北斗卫星导航系统在海上舰船实时定位中的应用∗

白 帆

（解放军92941部队95分队 葫芦岛 125000）

1 引言

在工作中，我们经常要对海上舰船进行远距离跟踪定位测量，目前我们的跟踪手段主要有光测、雷测和无线电卫星定位等方式。光测对气象条件要求较高且测量距离受限，不能进行超视距测量，卫星定位能够全天候实时进行精确定位但是不能实时回传定位数据，由于舰船的空间、电磁干扰和持续供电的限制，一般不适合采用大功率的数传设备，对舰船指挥和实时数据的利用带来了很多约束，给工作带来了很多不便。我们利用北斗导航系统的短报文功能，不仅能够实时回传定位数据还能够对测量设备进行遥控指挥、目标监测等，极好地解决了这一难题，为实时舰船数据采集提供了极大的便利。

2 北斗卫星导航试验系统

北斗卫星导航试验系统又称北斗一号，是中国的第一代卫星导航系统，即有源区域卫星定位系统。该系统服务范围为东经70°～140°，北纬5°～55°。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。

北斗一号卫星定位采用双星定位体制，地面控制中心通过两颗卫星向用户广播用户问信号（出站信号），并根据用户响应的应答信号（入站信号）测量并计算出用户到两颗卫星的距离；然后根据地面控制中心存储的数字地图或用户自带测高仪测出的高程算出用户到地心的距离，根据这三个距离就可以确定用户的位置，并通过出站信号将定位结果告知用户［1］。

北斗卫星定位系统具有短报文功能，主要是具有双向通信的作用，通过卫星发送北斗短报文信息。短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通信申请信号加密后通过卫星转发入站。地面中心站接收到通信申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播电文中，经卫星广播给用户。接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯［3］。

3 系统组成与功能

3.1 系统组成

基本系统由一个监控中心和用户台组成。用户台安装于被测载体上，利用北斗卫星定位系统的简短数字报文通信功能实现监控中心与用户台之间的数字通信。目标用户台用于动态监测被测载体的当前位置、工作状态、能源消耗、故障等情况的数据，对数据进行加密编码后通过卫星通信信道将数据发送至监控中心，并能够对监控中心的指令进行解码，实现远程控制目标用户台的工作状态。目标用户台由继电器、CU控制电路、舰载北斗卫星用户机及卫星收发天线五大部分组成，其组成框图如图2所示。

监控中心在硬件上由北斗卫星定位指挥系统指挥型用户机、路由器、交换机、服务器、磁盘阵列、监控计算机、显示系统及不间断电源组成。如图3所示。

3.2 系统主要功能

1）目标监控功能。利用北斗卫星定位系统的简短数字报文通信功能，实现目标用户台与监控中心的双向数字通信，全程收集被测载体的动态信息，主要包括载体当前位置、工作状态、能源消耗、故障等信息［6］。

2）遥控开关设备功能。采用北斗定位系统可以远程设置北斗用户机的定位和通信频度。通过发送一些指令来控制电源的开关来控制用户台的开关机和用户台定位的频率。控制指令如表1所示。

表1 监控中心发送有效指令表

3）数据传输功能。利用北斗卫星定位系统的简短数字报文通信功能，实现目标用户台与监控中心双向无线数据通信。可以传输其他设备的定位数据，传输的数据可以是静态数据、动态数据、指挥决策数据和文件等。

4 工程应用

在某海域舰船测量中，需要高精度实时监控舰船动态，应用北斗卫星导航系统实时回传舰船定位数据的测量系统。气温接近-20℃且高海况的恶劣环境下，无人看管安全值守50h，工作中定位设备接收开关机指令十二次，均成功响应，连续传递高精度定位数据10h。该系统关键技术如下：

1）硬件单元

该系统中心采用了北斗一号指挥型用户机，该产品可同时接收3颗北斗卫星6个波束的信号。用户机采用“一线通”设计原理，天线与主机之间采用一根同轴电缆连接，使得安装更加可靠、便捷。

2）软件单元

该系统数据采集软件装在移动用户终端上，实现舰船GPS位置上报；采集数据的分包处理，并将分好的包自动按照北斗设备的最大处理能力上报到指挥终端，实时检测和显示北斗设备状态（如图4所示）。

该系统能够实现远距离实时舰船位置测量传输，在科研训练、远洋航行中发挥了重要作用，该系统在长期应用中有以下特点：

1）待机长时间无人值守，使用锂电池可以连续工作72h。

2）体积小、重量轻，携带方便，设备自身可以供电便于海上舰船安装。

3）可靠性高，北斗卫星通信可靠，可以保证数据传输中的安全性，遥控指令收发成功率高无误码。

5 结语

综上所述利用北斗卫星导航系统的简短数字报文通信功能，综合应用电子海图、计算机网络、数据库管理等成熟理论与技术，能够实现实时对海上舰船的监控与测量。根据几年的实际应用该系统运行稳定，彻底解决了工作中对海上舰船的实时测量需求，能够方便准确地将海上远距离目标测量数据实时回传。

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