位技术是船舶监控系统中船舶定位数据的来源。之前用有源定位,到北斗二代空间段组网成功,具备服务能力时,利用无源定位体制定位。

北斗通信技术:每次最多传输120个汉字的短报文,实现终端与终端、终端与平台之间的通信。

2.3北斗应急减灾方案

2.3.1系统组成

整个系统由北斗综合信息服务平台系统、灾害应急指挥与灾情信息采集管理系统(简称用户系统)和传输系统三大部分组成。平台系统包括基础服务平台和行业服务平台(应急救灾指挥调度应用服务子系统);用户系统包括终端设备(北斗手持型用户机、车载型用户机和指挥型用户机),国家级灾害应急指挥与灾情信息采集管理平台和省级灾害应急指挥与灾情信息采集平台三部分;传输系统由北斗卫星和北斗地面运控中心组成。


2.3.2系统工作流程

● 北斗用户机(手持型和车载型)可直接通过北斗卫星导航定位系统(北斗卫星、地面站和指挥型用户机)进行定位并即时获得当前所在位置的信息。国家和各省级指挥中心以及应急指挥车通过电子地图(GIS)可实现对各北斗用户机(手持型和车载型)位置的动态监控,还可以实现对救灾工作人员的导航和最佳路径选择,指引救灾工作人员以最快速度抵达现场。

● 国家和省级中心可通过北斗系统直接对各自在抢险救灾现场的救灾工作组进行跟踪定位和传递信息,在提高管理决策及指挥调度效率的同时,保障了现场信息的准确及时传递和各项指令的快速下达。

2.3.3 灾害应急指挥与灾情信息采集管理系统



三.北斗产业发展

3.1产业链全貌

北斗产业链:北斗现阶段应用主要在位置服务领域,因此,站在导航与位置服务角度将涉及到北斗的行业梳理一下,分为卫星、地面、基础构件、终端设备、平台和应用软件,运营服务,GIS、遥感等。产业链长度长、覆盖范围广、结构复杂。


3.2产业链

基础产品:约1%(芯片、天线)

北斗芯片/OEM已突破

系统集成:约58%(终端、手机、车船、精细农业等)

核心技术已经突破,主要依赖市场运营(除国防、经济安全领域)

运营服务:约41%

规模大、周期长,但产业拉动显著、利润高;部门、行业条块分割严重,企业难以推动。

3.3市场前景

u 北斗区域导航系统即将建成、特色显著

u 北斗导航芯片、地图、射频等核心部件具有基本生产能力

u 导航市场潜力巨大,且增长迅速

u 二代重大专项应用与产业化专项资金约22亿,含:基础技术研发和行业示范应用,国家可能还有新的支持

u 农业部3万艘渔船安装了北斗终端设备。

3.4 面临挑战

u GPS占有全球导航市场90%的份额

u 北斗系统全球系统尚未建成,系统运行稳定性不足

u 导航芯片技术相对落后,竞争力差

u 导航终端稳定性差,成本高

u 标准不健全,影响发展。

四.小结

卫星导航对国家安全和经济安全具有战略意义

发展以北斗为主的卫星导航产业是国家重大决策

发展导航产业也是国家重大经济发展策略,是国家经济发展的重要支撑

北斗卫星导航系统是导航产业发展的重要依托

发展北斗卫星导航产业是应对公共安全、事故灾难、反恐维稳,提供政府决策能力的重要手段

卫星导航系统及其产业将为政府宏观管理和辅助决策提供支持

国家导航产业政策市导航产业发展的重要导向


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