北斗卫星导航产业

北斗卫星导航产业（精选12篇）

北斗卫星导航产业 篇1

卫星导航系统是关系国家安全和经济发展的核心技术与支撑系统, 是全球竞争和大国利益的焦点之一。我国自行研制的“北斗卫星导航系统” (简称“北斗系统”) (英文名:BeiDou Navigation Satellite System, 缩写为BDS) 从2003年发射首星, 2011年12月提供试运行服务, 2012年12月系统完成建设, 正式提供区域服务, 全面对民用用户开放。北斗系统有明显的技术优势和广阔的应用前景, 但也存在诸多制约因素。目前, 北斗系统的应用水平与GPS系统相比还相当低;尤其在民用方面, 还远未达到产业化、市场化的水平。当前, 我国卫星导航产业发展面临着新的发展机遇。以上海等部分城市开展的创新示范综合应用将在推动北斗系统民用产业化过程中发挥积极的作用。因此, 需采取有力措施, 以城市创新示范应用为抓手, 加快推动北斗系统民用产业化。

一、卫星导航民用产业化前景分析

卫星导航具有全空域、全球性、全天候、连续性和实时性的特点, 可提供高精度定位、导航和授时功能, 有的还可提供通信功能, 其应用几乎涉及到国防建设和经济社会的各个领域。在民用方面, 卫星导航定位系统与应用设备也是国家重要的信息基础设施, 在民航、交通运输、通信、电力、环保、水利、气象、防灾减灾、石油和能源安全等关系民生的重要领域发挥着越来越显著的作用[1]。

自上个世纪中期起, 世界范围内已经先后建立了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo、中国的COMPASS等多个全球导航卫星系统。卫星导航系统的逐步扩展和完善, 促使卫星导航应用技术向多元化发展, 卫星导航系统的性能快速提升, 适用范围迅速扩大。同时, 通信、计算机等领域技术的快速发展进一步推动了卫星导航技术的应用。

卫星导航应用产业化涉及芯片及零部件制造、终端制造、系统集成、运营服务及相关增值服务等, 能有效地渗透到国民经济诸多领域和人们的日常生活中, 已经成为继移动通信和互联网之后全球第三个发展得最快的电子信息产业新的经济增长点。全球卫星导航系统市场自1993年GPS系统启动后一直保持高速增长态势, 1993年～2009年, 全球卫星导航系统应用市场产值由5.1亿美元增长到660.0亿美元, 增长了130倍, 年均复合增长率约为35.52%;其中前7年中 (1993年～2000年) 产值年均复合增长率高达约53%。

国内外普遍认为, 中国将成为世界上主要的甚至是最大的卫星导航应用产品的制造国和消费国。以占卫星导航应用主导地位的车载导航产品为例, 截止到2010年底, 全国1002.4万台的卫星导航仪保有量相对于超过7000万辆的汽车保有量而言, 仅有14.3%的装配比例, 远远低于日本的80%和欧洲的59%[2]。中国拥有超过13亿人口, 是世界上最大的移动通讯市场, 也拥有世界上发展最快的互联网用户群体和汽车产销市场, 所以, 中国的卫星导航产业有巨大的市场需求和发展空间。

二、北斗系统民用产业化现状分析

从2003年北斗一号卫星导航系统开始对民用领域试用开放起, 北斗系统开始在我国国防建设和经济社会发展中发挥积极的作用。尤其是2008年汶川抗震救灾中, 北斗一号系统成为抗震救灾和指挥保障的重要手段。我国研制的大兴安岭森林防火信息系统、湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程, 取得了明显的经济效益[3]。但与美国的全球定位系统 (GPS) 相比, 北斗的应用还相当有限。主要表现在:

1.北斗系统民用不充分。

北斗系统注册在线的终端用户不足设计容量的1%, 卫星资源闲置严重。该系统的“快速定位、双向报文通信和精密授时”功能, 特别是双向报文通信功能未得到充分应用, 该系统在许多民用领域中的用途还未被认知。这种现状与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称。

2.北斗系统民用未形成产业化、规模化。

近些年来中国的卫星导航产业市场规模不断扩大, 1998年后我国卫星导航定位市场以每年50%的速度递增。但北斗系统产业发展还处于初期阶段, 整体规模不大, 据赛迪公司统计, 2010年, 北斗系统产业整体规模达60亿元, 仅占中国卫星导航产业的6%左右[4]。

三、制约北斗系统民用产业化发展因素分析

目前, 制约北斗系统民用产业化发展的因素和相应具体问题有三个方面:

1.终端价格。

北斗系统目前的有源定位技术体制决定了其用户终端设备能收能发, 虽然应用优势明显, 但是也使用户终端制造成本增加。加上产业化初期终端用户少, 终端设备产量小、关键元器件依赖进口等, 使生产成本居高不下, 终端设备价格在市场上无法与GPS 系统形成竞争优势。

2.支持政策。

作为一个新兴的产业, 北斗系统要发展壮大, 离不开国家政策的大力支持。在北斗系统投入运营的前几年, 我国缺少对卫星导航定位产业的国家级政策, 影响了企业和科研部门对北斗导航系统应用的投入, 用户终端设备开发滞后。此外, 政策缺位导致北斗系统应用推广和宣传力度不够。

3.市场结构。

目前国家没有北斗系统民用开发规划和应用市场准入机制, 市场上完全是无序的自由竞争。中国从事北斗系统产品生产和研发的企业约200家, 其中规模以上企业较少, 且分布在十几个省市, 未形成明显的产业集聚。一些企业自发投入不少资金开发北斗民用终端以期早日抢占市场, 但真正获得成功、设备产品质量较好的厂家只有少数几个。也有一些企业在产品技术质量还不成熟的情况下, 采用低价竞争的方式抢占市场, 结果实际运行故障频发而用户服务跟不上, 影响了北斗系统健康发展和推广应用。

四、以创新示范应用推动北斗系统民用产业化的对策建议

当前, 我国卫星导航产业处于关键的发展转折时期和最佳成长期, 具备大力推进北斗系统民用产业化的有利条件。第一, 北斗系统完成建设, 正式提供区域服务, 实现GNSS的兼容互操作可交换功能;第二, 卫星导航与无线通信进入一体化融合发展阶段, 出现集定位、无线通信和互联网于一体的应用;第三, 人们对导航与位置服务的认知度和依赖程度迅速提高;第四, 终端和运营服务相结合的产业模式逐渐形成。这一阶段迫切需要政府加大对北斗系统民用产业化的政策扶持力度, 以推动北斗导航产业健康快速发展。

上海的卫星定位导航应用产业在国内起步较早, 有较好的产业化基础, 已初步形成了基于北斗系统的卫星导航应用产业链。目前, 上海正在积极推进卫星导航应用产业化项目, 建设北斗卫星导航系统应用产业示范基地, 实施北斗综合应用示范工程。本文结合上海实际, 提出以创新示范应用推动北斗系统民用产业化的对策与建议[5,6]:

1.完善政策, 营造良好北斗系统民用产业化环境。

国家政策引导是产业发展的关键。美国政府曾两次以总统令的形式, 颁布国家关于鼓励GPS应用的政策, 对GPS的推广应用产生了深远的影响。我国也可以以创新示范应用为契机, 完善北斗系统的定位导航和授时政策、产业化政策等, 引导和扶持北斗系统民用产业化。

2.搭建平台, 综合服务于北斗系统民用产业化。

为实现北斗卫星导航系统在民用领域的产业化, 需要进一步加强北斗主系统和配套系统的建设力度, 加快芯片、用户终端、导航电子地图等关键组件的开发和技术创新。企业和科研单位开展北斗系统技术创新, 离不开政府搭建的技术研发平台、融资平台等专业化平台, 为相关单位开展技术创新、应用示范提供专业服务。同时, 在一些关键领域, 还需要政府组织进行重大技术攻关。

3.应用示范, 典型带动发展北斗系统民用产业化。

政府应选择若干有北斗导航系统应用需求, 又有信息化基础, 且与人民群众生产生活密切相关的行业, 如城市运行、社会管理、公共服务等领域, 实施典型示范工程。一方面可以为城市管理、人民生活带来便利, 另一方面也可以为北斗系统产业化发展奠定基础。上海正在推进的“上海智慧城市北斗综合应用示范工程”是一个典型的北斗系统民用产业化综合示范项目。该工程包括应用公共基础与应用服务两个层面的建设任务。公共基础层面主要是构建多源位置信息网络。在此基础上, 在多个方面发展北斗系统民用, 一是建立重点车辆监管服务系统, 建立涵盖危化品运输车、长途客车、旅游包车、公交车、集装箱物流等的北斗卫星定位服务管理系统, 提升城市运输安全、公共交通信息准确化服务等能力;二是建立大众位置服务应用系统, 建立个人乘用车、大众商业消费、特定人群 (老人、儿童及社会矫正人员等) 等的北斗位置服务应用系统, 促进现代创新服务业的发展;三是建立北斗高精度定位服务系统与行业应用, 依托工程中兼容北斗的多模GNSS地面增强网络建设, 研制生产分米级、厘米级和毫米级兼容北斗的测量终端设备, 在工程测绘、土地监察和灾害监测等专业应用领域推广应用;四是推动北斗导航位置服务技术创新基地建设, 建设北斗导航与位置服务重点实验室、北斗大众产品 (模块) 检测认证中心, 逐步形成北斗产业集聚区, 支撑北斗系统民用产业化发展。

参考文献

[1]李忠宝, 巨涛, 张春泽.充分研究行业需求大力发展北斗产业———中国卫星践行北斗导航产业的体会与思考[J].中国航天, 2009, (5) , 21～26.

[2]张文星.“十二五”规划促卫星导航产业发展提速[J].数字通信世界, 2011, (2) , 27-30.

[3]周露, 刘宝忠.北斗卫星定位系统的技术特征分析与应用[J].全球定位系统, 2004, 29 (4) , 12～16.

[4]唐金元, 于潞, 王思臣.北斗卫星导航定位系统应用现状分析[J].全球定位系统, 2008, 33 (2) , 26～30.

[5]陈建成.北斗卫星定位系统的发展应用关键在政府政策[J].卫星应用, 2007, 15 (2) , 18～25.

[6]窦长江.北斗导航卫星应用产业化研究[J].全球定位系统, 2006, 31 (5) , 46～48.

北斗卫星导航产业 篇2

（确实不会做的题目，请选择“不清楚”，我们需要您最客观的回答！）

您的年级：您的专业：

1.您对北斗是否了解？（）

A.非常了解 B.听说过 C.不了解但有兴趣D.不感兴趣

2.如果您对北斗导航系统有所了解，你是通过什么途径了解的？（）

A.报刊杂志 B.电视 C.网络 C.老师、朋友介绍 D.一点都不了解

3“北斗”是否是地球同步卫星？（）

A.是 B.否 C.不清楚

4北斗导航系统工程的总工程师是谁？（）

A.沈荣俊 B孙家栋.C.谭述森 D.不清楚

5.北斗的英文简称是什么？（）

A.COMPASSB.GLONASS C.Galileo D.不清楚

6.我国的北斗卫星导航系统发展到什么阶段了？（）

A.亚太地区区域有源 B.亚太地区区域无源 C.全球区域无源 D.不清楚

7.北斗卫星系统的组成部分不包括下面哪个？（）

A.车辆 B.地面支持系统 C.用户D.不清楚

8.北斗接收机在哪些地方收不到信号？（）

A.金属网内 B.玻璃罩内 C.塑料袋内D.不清楚

9.您觉得北斗卫星导航系统不能运用在那个方面？（）

A.国防、救灾抢险B.交通运输、旅游 C.精准农业D.外科手术

10.在发生地震等灾害后地面的通信设施几乎被完全破坏，唯一能用的就是北斗系统特有的短报文通信功能，您对于这个功能感觉如何？（）

A.能在关键时刻发挥很大作用，前景非常好 B.感觉一般 C.不感兴趣

11.过些年“北斗”推出其终端产品后，您是否愿意使用北斗产品？（）

A.非常愿意B.如果好用才愿意C.不愿意

12.您觉得用台历的形式展示北斗的相关知识与图片如何？（）

A.很不错，形象直观 B.觉得不怎么样

13..为做好北斗的科普宣传，您觉得科普介质的载体选择哪种更好？（）

A.文字内容 B.图画 C.图文并茂

14.您希望科普知识更多体现哪些方面的内容？（）

A.北斗之用 B.北斗之路 C.为北斗的研究做出贡献的科学家 D.以上信息的综合请说明理由：

15.谈谈您对科普媒介编创的建议或意见

北斗卫星导航系统发展之路 篇3

一、竞相发展的全球卫星导航系统

近40多年来，全球卫星导航系统竞相发展，呈现出GPS一路领先，GLONASS曲折前进，北斗分步迈进、伽利略踯躅前行的态势。导航卫星在轨数量逐步增加，服务性能稳步提升，应用领域日益扩展，成为人类社会不可或缺的空间信息基础设施。

系统状态：4大系统卫星在轨数量情况

GPS系统建成后，卫星数量相对稳定；GLONASS建成后由于各种原因，数量急剧下降，近年来，卫星数逐步增加；北斗系统2000年开始，发星、试验、组网；伽利略系统2005年开始，发星试验。根据计划，2020年左右，4大全球系统的卫星数量都将达到30颗以上。

服务性能：导航信号发展情况、空间信号精度提升情况

为提升服务性能和导航战能力，2005年后，GPS增加了新的导航信号。为促进应用，GLONASS新增了民用导航信号。为加强兼容互操作，北斗和伽利略系统对信号进行了适应性调整。在空间信号精度方面，GPS自2001年、GLONASS自2007年底得到大幅提升。

应用：卫星导航应用增长情况

近30年来，卫星导航从最初服务于军事需求，逐步扩展到各个专业应用领域和大众消费市场。近年来，卫星导航服务性能，特别是精度的提高，使导航应用得到了爆发式增长，导航终端销量激增，全球产值大幅提高。

二、北斗对中国的贡献

建成试验系统，实现从无到有。2000年，我国发射了两颗北斗导航试验卫星，建成了北斗卫星导航试验系统，解决了卫星导航系统的有无问题。

星箭组批生产，启动组网发射。2004年，启动了北斗卫星导航系统建设，首次开始批量研制生产卫星和运载火箭，密集组网发射，探索航天工业新的发展模式。

关键技术攻关，致力持续发展。通过技术攻关和工程实践，攻克了星载原子钟、高精度星地时间比对、监测接收机和用户终端等多项关键技术，为北斗建设和可持续发展奠定了基础。

发挥系统特色，应用初见成效。由于具有导航通信相结合的服务特色，试验系统经过几年发展，逐步被国内用户认可，在渔业、交通、电力和国家安全等诸多领域得到了应用。特别是在汶川、玉树抗震救灾中发挥了重要作用。

培育人才队伍，奠定发展基础。经过十几年来的工程实践，大量的工程管理和技术人员得到了锻炼，同时，还培养了一批系统应用方面的人才，为系统的未来发展提供了保障。

三、北斗对世界的贡献

新增导航频率资源，开辟新的发展空间。2000年，与有关国家和组织密切合作，争取到了新的卫星导航频率资源。世界各主要卫星导航系统部使用或将使用该频段提供服务，为系统发展和应用开辟了新的空间。

促进全球竞争合作，推动系统共同发展。2007年，北斗卫星导航系统成为I CG(全球导航卫星系统国际委员会)确定的全球系统核心供应商之一。北斗系统的建设，促进了全球卫星导航领域的竞争合作，推动了全球卫星导航系统的发展。

世界卫星导航系统的竞争是不争的事实，竞争的焦点是竞相发展自主的更高性能、更加可靠、更高效益的卫星导航系统。我国决心建设北斗卫星导航系统，既有历史机遇，也有现实挑战。

挑战一：建设高性能的北斗卫星导航系统

系统间的竞争实质上是技术上的角力，而系统性能是竞争的核心。最近有文章提到，4大系统的竞争，将是一场世界大赛，领先者将占据主导，落后者将被边缘化。这并非危言耸听，而是卫星导航系统全球化竞争下的残酷现实。

建设高性能的北斗卫星导航系统，核心是拥有一套富有特色、拥有自主知识产权的新体制、新方案，包含多项关键技术。

挑战二：建设高可靠的北斗卫星导航系统

用户享受定位导航授时服务，就像我们使用水和电一样，不能中断。航空使用关乎生命安全，电力、通信、金融使用关乎经济社会安全，大众使用关乎公共安全。一个承诺提供可靠服务的卫星导航系统，要采取各种可靠性措施来保障。如果卫星可靠性不高，则系统频繁补星带来高额的运行维护费用，即使一个经济大国也难以承受。必须在研制建设阶段，就将系统可靠性摆在重要位置，将建设和运行统筹，以求系统可靠高效。

建设高可靠的北斗卫星导航系统，核心是实现与世界其他全球卫星导航系统同等甚至更优的可用性、连续性和完好性的系统指标，这将是我国航天史上一项系统极为复杂、规模庞大的可靠性工程。例如：

系统可靠性设计——提高系统可靠性的关键在于设计。我们的航天工程，从试验卫星到应用卫星，从单星系统到多星组网系统，不仅是系统复杂度的提高，更主要的是可靠性要求的大幅提升。从经验教训中，我们越来越认识到，可靠性设计水平是系统可靠性的决定性因素。而提升可靠性设计水平，需要我们在观念上、体制上和方法上有质的突破。实现北斗系统的可靠性目标，需要在基础研究、方法培训和工程实践中加大投入力度，需要更多的专业人才付出巨大的努力。

星箭批产和高密度发射——建成全球卫星导航系统，我们要用1 0年左右的时间研制、生产、发射50多颗导航卫星，这是一项非常艰巨的任务。因此，我们必须解决星箭批量生产的问题，必须解决高密度发射的问题。

大型复杂星座控制与管理——北斗系统的空间段将由30多颗不同轨道类型的卫星组成，地面段由测控网、主控站、注入站和数量众多的监测站组成。我们对这样一个星地一体的卫星网络的管控，没有多少经验。我们需要在技术、管理上深入研究探索，尽早形成能力。

挑战三：发展高效益的北斗卫星导航系统

我国卫星导航市场的竞争力受限于我们的发展阶段，相比国外产业进入成熟期，我们还处在成长期。这一差别本身不是挑战，真正的挑战是弥补这一差距的机制。

发展高效益的北斗卫星导航系统，核心是在国外系统竞争的情况下，在较短日寸间内完成北斗在国家经济安全领域的推广应用和在大众市场的迅速扩展。主要挑战有：

核心自主知识产权的接收机芯片一自主知识产权的挑战是不言而喻的。目前，在卫星导航芯片这一核心技术领域，我们的专利还寥寥无几，而国外厂商仅基带芯片已拥有2000多项专利。我们完全有理由担忧，在不远的将来，会不会出现又一个“有机无芯”的产业。解决这一问题，十分紧迫，需要创造更好的机制，鼓励在基础研究、产品开发等方面自主创新，掌握核心技术，保护自主知识产权，

提高核心竞争力。

有竞争力的应用解决方案和规模推广策略——目前，GPS已占据我国卫星导航应用绝大部分市场，在这种情况下，北斗系统产业化面临巨大挑战。我国拥有全球卫星导航应用的最大市场，紧紧抓住应用的基础市场，充分发挥北斗服务特色，创造性地提出应用解决方案和规模化推广策略，是北斗系统应用推广和产业化的关键。

面临的历史机遇：

国家战略需求迫切：卫星导航系统是国家重要的空间信息基础设施。保障国家安全、转变经济发展方式、促进国家信息化建设、培育战略性新兴产业，是全球卫星导航系统最有力的需求牵引。

国家经济实力保障：卫星导航系统的建设和发展需要国家巨额投入。目前，随着经济实力不断增强，国家为建设自主系统提供了经费保障。

实施导航重大专项：国家已批准实施北斗卫星导航系统重大科技专项。在政策扶持、资金投入、组织管理等方面予以有力支撑，更加凸显了其国家行为。

把握机遇，迎接挑战，实现“质量、安全、应用、效益”的目标，需要创新组织管理模式，建立科学的竞争、激励、监督、评价机制，关注政策、标准、人才、合作、文化、知识产权等。

世界卫星导航愿景中的北斗

未来1 0年，全球将出现4大卫星导航系统共存互补的局面，天上将会有100多颗导航卫星。用户将享有更低成本、更高精度、更加可靠、更加多样的定位导航授时服务，卫星导航将以更大的规模，应用在更广泛的领域。作为其中的一员，独具中国特色的北斗系统将发挥重要作用。

一、中国特色的北斗

2020年前，建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的全球卫星导航系统，达到国际一流水准，并具有中国特色。

发展策略：突出区域、面向全球

首先实现我国及周边地区覆盖，然后逐步扩展覆盖全球。面向全球提供服务，我国及周边地区可获得更高精度服务。

系统服务：授权服务和免费开放

在全球范围内，提供授权服务和免费的开放服务。在我国及周边地区，还提供短报文和差分完好性服务。

组织实施：充分发挥新形势下举国体制作用

发挥中国特色社会主义的制度优势，发挥市场在资源配置中的基础性作用。

二、服务国家的北斗

未来，北斗将为我国提供统一的时空基准服务，在我国国家安全和国民经济社会各领域得到广泛应用，保障国家经济社会安全，转变国民经济发展方式，成为战略性新兴产业，促进信息化建设的跨越式发展。

推动应用领域创新，提升应用规模

充分发挥卫星导航产业关联度高、渗透性强的特点，不断衍生出新应用、新产品、新市场，进一步拓展卫星导航服务领域和应用规模，实现卫星导航无处不在。

推动应用方式创新，提升应用质量

“创新应用，方法先行”。发挥卫星导航应用只受想象力限制的特点，持续创新应用方法，深度挖掘应用潜力，大幅提升应用质量。

推动应用价值创新，提升应用效用

充分发挥卫星导航与其他信息产业间互补、融合、增值的特点，创新应用价值，提升应用效果，成为我国经济社会增收增效的“新引擎”。

三、面向世界的北斗

作为全球卫星导航系统核心供应商之一，北斗卫星导航系统将致力于推动全球卫星导航系统建设和产业发展。

通过国际交流合作，将致力于实现与世界其他卫星导航系统的兼容互操作，为用户提供更好的服务。

北斗导航卫星应用前瞻 篇4

1 北斗-1系统应用发展回顾

1.1 系统概况

1994-2002年是我国北斗-1系统的攻关研制时期, 2000年发射了两颗试验卫星, 整个系统于2002年进入试运行阶段, 2003年正式开通运行, 之后又发射了两颗备份星, 目前在轨卫星总数为4颗。

北斗-1系统具有三个主要特点: (1) 区域覆盖。采用静止轨道卫星, 覆盖区域包括我国领土及周边地区。 (2) 采用有源定位导航体制, 即用户终端需要发射入站 (返程) 信号。系统具有定位、授时功能, 但不具备测速功能。 (3) 具有短信报文通信功能。这些特点对北斗-1系统的应用和产业化产生了重要的影响。

1.2 应用情况

2003年, 北斗-1系统对民用领域开放, 打破了美国、俄罗斯在卫星导航领域的垄断地位, 使我国成为世界上第3个拥有独立自主卫星导航系统的国家, 开辟了我国卫星导航应用的新篇章。北斗-1系统在我国国防建设和经济社会发展中发挥了积极作用。特别是在2008年汶川抗震救灾中, 北斗-1系统成为抗震救灾和指挥保障的重要手段。救灾部队利用该系统成功为灾区一线和指挥部建立了实时信息通道, 为抗震救灾提供了实时的监控定位、导航、远程监测、灾害预警及公共应急信息服务, 在指挥决策、搜救、医疗等方面发挥了独特的优势和不可替代的作用。

总体来说, 北斗-1系统的应用具有如下特点:

(1) 由于北斗-1系统具有GPS等系统不能比拟的短信报文通信功能优势, 因此, 目前的典型民事应用主要集中于数据采集、监测类应用和监控、指挥调度类应用, 充分发挥了“北斗”系统的通信优势。 (2) 由于北斗-1系统在2008年汶川抗震救灾中发挥了显著的作用, 1年多来该系统在灾害应急救援方面的应用获得了各方重视, 预计应用装备将会大幅增加。 (3) 目前, 北斗-1系统的主要用户是涉及国家安全和经济安全的政府部门、军方和行业用户, 由于终端价格的竞争劣势等原因, 尚未能进入大众化的民用商业领域。 (4) 北斗-1系统在民用领域的定位导航应用较少, 其主要原因是系统采用有源定位体制, 导致终端价格较高, 定位精度与GPS相比处于劣势。 (5) 北斗-1系统具有比GPS更强的授时功能, 但目前在通信、银行、电力等国家关键行业并未得到普及应用。国家基础网络的时频系统与经济安全息息相关, 授时领域应该是“北斗”系统急需普及的大市场。 (6) 从应用技术方面来说, 北斗-1系统的各种应用大多是集成了“地理信息系统” (GIS) 、北斗“GPS、遥感 (RS) 、通信 (Communication) , 即“3S+C”的综合应用系统, 这也正体现了导航应用技术的发展趋势。

1.3 应用产业特点分析

近几年, 我国的卫星导航应用得到了飞速发展。特别是在近5年间, 卫星导航技术的应用已渗透到国民经济的诸多领域, 已融入到我国现代信息社会建设的进程之中, 具备了一定的产业化基础。我国卫星导航市场由2000年的不足10亿元人民币发展到2005年的约120亿元人民币, 目前年产值达到22714亿元人民币, 产业年增长率约为25%;终端年销量超过230万套, 其中“北斗”系统注册用户超过316万台套。但是, 目前我国导航的主用系统仍然是GPS, 且我国导航年产值仅占全球的5%, 终端保有量仅占全球的1%, 终端产品98%以上是进口产品, 自主知识产权比率不到1%, “北斗”系统的国内导航市场份额不到1%;然而, 我国导航从业企业数量却超过1000家, 比国外卫星导航产品生产企业总数还高数倍, 呈现出低水平重复建设和无序竞争的状态。

综上所述, 目前我国卫星导航产业的特点是:

(1) 行业用户正在从应用GPS向应用“北斗”系统转化。 (2) GPS产品依靠其市场先发优势和成熟技术、低价位产品, 仍然是大众化的民用商业导航市场的主导。 (3) 我国导航产业虽然发展迅速, 但目前整体导航市场尚不成熟, 尚未形成协调有序的应用产业链和规模化市场环境, 也未形成国家级的导航骨干企业。

2 北斗-2导航系统发展现状

2.1 系统概况

北斗-2系统分两个阶段建设:区域导航系统建设阶段, 该系统将在2010年完成, 目前已发射两颗卫星, 最终由约12颗卫星组成, 覆盖亚太地区;全球导航系统建设阶段, 该系统将在2015—2020年建成, 最终由约35颗卫星组成。整个系统的特点如下:

(1) 由区域覆盖 (亚太地区) 逐渐转向全球覆盖。 (2) 采用类似于G P S、“伽利略” (Galileo) 系统的无源定位导航体制, 将发射4个频点的导航信号。 (3) 系统地球静止轨道 (GEO) 卫星发射北斗-2、GPS、“伽利略”广域差分信息和完好性信息, 差分定位精度可达1 m。 (4) 继承北斗-1系统的短信报文通信功能, 并将扩充通信容量。

2.2 应用技术研究情况

目前, 北斗-2系统地面基础设施建设已经初步完成。地面运控系统研制完成, 并已通过了模拟测试系统的测试, 在两颗在轨卫星的发射和运行中得到了验证;地面广域差分和完好性监测站网已初步建成, 可通过在轨运行的地球静止轨道卫星发播广域差分信息和完好性信息。国家有关主管部门组织开展了北斗-2系统各类用户机技术攻关和设备研制, 现已转入正样阶段, 其中包括北斗-2基本型用户机、定位导航“通信双模型用户机、北斗-2”GPS兼容型用户机、北斗-2高动态用户机、抗干扰用户机、监测型用户机、北斗-2便携式自主导航设备 (PND) 等。

下一阶段工作将转向北斗-2系统应用演示示范工程建设, 目前正在开展行业应用演示示范系统方案的论证工作。在国际合作和对外宣传推广方面, 已建立国际合作协调机制, 并正在建设“北斗”系统对外宣传机制和平台。北斗-2系统的国家主管部门每年派人参加全球导航卫星系统 (GNSS) 国际委员会 (ICG) 会议, 参与协商全球导航卫星系统合作问题;从2006年开始已与美国、欧盟、俄罗斯开展多轮会谈, 洽谈解决“北斗”、GPS、“伽利略”、GLONASS系统的兼容互操作问题;正在开展“北斗”系统官方网站建设, 作为对外公布相关政策、系统进展情况, 以及宣传推广“北斗”系统应用和开展国际合作的窗口。

3“北斗”系统应用发展前瞻

我国政府充分认识到了导航产业的巨大潜力, 2002年以来, 国家发改委、国防科工委相继实施导航产业化专项, 2007年又联合发布了5关于促进卫星应用产业发展的若干意见6, 这些措施极大地推进了我国导航产业的发展。随着北斗-2系统正式启动建设, 以及卫星导航国家重大科技专项开始实施, 我国卫星导航应用和产业必将快速增长, 并呈现新的特点。

3.1 应用及产品发展前瞻

在未来5~10年, 我国卫星导航产业将逐渐从成长走向成熟, 并且必然从以GPS独大向“北斗”及多系统兼容型综合应用的方向发展, 国防建设和信息安全等特殊行业必将以北斗-2系统应用为主, 具有自主知识产权的核心技术将对产业发展起到至关重要的作用。

(1) 导航芯片与模块。目前以GPS产品为主;“北斗”系统芯片与模块处于研发阶段, 包括国家扶持和企业自主研发两种模式, 未来必然向北斗-2兼容型方向发展。 (2) 导航终端设备目前国家部门和特殊行业应用以北斗-1产品为主, GPS产品为辅;大众化民用以GPS产品为主。国家部门和行业应用将向北斗-2及兼容型产品、数字化综合 (3S+C) 终端方向发展。 (3) 导航终端配套测试设备目前以引进GPS“GLONASS国外测试设备为主;国内少数厂家自主研发了北斗-1测试设备, 北斗-2测试设备正在定点研发。未来将向北斗-2”GPS“GLONASS”“伽利略”多系统测试设备方向发展。 (4) 导航运营服务目前以车辆监控等单一的运营服务形态出现, 未来将向多网融合、多种技术综合应用的方向发展。

3.2 产业发展前瞻

未来5~10年, 我国卫星导航市场需求的主要推动力将来自国家卫星导航科技专项, 具有国家政策强制推动的特点。其产业发展趋势如下:

(1) 2010年, 初步形成国家卫星导航应用产业支撑、推广、推进和保障体系。在重大专项主导下, 我国卫星导航应用产业年产值超过500亿元人民币, 终端年产销量达到350万台, 核心技术国产化率达到4%, “北斗”系统终端年产销量达到2万台, 应用产值占国内份额的3%。 (2) 2015年, 基本形成国家卫星导航应用产业支撑、推广、推进和保障体系。在重大专项引导下, “北斗”系统在国防和涉及国家、社会和经济安全的领域替代国外系统或与其兼容使用。我国卫星导航应用产业年产值超过1500亿元人民币, 终端年产销量达到2500万台 (20%出口) , 核心产品国产化率达到80%, “北斗”系统终端年产销量超过100万台, 应用产值占国内市场份额的10%。 (3) 2020年, 形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广、推进和保障体系。随着我国北斗-2系统正式启动建设, 以及卫星导航国家重大科技专项开始实施, 未来5~10年必将是我国卫星导航产业呈现爆发式增长并形成完整产业链、规模化市场和国家级导航骨干企业的关键时期。

4 结语

随着北斗-2系统的建设, 我国将拥有自主运行管理并足可媲美GPS的导航卫星资源;同时, 在国家卫星导航科技专项和相关政策推动下, 我国卫星导航产业面临广阔的市场前景, 未来5~10年将是我国卫星导航应用向国产化转变的关键时期, 对我国卫星导航产业和从业企业来说将是重大的发展机遇期。

摘要：本文基于笔者多年从事北斗导航卫星应用的相关工作经验, 以北斗导航卫星应用前瞻为研究对象, 论文首先分析了北斗-1和北斗-2系统的发展和应用现状, 进而推演了未来的发展趋势, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：北斗,导航,卫星,应用

参考文献

[1]廖世淼.北斗导航卫星产业发展综述[J].科技资讯, 2012, 10.

北斗卫星导航产业 篇5

北斗卫星导航系统在汶川地震中的应用及建议

分析了汶川地震救援对卫星导航定位及应急通信的需求,简要介绍了北斗卫星导航技术、功能及导航卫星特点,总结了北斗卫星导航系统在这次汶川地震中的应用情况,最后提出了建设我国北斗导航卫星系统的建议.

作 者：FAN Benyao 李祖洪 LIU Tianxiong FAN Benyao LI Zuhong LIU Tianxiong 作者单位：中国空间技术研究院,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：17(4)分类号：V474.25 P315.9关键词：北斗导航卫星 汶川地震 减灾 救援

北斗卫星导航产业 篇6

发展背景

全球卫星定位系统已经被誉为“太空超级指南针”，在军民运用领域占据重要地位。其中，尤以美军GPS技术最为成熟，运用最为广泛。GPS制导精度高、制导方式灵活，已成为精确制导武器的一种重要制导方式。在近几场高技术局部战争中，美军使用精确制导导弹和炸弹的比例比海湾战争时增加了近100倍，而它们全部或大部分都依靠GPS制导。在装有GPS接收终端的弹药击中目标引爆的瞬间，触发用户机进行定位，并将位置信息和时间信息迅速传送到指挥中心，从而进行命中率评估，其评估效果已在伊拉克战争中得到充分检验。单兵作战系统利用定位和通信功能，为单兵提供位置信息和时间信息服务，同时可将单兵的位置信息实时动态传送到指挥机构，并及时向单兵发送指令，提高单兵作战能力。科索沃战争中，美军的F-117隐形飞机被击落后，由于飞行员配备了GPS接收机的呼救装置，从而使美军能抢在南联盟军队之前，在7小时内找到并救出飞行员。此外，利用GPS可提供高精度授时，为军用通信网络提供统一的时标信息，从而使通信网络速率同步，保证通信网中的所有数字通信设备工作于同一标准频率上。可以说，离开GPS系统，美军的作战行动将寸步难行。

目前，全球卫星导航定位系统发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国GPS基础之上。不过，美国GPS也绝非完美无缺。例如，其规模太大、造价太高，其他国家很难效仿；GPS只能导航，无法通信，因而不能满足日益增长的用户需求；如果仅依赖GPS，则很容易受到美国控制，一旦发生战争，美国关闭GPS或加大民用码误差，后果不堪设想。此外，在近几场局部战争中，GPS也暴露出了一些问题。在一般情况下，从卫星反馈到地面的信号很小，如果对方采取各种干扰措施，就会使GPS接收机无法正常工作，从而使其导航定位精度降低或产生误导。在伊拉克战争中，伊军在其境内部署了一些GPS干扰装置，结果使美军的GPS制导武器大失水准，有部分导弹甚至飞到了伊朗、土耳其境内。2003年3月白宫官员为此指责俄罗斯公司向伊提供了GPS干扰设备。另据报道，俄罗斯目前已经研制成功一种手持式GPS干扰器，可干扰150公里范围内的GPS信号。因此，中国发展全球卫星导航网也引发了外界对“北斗”军事用途的猜测。据美国《连线》杂志撰文猜测，2012年之前，中国将再发射8到10颗北斗卫星，进一步扩大其覆盖范围，到2020年可覆盖全球。文章进一步认为，北斗覆盖全球就意味着“中国的卫星制导武器具备了全天候精确打击能力”。韩国《朝鲜日报》此前甚至猜测，中国北斗卫星导航系统可以从卫星上发出电波，提高导弹命中率并收集全球领域的各种情报。虽说韩国媒体的臆断带有科幻风格，但是也从侧面证明了北斗系统的潜力。

发展历程

一般认为，我国北斗导航系统经过了“北斗一号”和“北斗二号”两个发展阶段。第一代卫星导航定位系统“北斗一号”于2003年12月正式开通运行，利用两颗地球同步轨道卫星为用户提供全天候的快速定位、简短数字报文通信和授时服务，是区域卫星导航系统，只能用于中国及其周边地区。“北斗一号”不仅具备其他无源定位系统，如GPS、“格洛纳斯”的定位和授时功能，同时还具有独特的双向数字报文通信能力。用户在实施定位的同时，即可完成位置报告。美国GPS是一个接收型的定位系统，只转播信号，用户接收就可以做定位了，不受容量的限制。而“北斗一号”是双向的，既有定位又有通信的系统，有容量的限制。据西方媒体报道，在战时，“北斗一号”可为中国军队的高精尖武器提供精确的卫星制导，为战场的士兵提供准确的战场环境资料，对提高中国的国防现代化水平有着重要的意义。

目前，正在进行之中的“北斗二号”工程，计划2015年建成一个由三十几颗卫星组成的全球导航定位系统。不过，“北斗二号”并不是“北斗一号”功能的简单延伸，更类似于GPS全球定位系统和伽利略系统。系统空间段将由5颗静止轨道卫星和三十几颗非静止轨道卫星组成，它们是无源导航卫星，不同于第一代的有源导航，这可以为需要导航的用户带来极大的安全需求，更不容易受到干扰。据公开媒体报道，“北斗二号”主要提供两种服务方式 ：开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务。

北斗系统的研发体现了从简到繁、量力而行的特点——先以“双星定位”的“小系统”积累经验，进行技术攻关，随后发展三十几颗卫星构成的“大网络”，实现全球覆盖。此外，北斗并没有照搬美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”模式，体现出中国特色，例如其独特的卫星短信收发功能已在军演和救灾中经受了检验。有人预言，北斗卫星系统一旦成形以后，咱们中国老百姓就可以用北斗，而不用GPS了。不过，要与实力强大的GPS争取市场，使用我们自己的导航卫星提供的定位服务，不但需要提供高水准的服务，还要有一个过程。

实践运用

经过多年的不断发展和建设，北斗卫星导航系统在测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，特别是在四川汶川、青海玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。GPS解决了一个我在哪里的定位问题，比如在沙漠里、在海洋上。而北斗不仅仅解决了我在哪里，它还解决你在这里他在哪里的问题，北斗的定位需要发射然后再得到位置，同时它的位置可以传给你也可以传给关心你的人，实际上北斗是具有一个定位和通信双重功能的设备。因此，有评论说北斗系统将成为一个生命线工程。2009年夏季陕南由于大雨成灾，用北斗做了几十个站，做雨量的测试，直接传到陕西省的救灾办公室，主管的一位副省长就在现场，实时地通过北斗得到了陕南的降雨情况，效果非常好。

北斗卫星导航产业 篇7

北斗卫星的导航系统简称是北斗系统,英文的缩写是BDS。北斗卫星的导航系统是我国自主研发创建的、可独立运行的,并且与世界上其他卫星系统兼容共用的全球的卫星导航系统,可以在全球范围内,全天候的为各种用户进行高精确度、高效率、高可靠性的定位、导航、授时的服务。自2012年以来北斗卫星系统的覆盖地区由原来的东经的84度-160度扩大到了现如今的东经的55度-180度,系统的定位精确度也不断提高,由过去的水平25米,高度的30米到现在的水平10米,高程10米。可以说到目前为止,中国的北斗的定位系统已经基本建好,可以独立的为中国以及周边地区提供卫星的导航定位的授时服务。中国的北斗卫星的导航系统在总体性能上与美国的GPS的性能相当。而且,我国的北斗卫星的导航系统也在积极的与美国的GPS等定位系统兼容共用。

二、北斗卫星的导航系统所用到的技术介绍

北斗卫星的定位原理,北斗卫星的导航系统是由35颗卫星在距离地球两万多千米的高空中,用固定不变的周期来环绕地球进行运行,保证在任何时间、任何地点地球上都可以同时发现观测到四颗以上的卫星。北斗卫星的接收机通常情况下可以锁定四颗或更多的卫星。这个时候,卫星的接收机可以按按卫星星座的分布状况划分许多组,每个组四颗,然后运用算法挑选一个误差最小一组来进行定位,从而可以提高定位的精确度。北斗卫星的定位使用的是到达时间差即时延的概念。通过对每一颗卫星精确的定位与不断的发送卫星上的原子钟所形成的导航消息从而取得从卫星到接收机之间的到达的时间差。

北斗卫星的导航原理是距离北斗卫星的轨道的位置与系统的时间。在地面建立的主控站和运控段的同时行动,每天至少一次的对每一颗卫星进行输入校正的数据。输入的数据有:星座当中每一颗卫星轨道的位置的测定与星上的时钟校正。所输入的校正的数据都是通过复杂的模型来进行计算得出的,一般几个星期之内是有效的。北斗卫星的定位导航的系统时间是和卫星上的原子钟与铷原子的频率要保持一致的。北斗卫星的导航原理是卫星到用户之间距离的测量是根据卫星发出信号的时间和到达的接收机时间的差距得出的,这就是伪距。而为了计算用户的具体位置与接收机的时间差,至少需要通过四颗卫星的信号进行计算。因为卫星的运行轨道和卫星的时钟会存在偏差,这使得民用的卫星定位的精确度很差。所以为了提高卫星定位的精度,我们通常采用差分的定位技术。这种查分的定位技术可以大大的提高卫星导航系统的定位精确度,从而提高对用户的高质量服务。

三、北斗导航定位的性能分析

1、单点的定位。北斗卫星的导航定位性能中的单点定位是通过对北斗卫星的误差模拟改正,作出评价。从而提高北斗卫星导航定位的水平的精度、高程的精度以及三维位置的精度。2、伪距差分的定位。伪距差分的定位是一种差分定位方法,也是现今为止应用最为广泛的一种技术。在北斗卫星的基准站中可以观察所以卫星,通过基准站中已知的坐标和各个卫星的坐标,可以求出每颗卫星在每一时刻与基准站的距离。再通过和测量到的伪距进行比较,得出伪距后改成正数,再将这个数据传输到用户的接收机上,这种差分,可以提高定位的精确度。3、载波相位差分定位。北斗卫星的载波相位差分定位,是实时的处理两个测站的载波相位的观测量的差分的定位方法。在使用的过程中将基准站所采集的载波的相位发送到用户的接收机上,接着再进行求差来解算坐标。卫星的载波相位的差分定位可以使得定位的精确度大大提高。这一技术大量的应用在动态的需要极高精确度的地方。

四、小结

北斗区域的卫星的导航系统在2012年的12月27日正式宣布运行,之后为亚太地区的用户提供了精确的独立的卫星导航的定位高质量服务,同时加强了亚太地区卫星的导航定位系统服务的高精确度、独立性和可信赖性。在2014年的11月17日到21日的国际会议中,联合国的负责设立国际海运的标准的一个国际性的组织——海上安全委员会,在这一会议中中国的北斗卫星的导航定位系统被正式的纳入到了全球的无线电的导航系统中。这充分说明了,我国综合实力国际地位的提高。我国的北斗卫星导航定位系统成为继美国GPS系统与俄罗斯的格洛纳斯系统之后的第三个国际认定的海上的卫星导航定位系统。一位专门的研究中国的太空项目与信息化战争的美国加州大学的专家凯文·波尔彼得说到,这一举措是对北斗卫星导航定位系统能够在它所覆盖的范围之内提供高精确度的定位服务的认可。

参考文献

北斗导航卫星的发展研究及建议 篇8

卫星导航系统能够为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务,是拓展人类活动、促进社会发展的重要空间基础设施。北斗卫星导航系统的建设与发展将满足国家安全、经济建设、科技发展和社会进步等方面的需求,维护国家权益,增强综合国力。

北斗卫星导航系统建设按照“先区域、后全球“的总体思路分步实施,采取“三步走“发展战略。在建设北斗卫星导航试验系统和区域系统过程中,中国空间技术研究院在卫星系统总体设计、生产、试验和在轨应用等方面积累了许多经验和教训.特别是在区域系统建设过程中,在卫星总体设计、星载原子钟、大规模FPGA耐空间环境设计、上行注入抗干扰设计以及卫星平台供电安全性等方面,形成了一系列成果和经验,通过梳理、分析并加以研究总结,可以为未来2020年全面建设北斗卫星导航系统提供技术支持。

二、北斗导航卫星区域系统的基本任务与要求

北斗卫星导航(区域)系统空间段由5颗GEO卫星(定点于东经58.75°,80°,110.5°,140°,160°赤道上空);5颗IGSO卫星(3颗IGSO卫星轨道高度约36000km,均匀分布在3个倾斜同步轨道面上,轨道倾角55°,星下点轨迹重合,交叉点经度为东经118°,相位差120°;2颗IGSO卫星位于升交点地理经度95°,轨道倾角55°的倾斜同步轨道上)和4颗MEO卫星(卫星轨道高度约21500km,轨道倾角55°,均匀分布在2个轨道面上)组成。

三种轨道卫星按照组批生产、密集发射、快速组网的要求进行系统总体统一设计,IGSO和MEO卫星采用DFH-3卫星平台设计.GEO卫星采用全新的DFH-3A卫星平台设计。

卫星平台包括结构分系统、热控分系统、测控分系统、供配电分系统及控制分系统与推进分系统,其中IGSO和MEO卫星设计有数管分系统。有效载荷包括导航分系统和天线分系统,其中GEO卫星导航分系统包括RDSS、站间时间同步与数据转发、上行注入与精密测距及RNSS等载荷;IGSO和MEO卫星导航分系统包括上行注入与精密测距及RNSS等载荷。

北斗卫星导航(区域)系统空间段导航卫星的主要任务与功能包括:

⊙选择成熟卫星平台,满足有效载荷要求,卫星设计寿命8年。

⊙保持北斗导航卫星试验系统所具有的RDSS和站间时间同步与数据转发功能,并与新增的RNSS电磁兼容。

⊙针对空间导航卫星数量有限、地面测控和运控站分布限于国土范围窄的情况下,设计采用了星地双向时间比对技术,解算出卫星钟相对于地面站基准钟的准确钟差等数据。

⊙接收地面运控系统上行注入的导航电文参数,星上存储、处理生成下行导航电文,产生多路导航信号,同时将卫星完好性信息及时下传给地面运控及用户系统。

⊙适应三种轨道混合星座多星测控业务,采用S频段扩频测控体制,同时保留成熟的USB测控体制,独立完成测控任务的同时可对S频段扩频应答机进行复位、开关机等操作,以确保测控通道的可靠性和安全性。

⊙在覆盖区内,保证卫星接收和发送信号的G/T值和EIRP值;卫星组网工作时,卫星发播的信号必须连续、稳定,计划中断和非计划中断次数及时间符合工程要求。

三、北斗导航卫星区域系统的发展与成果

按照工程总体要求,北斗导航卫星区域系统完成了方案和初样设计,并于2007年4月14日发射飞行试验星,验证了RNSS载荷、星地双向时间比对、三轴轮控和偏航控制、星载原子钟等重大攻关技术成果,标志我国自行研制北斗导航卫星系统进入了全新的发展阶段。同时,针对上行注入抗干扰卫星单机产品及抗复杂空间环境影响问题,卫星系统进一步采取措施,完成正样设计后,确定了卫星系统、各分系统和单机产品的技术状态,确保了技术水平的提升和工程建设的质量。

1. 卫星平台

北斗导航卫星区域系统要求卫星平台在继承成熟技术的同时,也需要创造性地应用新的技术,实现了继承与创新的统一协调。

分析卫星系统任务和功能要求,可以看出区域系统卫星在供配电能力、卫星姿态控制要求、热控要求、自主管理、遥测遥控等环节,必须在原东方红三号卫星平台的基础上采取新的技术以适应新的要求,通过技术攻关与试验验证,突破其关键技术。梳理总结卫星平台特点及主要成果如下:

(1)混合太阳电池阵技术

GEO卫星同时安装有RDSS和RNSS载荷,整星功率较北斗卫星导航试验系统的GEO轨道卫星增加约900W,在不改变DFH-3平台太阳翼结构及布片面积的前提下,首次采用Si和GaAs/Ge太阳电池混合方阵供电技术,利用电路独立、分板布置、增加隔离二极管和旁路二极管等方法.成功解决了不同太阳电池片之间热特性、电特性和抗辐射特性相容性问题,实现了GEO卫星大于2500W的供电要求,同时分流调节器等关键设备均进行了扩容改造。

(2)三轴轮控和偏航控制技术

为避免平台控制系统中反作用轮动量饱和后,推力器喷气卸载可能造成的卫星轨道位置变化对系统级用户定位精度的影响,GEO卫星控制分系统采用全新的三轴轮控控制方案,反作用轮动量卸载和位置保持同期进行。

IGSO和MEO轨道卫星轨道倾角为55°,随着升交点赤经的变化,太阳光线的入射角也将变化。按照原DFH-3卫星平台设计,卫星不能同时对太阳和对地球定向,卫星运行轨道的升交点及卫星轨道倾角将直接影响太阳翼的输出功率;同时,日照和地影较原DFH-3卫星平台GEO卫星有较大的变化,特别是地影分布的长度和次数变化,造成原DFH-3卫星平台供配电分系统设计条件改变。IGSO和MEO轨道卫星首次采用偏航控制,保证太阳电池阵法线指向太阳,实现太阳电池阵法线对日指向精度优于5°。

(3)扩频测控制多星测控技术

为解决混合星座多星测控,避免频率干扰等问题,测控分系统在国内首次采用S频段扩频测控体制,突破了扩频测控体制低门限高动态解扩、扩频码的快捕和精跟踪等数字基带处理关键技术,具有抗干扰能力强、定位精度高、低密度信号功率谱等优点,为我国航天器测控系统推广使用S频段扩频测控体制完成了试验验证,并奠定了良好的应用基础。

(4)能源自主管理技术

针对IGSO和MEO轨道卫星部分时段国内不可见特点,设计全新的数管分系统对蓄电池电量和卫星舱内温度进行自主控制,提高卫星自主能力。

(5) RNSS载荷功率增强技术

针对导航卫星要求的RNSS载荷波束战时增强要求,实现了有效载荷、控制、数管和天线四个分系统的信息数据融合处理,保证了卫星星历、卫星姿态与天线波束指向的协调统一,实现了在轨波束增强和可控的要求,有效提高了抗干扰能力。

(6)高精度热环境控制技术

导航卫星星载原子钟对环境温度十分敏感,在轨工作范围是-5℃～+10℃,温度变化率±0.5℃/24h。热控分系统设计了原子钟独立温控小舱,采取高精度的闭环自动控温措施,实现了对星上高精度铷原子钟的高精度热环境保证。

2. 卫星有效载荷

导航卫星有效载荷是实现卫星导航功能和确保服务性能参数的关键,其技术水平和质量可靠性直接影响系统的功能和性能指标。

北斗区域系统导航卫星RNSS和RDSS两种导航定位体制并存,其中RDSS载荷继承北斗卫星导航试验系统,RNSS为全新的载荷,包括上行接收与精密测距子系统、时间频率综合子系统、导航信号生成子系统、信号放大链路等环节。梳理总结卫星有效载荷特点及主要成果如下:

(1)星载高精度高稳定度原子钟技术

利用铷原子能级跃迁频率十分稳定的特点,通过微波腔功率的有效激励、光谱信号的检测与滤光、磁场与温度场的控制,使其产生频率漂移率小的铷信号锁定在高稳晶振上,实现原子钟的功能和性能。北斗导航卫星采用的国产星载铷钟,经历了预研、原理样机、两台工程鉴定产品后,最终形成可用于工程任务的正样产品,打破了西方对我国的封锁。在此期间,解决了铷钟的寿命评估、老炼试验方法、高精度测试方法、温度敏感性、真空与常压下性能参数差异、长期稳定度测试考核等问题,保证了星载原子钟产品的交付,并具有良好的一致性和互换性。

(2)卫星时频基准精密管理技术

为了确保上行接收处理和下行发射信号之间的时间频率关系,利用频率综合技术,设计了基准频率合成器,实现多个频率信号之间的相关性,包括星上时间信号、频率信号、基带信号、接收机时钟信号,为导航有效载荷提供可靠、稳定、连续的卫星钟信号。

卫星钟通过精密的调整和控制技术保持短期及长期良好的频率特性,在对原子钟频率精度传递、频率调整分辨率、频率调整范围、主备原子钟监测信号频谱等卫星时频基准精密驾驭管理方面满足工程建设要求;采用基准频率合成器及统一频率源技术,提高了卫星设备的集成度,减少了卫星设备的体积和重量。

(3)星地双向时间比对技术

北斗导航卫星通过微波信道分别由卫星和地面站同时进行星地之间的测距,解算出卫星钟相对于地面站基准钟的准确钟差等数据,实现星地双向比对与时间同步。北斗导航卫星通过星地之间建立高精度的测距链路,采用双向时间比对技术实现星地之间高精度定时同步,突破了长码跟踪捕获、多通道接收,在线零值监测校准等关键技术。

(4)时域与频域联合抗干扰技术

高密度、高强度电磁信号干扰是北斗导航区域系统建设过程中必须解决的一个突出问题。该问题直接影响卫星信号与地面站、各类终端间的通信,降低系统使用效果;导航卫星上行注入数据的接收直接关系到导航卫星载荷是否可以正常工作,因此上行注入通道抗干扰及安全性设计尤为重要。通过利用精密快速捕获跟踪算法和线性范围大、时延影响小的低信号放大技术,解决了上行注入信号的抗干扰接收(可抑制对抗雷达脉冲干扰、慢扫频干扰、单频干扰、宽带干扰以及多址信号等多种干扰信号),实现了接收机误码率不高于10-8,测距精度不低于Ins技术要求。

(5)复杂空间环境下导航信号抗空间环境设计技术

卫星在轨不可避免会受到来自地球辐射带、银河宇宙线、太阳宇宙线的空间带电粒子辐射,由于星载DSP,CPU,SRAM,FPGA等器件内部含有大量触发器和存储器,存在发生总剂量效应、S EU事件等空间环境效应的风险。为了给用户提供连续、稳定、可靠的导航信号,北斗导航卫星要求单机产品从器件选用、电路设计、整机设计三个层面采取抗空间环境效应防护设计工作,采取硬件防护设计、软件容错,以及三模冗余、定时刷新、FPGA转ASIC等措施,同时在整星级开展卫星星体表面充放电及舱内介质深层充电效应防护等工作,实现了星载产品抗受空间环境设计与验证工作。

(6)多通道信号大功率连续稳定工作技术

北斗导航卫星有效载荷包括上行接收与精密测距子系统、时间频率综合子系统、导航信号生成子系统、信号放大链路等环节,不同频率信号多。同时为了保证地面用户能够更有效地接收到信号,卫星采用大功率放大器,使输出的信号具有较大的功率能力。

为保证卫星系统内部仪器设备不受影响,需要开展系统级EMC分析与验证,按照全新的设计要求,突破了RNSS和RDSS载荷电磁隔离,上行接收信号与下行导航信号的交调抑制、微波大功率器件微放电和功率耐受、无源互调抑制等关键技术;加强了产品防护和确定产品工作状态等措施,保证了产品质量和安全。

四、北斗导航卫星的发展经验

北斗卫星导航区域系统在保留北斗卫星导航试验系统的有源定位和短报文通信等服务基础上,已开始向中国及周边部分地区提供连续有源与无源定位、导航、授时以及报文通信等服务。北斗卫星导航区域系统解决了我国RNSS定位体制卫星导航有无的问题,是我国经济社会发展不可或缺的重大空间信息服务设施。梳理总结北斗导航卫星系统及发展过程,主要经验为:

(l)坚持继承与创新结合,加强地面试验验证

在充分继承东方红三号卫星平台技术的基础上,按照北斗导航卫星的要求,再次进一步试验验证其继承产品的可靠性,完成了结构星、热控星、电性星和鉴定产品的研制和验证。在开展上述工作时,对卫星总体和分系统进行关键技术分析,确保关键技术在方案阶段得到突破性。

安排北斗卫星可靠性专项工程,对SADA、电源控制器、蓄电池组、地球敏感器以及基准频率合成器等30项产品开展薄弱环节分析、改进及验证工作。

(2)保证组批产品的可靠性和质量

建立在国产化的基础上,集智攻关、创新发展,突破了星载国产铷钟、精密测距、双向时间比对、抑制微波大功率器件微放电和功率耐受及无源互调、大规模ASIC芯片替代FPGA器件、偏航控制、铷钟小舱精密温控等关键技术。

(3) RNSS和RDSS两种定位导航体制并存,提供多方位服务

除了通过高精度、高可靠的定位、导航和授时服务外,还保留北斗试验系统的报文通信、差分服务和完好性服务,与GPS系统相比,北斗卫星导航系统的优势在于区域范围内服务的多样化和用户之间的互动性,在指挥调度、抢险救灾、环境数据监测等方面已经并将继续发挥特殊作用。

(4)兼容设计、产品互换

北斗卫星导航区域系统三种轨道卫星按照“一次设计、组批生产、流水试验、密集发射、快速组网”的要求,开展单机产品设计,保证三类卫星中大多数产品具有互换性,不具备互换的产品,其机械、电气、热接口也充分考虑兼容性。在北斗卫星快速组网发射过程中,针对产品质量问题开展举一反三工作具有重要意义,并发挥了特殊的作用。

(5)卫星协同一体化三维布局总体总装设计平台

北斗导航卫星三维协同设计平台实现卫星研制过程中卫星总体与结构分系统、热控分系统、供配电分系统、推进分系统之间构型布局、热控散热面、电缆网、推进管路的协同设计;利用AVIDM系统,实现单机产品数据接口、产品布局、机械接口、热控接口等一体化设计,有效地提高了总体构型布局、电缆网设计、推进管路设计的工作效率和正确性。

(6)建立数据比对系统

基于北斗卫星组批生产的特性,建立并形成了卫星性能参数测试数据比对系统,应用每颗卫星不同阶段的数据比对分析(横向),同类卫星相同阶段的数据比对分析(纵向),形成系统级产品数据包;对系统级关键测试数据形成成功数据包络;基于成功包络线,卫星出厂前和进场后,对数据判读和比对情况进行复查,横向、纵向检查数据的一致性,对数据偏离和差异的机理进行分析,对超差项进行影响分析和确认,对数据临界项开展变化趋势及风险分析。

五、北斗导航卫星下一步发展建议

卫星导航系统是以服务范围、精度、可用性、连续性和完好性为衡量标志的空间基础应用设施。在建设我国北斗卫星导航区域系统的过程中,需要系统总结分析我国导航卫星系统的特点和成果,系统总结分析在轨卫星的工作状态,在星地一体化正常运行的条件下,围绕卫星系统对服务精度、可用性、连续性和完好性的提高,在下一代导航卫星系统中进一步完善。

(1)加强系统顶层分析,提高系统可靠性

加强星座构型的分析和设计,加强星地一体化协同设计,加强星座运行状态下卫星备份策略和补网策略的研究,保证工程大系统的连续性和稳定性。

可用性、可负担性和精度是卫星导航系统的三种关键特性,其中要实现系统的可用性,第一个要求就是在轨卫星的数量,基于效果的研究表明,一个由30颗MEO卫星构成的星座,加上3颗备份星(最佳)分布,将大幅度提高受天空环境挑战下用户对PNT的可用性。

(2)实现星载产品长寿命、小型化和高可靠性

加强星载产品长寿命、小型化和高可靠性设计工作,提高卫星平台的可靠性和安全性,降低卫星产品的重量、体积和功耗:通过元器件筛选、电路冗余设计、系统级备份和精细协调管理以及大量地面可靠性和寿命试验,使卫星的工作寿命从8年提升到12年。

(3)加强产品状态管理和元器件的选用把关

北斗导航卫星系统产品必须在设计初期阶段就确定组批生产目标,确定并完成其产品的试验验证、工艺考核、过程控制文件制定等工作。要通过分析产品的特性,加强元器件及原材料选用把关,注意关重特性参数的可测试性的量化设计,明确验收方法和状态。

(4)减少计划内中断操作

根据我国地面运控系统实际情况(上行注入站和监测站的区域及站数均受限,轨道测量和预报精度仍需进一步提高),卫星系统设计上需要进一步减少计划内的位置保持和轨道控制等操作中断操作。

(5)加强星间链路及自主导航技术研究

GPS系统星间链路的定位是随着系统任务的变化而变化的,从支持核爆探测信息传输,到支持自主导航的星间测距和信息传输,再到全面支持空间综合信息网络通信。针对我国卫星导航的星座设计,特别是多种轨道之间的链路故障模式下的管理策略,需要在数据传输体制与速率、星间链路条数、测量周期、星间链路频率以及自主导航时间等方面进行全面而深入的分析,系统地开展仿真与试验验证,必须深入研究星间链路体制及自主导航算法的仿真与验证工作。

(6)提高星上导航信号完好性监测能力

完好性是卫星导航服务性能的一项关键指标,需要进一步开展合理的完好性体制设计,设计形成星上导航信号完好性监测能力是最基本的要求,包括星上时频系统工作状态、上行导航电文接收测量及下行导航信号生成、卫星平台健康状态、卫星姿态等环节。在形成星上自主完好性监测、诊断的基础上,对不可修复的不完好状态及时告警。

(7)提升星载原子钟的性能指标

卫星导航系统星上原子频标的稳定度是决定实时用户定位性能的关键性因素。星载原子钟的稳定性是建立高精度时间基准和星地双向时间比对技术的基础。目前北斗系统卫星的星载原子钟尚未达到如GPS BLOCK IIF星钟般出色的性能水平。

建设下一代北斗卫星系统时,星载原子钟性能指标需要与系统建设匹配,天稳定度指标必须进一步提高,制造工艺和调试程序需要适合组批生产要求。特别要进一步研究原子鉴频信号增强、光频移、环路噪声以及温度敏感性抑制技术,同时还要进一步解决星载原子钟的长寿命和可靠性。在提升星载原子钟性能指标的同时,还要进一步研究完善星载原子钟地面测试与考核对方法。

(8)提高导航信号时延稳定性

连续、稳定、可靠地播发导航信号是导航卫星的基本任务,导航信号的优劣决定了导航卫星的优劣。建设下一代北斗系统时,需要提高导航卫星信号的时延稳定性,实现多个频点导航信号的各种工作状态下的时延一致性,以利于地面运控系统和用户使用,严格控制导航信号通道时延值。

(9)加强新型导航信号体制设计,实现GNSS系统兼容互操作

GPS,GALILEO,GLONASS及北斗四大系统并存,四大系统均向全球用户提供免费服务,同时系统之间不能相互干扰,那么就必须考虑系统间的相互兼容,联合实现PNT服务,更好地为民用及商业用户提供连续、稳定、可靠的服务。由于GPS系统在已占领全球PNT市场,对用户具有强大的吸引力,建设下一代北斗系统时,只有与GPS系统兼容性强,又不完全依赖GPS系统的卫星导航系统才有生存的可能。

为此,需要进一步完善导航信号体制的设计,包括信号频率、信号调制方式、信号信息编码格式、频谱特性、输出信号功率等参数,既要维持北斗卫星导航系统服务的连续稳定,又要充分实现与其他GNSS系统的兼容与互操作。

六、结束语

导航卫星在研制过程中,实现了卫星总体设计过程中继承与创新的统一协调,坚持了用户需求与技术水平的统一协调,突破了多项关键技术,取得了一些列成果,同时,也积累了许多有益的经验。

总结分析北斗卫星研制发展成果,可以明确下一阶段仍有一些课题和项目需要加强研究。实现上述技术难点的突破,建立并完善其控制与管理方法,将有利于我们高质量地完成北斗卫星导航全球系统的建设。

摘要：本文根据已完成建设的北斗导航卫星系统的建设经验.梳理分析了北斗导航卫星的发展特点。从导航卫星的基本要求,卫星平台和有效载荷技术等方面进行了研究.给出了相关的结果.并提出了北斗导航卫星系统下一步建设过程中应该加强研究的项目建议。

船联网北斗卫星导航监测终端研发 篇9

关键词：船联网,北斗导航,硬件终端,嵌入式软件

1 引言

卫星导航系统是提供位置、速度和时间信息服务的多模式应用系统,卫星导航定位技术已广泛应用于包括国防、航天、航空、船舶、交通运输、测量测绘、通信、网络等,并且已发展成为一个全球性的高新技术产业。以全球定位系统为代表的卫星导航应用产业已成为继移动通信和互联网之后的全球第三大新经济新增长点。中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统,是继美国全球卫星定位系统和俄罗斯全球卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统[1]。

我国在水上交通信息技术领域仍然处于跟踪发达国家发展的阶段,但新的技术不断涌现,技术上的新旧交替日益明显,使得我国的水运科技发展面临难得的后发优势。目前,国内外同类产品有《面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备》。

2 研发的必要性

物流信息化是现代物流的主要特征。船舶运行管理信息化是物流信息化的重要组成部分。目前船舶运行信息化以及智能化管理大多数仍是基于功能单一的GPS导航终端,只是起到船东或者货主监控船舶运行轨迹的作用。如能研发与开展船载智能终端的应用,除满足跟踪船舶航行轨迹基本功能外,将船舶航行油耗情况、吃水深度、货仓情况等信息接入智能终端,通过智能终端,实现船上人员与航道信息、港口信息、船闸运行信息、货源信息持有方双向交流,实现货主通过船载智能终端实时掌握货物在途情况等功能应用,将有利于船舶根据航道水深,合理装载货物;有利于根据港口和船闸运行情况,合理确定航行速度,节省油耗;有利于实现不离船进行船闸过闸报到,提升过闸效率;有利于提前获取货源信息,减少等货、空载航程。

3 系统介绍

本文采用船联网北斗卫星导航监测技术与云计算先进的信息技术、通讯技术将所有的水路航运、物流、管理的地理信息、气象数据、各种行业管理规范等有机地结合在一起[2],最终形成一个开放的集数据实时采集、查询、预警、控制、管理、决策于一体的,涵盖内河航运监控、配送管理、安全追溯全流程的黄金水道智能管理平台硬件支撑设备,从而提高航运和物流的管理水平、效率和安全性,推进西江沿江经济带的经济发展。

终端采用先进的北斗卫星导航系统定位技术,除具备一般北斗卫星导航系统的定位、导航等功能外,还具有以下创新功能。

(1)多路视频处理芯片、北斗芯片、储存芯片与各种接口一体化。

(2)与雷达配套和连接,防碰撞与安全、统一指挥一体化。

(3)嵌入式系统的开发具有全程交互功能,与手机移动互联网等形成联动。

(4)实现报闸、导航、船代、货代、电子商务、服务、监控、船岸交互等一体化。

(5)船载北斗卫星导航终端油耗与油量率先实现监测与控制。

油耗与油量监测模块是由油耗与油量传感器利用磁场控制干簧管内触点通断的原理,将被测量变化转换成输出信号,从而线性测出油位(水位)高度的设备通过特殊的处理方式,采用一个恒定的自动控制部件实现油耗的定量测量。统计结果经过船载智能终端上传平台,由平台进行统计分析。安装系统示意图如图1所示。

(6)基于GIS与视频的可视化管理流程的控制。

(7)基于多模传感器的船联网信息的智能监测与控制[3]。

(8) GIS河道信息的集成。

(9)嵌入式控制系统与移动互联网系统一体化。

船联网北斗卫星导航监测终端是一套船用导航系统,它以国际标准(IHOS-57、S-52、S-63)的电子海图显示与信息系统为核心,集成了北斗卫星导航,同时兼容GPS、AIS、雷达/ARPA、罗经、计程仪、测深仪、舵角指示器等多种船载设备[4]。电子海图之所以引起高度重视,是因为它具有传统纸海图无法比拟的优点,能够综合处理内河地理信息、本船航向状态信息、多种目标船动态信息,雷达图像信息,能够进行自动航线设计、航向航迹监测、自动存储本船航迹、历史航程重新演示、航行自动警报(如偏航、误入危险区等)、快速查询各种信息(如水文、港口、潮汐、海流等)、船舶动态实时显示(如每秒刷新船位、航速、航向等),将雷达/ARPA的回波图像叠显在地图上。具有完善的船舶导航、进出港引航、避碰辅助和航行管理功能,有助于保障船舶航行安全和提高营运效率[5]。其终端设计效果图如图2所示。

船联网北斗卫星导航监测终端功能强大,集船载卫星定位、调度屏、行驶记录仪三体合一的全新产品,通过更换手机模块,可支持GPRS/CDMA网络数据传输功能,通过更换定位模块,可支持GPS单独定位、北斗2单独定位、北斗2/GPS双星座融合定位。其终端功能设计如图3所示。

4 硬件终端

根据船联网北斗卫星导航监测终端功能,主控板通过串口接口完成与GPRS和北斗/GPS数据交换,GPRS与北斗/GPS都有独立的CPU串口接口。与铁电存储器及FLASH连接可保存用户设置资料;主控板电源有高压(大于30 V)保护电路。主控板上开关电源电路,分别给GPRS模块和北斗/GPS模块供电。电源逻辑开关控制GPRS模块和北斗/CPS模块的电源。后备电池电路保证主电源断电的情况下,继续给主控板一定时间的供电。后备电池电路具有自充电功能。可检测多路开关信号,并可进行油路控制。可检测主电源断电和主电源欠压。

硬件系统由主机部分、通信部分、定位模块部分、显示及打印扩展通信接口部分、传感器接口五部分组成。主机部分包括ARM处理器、数据存储器、数据传输信号接口;通信部分主要由RS232接口和华为EM310无线通信模块组成,其中无线通信模块EM310用于船载终端同监控中心之间的通信;定位模块采用GPS/北斗双定位模块(CC50-BG或UM220),主要是对船进行实时定位;显示及打印扩展通信接口,可外接调度屏或手柄;传感器信号主要是温度、速度、湿度、气体等传感器信号[6]。其终端架构设计如图4所示,实现的功能包括信令的接收、处理与发送,北斗/GPS数据处理及电源控制,报警,话音业务,无线通信模块的通信,I/O口信号采集与控制等,终端主程序主要用来实现开机自检、协调整个系统工作、在不同时间调用不同程序实现记录仪的各种功能。开机自检功能主要是CPU与外围器件,如存储器RAM、实时时钟模块、显示模块等模块的通信状态检查及实现对这些器件的初始化。如果各外围器件状态良好、初始化通过,则记录仪开始工作循环实现既定功能同时绿色的工作指示灯闪亮指示;如记录仪开机自检没有通过,则实现红色报警指示灯闪烁和报警蜂鸣器的轰鸣报警提示。

在本文中,终端系统包含三块电路板:系统主板、定位模块转接板和碰撞侧翻检测板。

系统主板将船舶运行中的实时数据及图片IC卡、定位信息、碰撞侧翻检测信号等数据由STM32F103VC实时采集存储并通过串口上传到有AM1705为主控的Linux系统;Linux系统作为终端设备的主控系统,解析STM32F103VC子系统送来的实时数据并根据系统设置将数据存储并通过GPRS上传到服务平台。同时Linux系统也作为系统的人机接口通过键盘、LCD、U盘、SD卡、串口进行人机交互。Linux系统通过IIS的AD将音频信息经过G.726压缩后存到SD卡或者NAND FLASH上(可选)。Linux监听外部打入的电话(通过SIM900A模块RI引脚)短信,按系统设定进行接听、挂断、处理[7]。

5 嵌入式系统

船联网北斗卫星导航监测终端是一套对稳定性、实时性、准确性要求很高的系统,不仅在硬件方面,更体现在软件方面。要求系统稳定、实时响应(不能出现因进程挂死而失去响应),要求软件控制程序能正确处理业务逻辑,并且利于进行功能的扩展[8]。因此,北斗导航终端系统必须是一个实时性的操作系统,当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。纵观市场上的众多实时性嵌入式系统,选取uC/OS-Ⅱ,在显示组件上,采用与uC/OS-Ⅱ相配套的显示库uC/GUI,整个业务逻辑都基于这套系统上(如图5所示)。

本文采用先进的北斗卫星导航系统定位技术,所研究系统除具备一般北斗卫星导航系统的定位、导航等功能外,还具有以下创新功能。

(1)船舶远距离预约申报过闸。当船舶进入北斗定位划定区域即可向船闸发送报到信号并拿到排队号,打破传统申请过闸模式,无需到报到站排队等候递交过闸申请。实现自动快捷的过闸申报。

(2)不靠岸报闸。在船上即可完成报闸,在北斗船载终端上可查看船闸当前报到情况、候闸情况及待调度信息,使船舶过闸更加透明化,提升船闸监控和服务水平。

(3)不停船扣费。绑定缴费账号,通过辅助过闸的手机APP,轻松快捷完成过闸缴费和消费查询等工作。

(4)安全过闸。报闸、缴费全流程全部在船上完成,避免了下船上岸报到易落水出事的风险,提高船闸运行的安全性。

(5)绿色节能环保过闸。减少过闸等待时间.节省折返船来回锚地的油耗费用,降低了船舶运营的成本,降低船舶燃油消耗,促进水运节能减排。

(6)采集AIS信息,监控航道AIS船舶,加强航道管理。北斗终端会将周边一定范围内的AIS船舶数据采集到系统管理平台,工作人员通过监控系统识别船舶信息,为流域船舶分布、货种及流向的大数据分析提供了夯实的基础数据。

(7)船舶状态监控。通过姿态、温湿度、油耗等传感器,掌握船舶实时状态,加强安全监控和风险防范。

6 结论

船联网北斗卫星导航监测终端的研发,从“企业→物流→运输→加工→仓储→控制→决策”全生命周期实现精准管理,起到了规模化、集成化发展的作用,平台涵盖了库存监控、配送管理、安全追溯全流程,消除了大量的航运、物流过程时间、运输等供应链环节过多的成本消耗,提高了物流效率,保障了物流的安全与可控,同时物流客户可以实时了解到整体运作的物流进程,有针对性地进行终端营销和管理策略调整,从而实现了物流客户利益的最大化。

参考文献

[1]唐金元,于潞,王思臣.北斗卫星导航定位系统应用现状分析[J].全球定位系统,2008(2):26-30.

[2]刘丹,田银枝.采用北斗导航终端和位置云技术构建公安扁平化指挥系统应用[C].中国卫星导航学术年会,2013.

[3]潘程吉,汪勃,解冲锋,等.北斗导航系统在物联网中的应用展望[J].遥测遥控,2011(6):14-17.

[4]朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势[J].微型电脑应用,2010,26(1):1-3.

[5]刘灿由.电子海图云服务关键技术研究与实践[D].中国人民解放军信息工程大学,2013.

[6]顾一中,孙亚民,王华,等.基于北斗定位系统的新型无线传感器网络路由算法[J].兵工学报,2009(3):306-312.

[7]蔡勇,战兴群,张炎华.基于嵌入式Linux的“北斗一号”卫星导航系统软件设计[J].中国惯性技术学报,2005(1):54-58.

北斗卫星导航产业 篇10

北斗卫星导航是我国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统, 能够提供高精度、高可靠的导航、定位和授时服务。目前, 这一系统已经进入发射组网阶段, 系统建设稳步推进。

中国将本着开放、独立、兼容、渐进的原则, 发展自主的全球卫星导航系统, 其“三步走”发展路线图为:第一步, 从2000年到2003年, 我国建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统, 成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步, 建设北斗卫星导航系统, 于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力。第三步, 于2020年左右, 北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。

北斗卫星导航产业 篇11

关键词：北斗卫星导航系统;应用前景;湖北林业

中图分类号：S757.2文献标识码：A文章编号：1004-3020（2015）01-0055-05

北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统。在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等行业领域得到广泛应用[1-10]。湖北林业资源丰富，每年造林、营林、护林任务艰巨，林业执法监管任务繁重，具有特殊的应用环境和工作状态，对卫星导航终端专用设备有较大的需求潜力。北斗卫星导航系统所具备的精度、集成度、成本、功耗等性能均可满足湖北林业的应用需求，在湖北生态林业、民生林业建设方面具有广阔的应用前景。

1卫星导航在湖北林业中的应用现状

湖北省卫星导航主要采用美国的全球卫星导航定位系统GPS，主要进行湖北森林资源连续清查（一类清查）、森林资源规划设计调查（二类调查）以及造林作业调查设计与伐区调查规划设计（三类调查）等，具体体现在森林资源监测、森林防火、野生动植物保护等3个方面。

1.1在森林资源调查应用方面

主要涉及林业样地监测、二类调查区划、小班调绘、荒界落界与测图、林业野外调查等。在2009年和2014年湖北省的一类清查中，通过确定样地中心桩实际位置， 监测样地的初设与导航复位，导航复位率高。在林场界、林班界的二类调查区划中，精确定位林班界与林班桩。在小班调绘上，通过GPS并结合航片的勾绘， 对照地形图，确定所处的小班位置， 减少调查员工作量， 提高调绘的准确性。在荒界线现地落界与测图中，避免由于现地与图上位置不符而造成的两荒界线纠纷。

1.2在森林防火应用方面

主要涉及火源、火场及扑火队伍的定位，火场与指挥中心的通讯，掌握一线人员的动态位置等。在湖北省森林防火扑救指挥中，采用GPS设备对火源、火场进行精确定位，同时为参加林火扑救的队伍进行精确的定位导航，保证在林火发生时能使得扑救队伍能够选择最佳路径在最短时间内抵达火场并实施扑救;此外，为扑救队员与森林防火指挥中心之间提供有效的通信手段，保證指挥中心下达的各种指挥调度信息能够准确及时地传达到各级扑救指战员，同时使得扑救一线的火场火势以及其他信息能够及时有效地上报到指挥中心，为指挥人员进行科学合理地决策提供准确的信息。在森林防火的日常巡护巡查过程中，采用GPS定位和通信手段，保持流动巡护人员及时准确到位，并与指挥中心保持流畅的通信联络以及时传递巡查过程中发现的各种有效信息。

1.3在野生动植物保护应用方面

主要涉及植被类型调查、野生珍稀动物的调查研究、生物多样性分析与评价应用研究等。在湖北省植被类型调查中，结合GIS、RS技术进行森林的分类、植被变化、林地的生态调查、植被类型的分类等研究。同时利用3S技术，分析植被覆盖率和植被指数的关系，得出植被覆盖率，提高GPS技术在植被分布调查与研究中的定量化发展。在野生珍稀动物的调查研究中，利用遥感大范围、全天候的动态监测特点和GPS的实时导航、准确定位功能，结合实地调查进行野生珍稀动物生境及其栖息地状况（包括地形、土壤、拓扑关系、水源供给、植被覆盖特征、人类活动影响等因素）的研究与分析，利用数据层的生成、栖息地描述、分布预测，建立栖息地模型等，实现对研究区域野生珍稀动物的生物多样性信息的实时调查。在生物多样性分析与评价中的应用中，利用RS、GPS提供的多层次、多时相的动态监测功能获得数据，通过对TM 图像和GIS对原有生物多样性保护图和数据分析处理，进行相关数据的实时更新，给出生物多样性变化数据，建立分析模型，开展生物多样性分析与评价。

2北斗卫星导航在湖北林业中的应用前景

北斗卫星导航系统兼具导航定位和通讯功能，在湖北林业生态建设方面具有巨大的应用潜力。

2.1北斗导航终端在湖北林业核心业务应用需求方面

目前，湖北省林业应用的主要卫星导航产品为GPS，占有率达到95%左右，过于严重依赖国外技术与产品，难于自主制定应用发展，在林业卫星导航应用数量快速增加的同时，应用广度与深度也严重滞后，难于适应湖北林业大量业务对卫星导航技术的迫切应用要求。湖北林业资源分布广、面积大，资源监测、管理和保护工作多在树冠浓密的林内或偏远地区开展，尤其在峡谷地带、林冠层厚度较大或郁闭度0.8以上的林下，GPS卫星导航定位信号较易受到影响，需要大量卫星导航技术和设备支持，来提高湖北林业工作效率、监测精度和管理水平。北斗卫星导航系统具备的优点在湖北林业核心业务应用上将得到广泛的推广。据统计，未来几年，湖北省在森林资源调查、森林资源管护、森林防火监控和应急指挥、森林病虫害防治等业务方面对卫星导航设备的需求量约35 000台套。其中：在森林资源调查市场需求量约15 000台套，在森林资源管护市场需求量约12 000台套、森林防火监控和应急指挥市场需求量约5 000台套、森林病虫害防治市场需求量约2 500台套。

2.2北斗卫星导航在湖北营造林工程管理方面

当前，湖北省正在实施“绿满荆楚行动”，计划用3年时间，实现全省宜林地、无立木林地、通道绿化地、村庄绿化地应绿尽绿，新增有林地面积56.84万hm2以上，森林覆盖率达到40.5%，森林蓄积量达到3.2亿m3，林地保有量达到860.67万hm2，提升生态承载能力和生态产品供给能力，初步形成结构分布合理、林分系统稳定的六大森林生态安全体系[11]。为加强造林工程的科学管理，利用北斗卫星导航技术，结合GIS、移动网络、物联网等先进技术，建立一套覆盖省、市、县三级的湖北营造林工程管理系统，实现重点营造林工程的规划、计划、作业设计、进度控制、检查验收和统计上报等各环节的一体化监管，及时掌握营造林建设现状和发展动态，从根本上解决“林子造在哪里”的问题，实现营造林工程综合信息网上查询和发布，为营造林工程小班地理位置核查、营造林工程质量核查、营造林成果分析及决策提供依据，真正实现对重点人工造林、退耕还林（还草）等林业工程的科学管理。

2.3北斗卫星导航在湖北生态环境保护方面

生态环境保护涉及到湖北森林资源、湿地资源、石漠化、生物多样性、林業生态综合监测、林业灾害监测和林业政务管理等具体内容。利用北斗卫星导航技术、大数据、云计算、物联网、移动互联网等新一代计算机技术，以湖北林业基础信息资源为核心，以湖北林业资源监管、林业灾害监控与应急管理等业务应用为重点，建成覆盖湖北林业主体业务的、贯穿上下的信息化体系规范、科学网络化的生态环境保护信息化工程，全面提高林业支撑国家宏观决策、协同其他业务部门、服务社会和林农的基本能力，有效地保护和管理湖北生态环境资源，逐步形成具有湖北省特色的现代林业管理创新体系。

当前，生态系统服务价值愈来愈受到人们的重视，其研究提高公众认知森林的生态地位，促使将环境成本纳入国民经济核算体系。森林生态服务价值也是发布森林资源清查结果新增的亮点，生态价值的定位监测和生态效益的分析评价成为评估的重要手段。利用北斗导航技术，对湖北省典型森林、湿地和荒漠生态系统的主要环境因子和生物群落及其生态过程进行长期连续定位观测，并结合资源清查结果，依据相关技术规范和标准，评估湖北省生态系统服务功能。同时，围绕湖北省林业生态工程实施情况，开展林业生态工程效益的定点监测与评价，正确科学评估湖北林业生态建设成效。

2.4北斗卫星导航在湖北林业产业发展方面

近几年来，湖北林业产业的快速发展，导致传统林区可采资源趋于枯竭，木材供需矛盾日益尖锐，资源短缺已成为湖北省林业产业发展的瓶颈。为提高湖北省林业产业发展预测、预警能力，做好重点林产品的监测分析、林业行业重点企业、市场的动态监控、林产品市场产销存预警、预报等工作，利用北斗卫星导航的精确定位技术，建立全省林业产业基础数据库，规范产业基础信息采集和应用，建立公平、透明、开放的林业产业信息交流平台，提供丰富的网站交互功能，为林农、林产品供应商、林产品销售商等提供林产品流通相关信息服务。建立林产品市场信息连通机制，为形成区域林产品流通市场，实现交易集约化和市场规模化，保证市场高度的透明性和公平性提供信息服务，全面掌握全省林业产业发展的新情况和新动态，为湖北林业产业化管理提供信息支撑服务。

2.5北斗卫星导航在林业灾害监控与应急管理方面

利用航空遥感无人机、视频监控设备、移动智能终端、卫星导航技术等手段，进行湖北灾害监测、预警预报、应急处理、损失评估和灾后重建等研究，是今后湖北省开展林业灾害监控与应急工作的趋势。在应急防火方面，应用北斗卫星导航及相关技术，在全省各级公共基础数据库、林业基础数据库和防火数据库的支持下，建立集森林火险预警预报、森林火灾监测、扑火指挥和损失评估等功能为一体的湖北林业森林防火监测管理平台，实现湖北森林防火信息上报和指令下达。在有害生物防治方面，基于GIS技术和北斗卫星导航定位监测技术，建立湖北省林业有害生物管理平台，综合管理全省各级林业有害生物，包括林业有害生物调查、监测预报与预警、预防与除治、灾害监测与评估、检疫及追溯信息等，实时监测与评估全省林业有害生物的整体发生发展情况，形成全省突发林业有害生物应急管理和应急指挥体系。在野生动物疫源疫病监测方面，利用北斗卫星导航技术对湖北野生动物疫源疫病进行严密定位监测，及时准确掌握野生动物疫源疫病发生及流行动态，实现市县监测站（点）的例行数据上报以及本区域范围内野生动物疫源疫病实时、有效、多尺度的定点监测。

2.6北斗卫星导航在湖北林业碳汇计量方面

湖北是国家7个碳排放权交易试点省市之一以及全国17个林业碳汇计量监测体系建设试点省市之一，也是全国首个在全省层面推广森林碳汇开发的试点区域。根据湖北碳排放权交易中心公布的数据，截至今年8月10日，湖北省碳配额累计成交量505万吨，累计成交额1.2亿元，分别占全国总量的43.5%和27.1%，居全国第一，湖北森林固碳总量和应对气候变化的能力得到显著增强[12]。然而，湖北独特的地理环境使得在大尺度计量与评价森林植被类型的碳储量变得十分迫切。利用北斗导航技术、地理信息技术和遥感技术，针对湖北林业碳汇管理的功能要求，分别建立碳汇计量分析模型库和碳汇监测计量空间数据库，分析林业各种经营管理活动、灾害、林地征占用引起的二氧化碳变化情况，提供林业碳汇现状、分布和变化数据。通过建立模型，估算森林植被类型的蓄积量，计算出森林碳汇量，同时，建设和完善长期的连续观测系统及区域监测网络系统，降低森林碳汇估算方法中的不确定性，为大尺度湖北林业碳汇估算提供合理的参数和数据分析基础。

2.7北斗卫星导航在湖北林业公共服务平台方面

目前，湖北省林业业务信息系统建设普遍存在目标单一、资源割据、共享困难、效能低下、重复建设等问题，导致林业信息化资源得不到充分、合理、有效地利用，一定程度地制约了林业信息化健康、协调、可持续发展。卫星导航技术在林业的广泛应用，需要统筹规划，建立综合平台，提供公共服务，共享各类信息资源，发挥北斗卫星导航对林业各项业务的支撑能力。北斗卫星导航技术的应用，一是需要与GIS、RS以及通讯技术等紧密结合，共同为林业业务信息化提供支撑，二是需要统一规划、综合考虑与业务系统建设的融合，才能更好的发挥卫星导航技术优势，提升业务管理水平。

为加强全省林业应用系统资源整合，促进资源数据大集中、网络共建共享和业务协同，为全省林业业务应用系统提供一体化的管理平台，根据湖北林业信息化建设基本情况，在全省林业专业网、数据中心基础上，建设湖北林业公共服务平台，为各业务应用系统提供一体化平台支撑。平台分为综合监控服务平台、数据管理与服务支撑平台以及GIS服务平台等3个平台。通过共享交换功能，实现全省各级林业部门和外部业务部门横向、纵向的信息资源共享服务。通过应用接口，可以快速构建林业业务应用系统。全省林业各部门可以基于北斗导航空间服务和GIS服务、林业基础服务进行专题应用建设。通过数据共享服务和业务应用集成，统一入口，统一用户管理，集中与整合信息资源、业务应用，实现林业信息资源的全方位共享服务。

3结论与讨论

3.1北斗卫星导航系统在湖北林业上具有广阔的应用前景

北斗卫星导航系统兼具导航定位和通讯功能，既能为为林业资源一、二类调查及专项调查、森林防火和应急指挥、林业工程建设监管和病虫害监测防治等林业核心业务方面提供实时准确的位置定位信息、范围信息和导航服务，又能实现应急救灾的人员调度、后勤保障、灾后的损失评估等功能，还能确保应急指挥系统所需大比例尺基础地理数据和高分辨率遥感影像数据、受害范围程度等关键信息传输安全。因此，北斗卫星导航在湖北林业核心业务应用、营造林工程管理、生态环境建设、林业产业发展、林业灾害监控与应急管理、碳汇计量和林业信息化建设等方面具有广阔的应用前景。

3.2北斗卫星导航示范应用将对湖北北斗卫星产业化产生巨大作用

北斗卫星导航的示范应用将带动湖北林业行业对北斗导航设备的需求，推动北斗卫星的产业化产生巨大作用。湖北省人民政府2013年12月印发了《湖北省北斗卫星导航应用产业发展规划（2014～2020年）》，提出要利用北斗导航技术、3S技术、自动识别技术、多媒体视频技术、物联网、移动互联网等建立感应层，结合林业基础地理信息数据库构建林业智慧感知体系，搭建林业智能巡检系统，全天候、立体化的实时监控林区状况，提高林区保护力度和利用程度。同时指出，发展北斗产业是湖北省产业结构调整和发展方式转变的主要路径。

因此，加强北斗卫星导航系统在林业上的示范应用，提高森林资源的监测、管理和保护水平，必将带动荒漠化监测、湿地资源监测、野生动植物监测、森林旅游、营造林管理、碳汇计量监测、林业产业、生态环境建设等领域的北斗卫星导航技术广泛应用，同时带动湖北林业行业对北斗导航设备的需求，推动北斗卫星的产业化产生巨大作用，为实施“五个湖北”战略、促进湖北北斗产业发展提供强大动力。

3.3北斗卫星导航系统将给湖北带来巨大的经济、生态和社会效益

北斗卫星导航系统将带动国产北斗导航及位置服务技术的推广应用，产生巨大的经济、生态和社会效益。首先，根据湖北省最新开展的森林资源二类调查成果，湖北省森林面积983.14万hm2。利用北斗导航设备和森林资源调查业务系统成果，以每公顷节约人力成本20元钱计算，一次确权工作将节省费用1.96亿元。在森林管护工作中，利用北斗导航通信集成设备和业务系统成果，及时发现火灾或滥砍滥伐行政案件，能够及时处理，将每年节约资金至少在2 000万元左右。在森林防火方面，利用北斗森林防火设备和业务系统，能有效指挥森林火灾扑救，实现“打早、打小、打了”的目标，较少人员伤亡和财产损失，每年可减少森林火灾损失约5 000万元。因此，北斗卫星导航系统有利于带动国产北斗导航及位置服务技术的推广应用，逐步替代国外卫星导航及位置服务，从而节约大量购置国外技术和设备的费用，同时带动国产北斗卫星产业链的发展，从而产生极大经济效益。

其次，利用北斗卫星导航技术，可以为湖北森林资源调查、森林管护、森林防火提供有效的通信手段，提高工作规范程度和效率，提升森林火灾、病虫害等灾害的发现和控制能力，提升湖北森林资源管护水平。同时，还可以形成基于国产北斗卫星导航技术的位置服务技术和产品及典型示范，为国产卫星技术在湖北林业和其他行业应用树立成功典范，带动湖北产业发展的同时，减低对国外卫星导航技术的依赖程度，保障国家安全。

第三，通过利用北斗卫星导航技术，可以提升森林资源管理和保护水平，为湖北各级林业主管部门提供决策信息，有助于湖北林业部门更好、更科学地进行林业资源的管理开发

与保护，构建稳定的生态系统，促进人与自然的和谐，创建和谐社会环境，进一步彰显出林业在“五个湖北”建设中的重要地位和作用。

参考文献

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[12]长江日报：湖北启动森林碳汇开发 造林不仅卖木材还可卖碳汇[EB/OL].[2014-08-19]. http：//www.hb.xinhuanet.com/2014-08/19/c_1112128202.htm.

北斗卫星导航产业 篇12

北斗卫星导航系统是我国自主研制的区域性卫星导航通信系统, 该系统的建

立对我国国防和经济建设将起到积极作用, 使我国能在全球导航卫星系统

(GNSS) 中占有一席之地。由于“北斗一号”卫星导航系统具有定位和短信功能, 所以尤其适合于特殊, 如边远与人口稀少地区、高山密林、内陆水路等特定地区和特殊行业应用。北斗系统的授时功能还能为通信、电力、铁路等网络进行精确授时、校时间同步[1]。由于北斗系统自身的特点和国家的大力支持, 可以预见, 北斗系统的应用将进入一个快速增长期和爆发期[2]。

1 系统主要功能

1) 卫星通讯功能。支持基于北斗一代的民卡应用, 可实现双向短报文通讯;

2) 卫星定位功能。支持在北斗服务区内全天候定位, 具有紧急定位功能;

3) 多种协议支持。支持多种协议, 并可通过外部指令进行切换;

4) 自动零值校准。通过串口设置天线所在点位的54坐标, 用户机可自动校准设备零值;

5) 北斗时校正功能。外围设备可向北斗终端发送校时指令获取当前北斗标准时间。

2 系统组成

2.1 基本组成

北斗系统主要利用两颗地球同步卫星和一颗在轨备份卫星采用有源定位的方式来测量地球表面和空中的各种用户的位置, 并同时兼有双向报文通讯和授时的功能。本文实现的用户机由收发机、天线及高频电缆组成。组成结构如图1所示。

2.2 工作流程

接收天线振子接收的模拟卫星信号经由低噪声放大器进行放大和滤波, 获得较高的增益和较低的噪声系数。前端多工器将接收信号、发射信号以及电源控制信号隔离, 送给相应模块处理。经介质双工器的电源控制信号通过电压控制部分控制功放模块的打开与关闭, 且通过DC/DC转换芯片提供低噪声放大器的工作所需的电压。发射信号经双工器后进行滤波和放大以弥补在电缆传输过程的信号衰减, 然后经功放后送给发射天线振子。

收发机主要完成两部分功能:接收和发射。后端多工器将接收信号、发射信号以及电源信号隔离。收发组件中的接收单元将射频信号经过滤波处理、放大及下变频和AGC控制后输出至AD转换电路部分, 由经由AD转换器后的数字中频信号, 再由基带信号处理单元对多路数字中频信号进行相关运算和解析, 输出通信、定位信息给接口单元, 最后由接口单元完成电平转换及对外输出。发射单元产生北斗发射的上行载波信号, 并对其进行放大、滤波及BPSK调制来自外部输入的信息。

2.3 用户机结构尺寸及重量

收发机的尺寸为184mm×155mm×56.5mm, 采用4个M4的螺钉直接与载体紧固, 重量大约1.4kg。天线的尺寸为φ140mm×h120mm, 采用4个M6的螺钉与载体紧固, 重量大约1.1kg。

3 遇到的问题及解决措施

3.1 多种信号相互干扰的问题

用户机中上行高频信号、下行高频信号、电源信号和控制信号均通过一根高频电缆传输, 信号交叉和串扰比较严重, 在设计中将用户机箱体结构设计分为上、下两个腔体, 既能有效地减少电磁干扰带来的影响, 又能更有效地提高产品的维护性。收发机和天线内部高频部件均采用独立结构, 使其具有二次电磁屏蔽功能。有效保证了高频和低频部分、数字和模拟部分的相互独立。

除此之外, 在电路设计中充分考虑多种信号相互串扰的问题, 在有可能出现信号交叉的地方均进行特殊的设计。

3.2 芯片温度过高的问题

在+55℃环境下, 电源芯片LTC3780表面温度过高, 导致工作不稳定。在设计时, 尽量减少其工作时间, 同时考虑到此芯片静态功率较小, 靠自身散热基本能保证正常工作, 而针对瞬间工作时产生的热量, 通过给芯片粘贴散热片的方法来解决。

设备中FPGA芯片工作时发热量也比较大, 为了保证工作的可靠性, 通过修改腔体结构, 用散热片将FPGA与机体相连, 达到较快较好的散热效果, 并且增加导热橡胶垫, 避免硬接触对元件版的损伤。

4 结论

本文给出了基于北斗一代卫星导航系统研发的一种用户机的基本组成及工作流程概况。此型号产品现已批量生产, 为水文监测、船舶运输和国土资源调查等方面的综合应用提供了有价值的数据。在此基础上研发的同类产品, 也已小批量投入使用。目前, 用户对产品性能指标等反应较好。

摘要：基于我国自主研制的北斗一代卫星导航通信系统, 研制了一种具有卫星通讯功能和定位功能的用户机系统, 可实现双向短报文通讯。它的主要特点是实现了“一线通”功能, 即通过一根高频电缆实现了用户机中收发机与天线之间的信息通信。

关键词：北斗一代,通信,定位,一线通

参考文献

[1]唐金元, 王翠珍, 尚新强.“北斗一号”系统与GPS系统的应用比较[J].船用导航雷达, 2007, 1 (1) :1-7.