基于北斗短报文的应急系统建立及精度测试

关键词：北斗短报文；差分改正信息传输技术；应急系统

0引言

北斗卫星导航系统作为一种全球性的导航定位系统，其在提供定位、导航、授时服务等方面均得到广泛的应用。随着北斗卫星导航系统的不断发展，北斗短报文逐渐受到人们的重视。北斗的短报文通信是利用地球同步轨道上的北斗卫星提供的卫星通信服务，也是区别于其他卫星导航的独特功能。目前，北斗短报文在国防、民生和应急救援等领域都具有很高的应用价值，尤其是针对一些灾区在移动通信中断、电力中断或移动通信无法覆盖北斗终端的情况下，可以使用短报文进行通信、共享定位信息等[1]。多位学者对北斗短报文开展了一系列研究。李豪等[2]研究了在北斗短报文应用的基础上，实现互联网终端、移动互联网终端与北斗终端之间的信息交互，满足应急状况下对消息及时传递的需求；梁梦涛[3]提出了利用北斗短报文通信信道资源进行边境空情数据传输，通过北斗短报文通信实现移动型雷达的组网，完成对空情数据的应急传输；孙功宪[4]研究了北斗短报文在广电应急广播中的应用，将两者强强联合，以提高我国应急广播的服务水平；高寿等[5]对北斗短报文电网状态监测及应急通信系统设计方法进行了分析，并验证了其设计的系统的有效性。

本文基于北斗短报文的双向通信功能，利用北斗短报文开展地基增强系统差分改正信息传输技术的研究，实现了在无移动公网环境下的北斗短报文差分改正信息传输技术，建立了集移动网络通信及北斗短报文通信于一体的高精度应急系统，使用户在通信基础设施不完备地区的定位精度得到较大提升，相较于其他传统短报文应急系统，其定位精度更高，实用性更强。该系统的建立，弥补了广西在北斗短报文测绘应急服务方面的空白，对交通、智慧城市、边防、应急人防等领域有重要的基础性支撑作用，促进了广西北斗卫星导航系统的应用和产业化，并带动相关产业的结构调整和升级，有助于北斗向东盟国家推广应用。

1系统建设

1.1设计思路

依靠北斗卫星实现短报文双向通信，不需要移动网络的支持，在海洋、沙漠、荒郊野外等没有移动通信网络覆盖或移动通信基站被破坏的区域，可以借助北斗卫星导航系统和北斗终端的短报文通信功能实现位置信息的上报，并向外界发布文字报文信息。广西北斗短报文应急系统充分利用北斗短报文的双向通信功能，结合卫星导航定位技术，将区域伪距差分改正信息通过北斗短报文传输至北斗终端，获得高精度空间位置信息，实现了集成移动网络通信与北斗短报文通信的高精度位置服务，提高系统在无移动网络等困难环境下的定位精度。广西北斗短报文应急系统组成示意图如图1所示。

1.2主要创新点

（1）建立了基于北斗短报文通信和卫星导航定位技术的广西北斗短报文应急系统，有效提高了其在通信基础设施不完备地区的定位精度。经典的卫星导航定位服务采用多线程对多连接方式，而北斗短报文传输链路频度和带宽均受限，无法处理多连接的实时响应。本系统解决了传输区域差分改正信息的北斗短报文通信无法实现载波相位差分数据传输认证所需要的长连接问题。

（2）提出了一种新的卫星无线电定位系统差分定位终端与卫星导航定位信息交换认证机制，优化基于短报文通信和区域差分定位策略，解决现有卫星导航定位服务系统认证播发机制与区域内终端通过北斗短报文方式获取差分改正数据间的频度限制问题。

（3）建立伪距差分数据重组和北斗指挥机动态编组机制，通过重构系统内终端管理规则，解决了指挥平台所管理终端出现的跨地域、交叉混合使用等问题，增强了系统的灵活性，实现了系统持续稳定的伪距差分定位服务，系统服务范围覆盖广西全境约23.67万km2。

1.3主要功能

广西北斗短报文应急系统是集北斗短报文通信、区域差分定位功能和现代卫星导航定位技术于一体的高精度卫星导航定位服务系统，系统功能丰富多样，实用性强。其主要功能有北斗报文通信、高精度位置服务、终端监管和数据管理等。

2系统精度测试

在应急救援中，受灾人员向外界发送位置信息的定位精度高低，往往影响其被发现和解救的时间，因此定位精度是衡量北斗短报文应急系统服务能力的一项重要指标。为检验广西北斗短报文应急系统的服务能力，对其进行了定位精度测试。

2.1测试方案

本测试环境分为有移动公网和无移动公网，其中无移动公网是模拟应急救援的环境。在广西境内均匀地选取200个控制点作为测试点。测试设备采用广西北斗短报文应急系统的手持差分终端，对每个测试点分别进行如表1所示的4种定位方式测试。

2.2精度评定方法

本测试以外符合精度作为主要精度评价指标，将各点位4种定位方式的测试结果分别与该控制点静态观测解算成果[6]（作为真值）进行较差验证，并对所得的差值进行统计分析，根据式（1）计算测量值在X、Y方向的外符合精度[7]。

2.3测试数据分析

测试完成后，对200个测试点的数据进行整理分析，根据式（1）计算每个测试点测量值在X、Y方向的外符合精度，并统计误差的分布比例。具体测试结果如图2至图5所示。

从图2和图3可以看出，在有移动公网环境下，手持机直接定位精度均在10m以内；区域网络差分与正常实时动态载波相位差分技术定位相差不大，定位精度较高，大部分达到亚米级。

从图4和图5可以看出，在无移动公网环境下，手持机单点定位精度均在10m以内；北斗短报文伪距差分定位精度优于2m，近80%达到亚米级，定位精度相比同环境下的手持机单点定位得到大幅提高。

综上，广西北斗短报文应急系统在有移动公网环境下的差分定位结果排除收敛偏差定位精度达到亚米级；在无移动公网环境下，系统的短报文伪距差分定位精度优于2m，远高于卫星无线电定位系统单点定位精度。

3结论

广西北斗短报文应急系统在建设过程中克服多重难关，利用北斗短报文开展地基增强系统差分改正信息传输技术的研究，实现了在无移动公网环境下的北斗短报文差分改正信息传输技术，建立了集移动网络通信及北斗短报文通信于一体的高精度应急系统。经过系统精度测试，证明无移动公网环境下系统的短报文伪距差分定位精度优于2m，使用户在通信基础设施不完备地区的定位精度得到较大提升，相较于其他传统短报文应急系统，该系统定位精度更高，实用性较强。