北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用北京師范大學(xué)目錄1.系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)概述1.系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)概述1.系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)概述普通型：定位和點(diǎn)對點(diǎn)的通信，適合于一般車輛、船舶及便攜等用戶的定位導(dǎo)航應(yīng)用，可接收和發(fā)送定位及通信信息，與中心站及其它用戶終端雙向通信。通信型：適合于野外作業(yè)、水文測量、環(huán)境檢測等各類數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸用戶，可接收和發(fā)送短信息、報文，與中心站和其它用戶終端進(jìn)行雙向或單向通信。授時型：適合于授時、校時、時間同步等用戶，可提供數(shù)十納秒級的時間同步精度。指揮型：指揮型用戶機(jī)是供擁有一定數(shù)量用戶的上級集團(tuán)管理部門所使用，除具有普通用戶機(jī)所有功能外，還能夠播發(fā)通播信息和接收中心控制系統(tǒng)發(fā)給所屬用戶的定位通信信息。多模型用戶機(jī)：此種用戶機(jī)既能接收北斗衛(wèi)星定位和通信信息，又可利用GPS系統(tǒng)或GPS增強(qiáng)系統(tǒng)導(dǎo)航定位，適合于對位置信息要求比較高的用戶。

1.系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)概述北斗授時終端指揮型用戶機(jī)2.信號特征一、系統(tǒng)概述頻段

B1:1559.052~1591.788MHzB2:1166.22~1217.37MHzB3:1250.618~1286.423MHz截至星座信號（實(shí)際發(fā)射）2012年5GEO+5IGSO+4MEO（區(qū)域服務(wù)）主要是北斗系統(tǒng)第二階段信號2020年5GEO+3IGSO+27MEO（全球服務(wù)）主要是北斗系統(tǒng)第三階段信號2.信號特征一、系統(tǒng)概述北斗系統(tǒng)第二階段信號信號中心頻點(diǎn)(MHz)碼速率(cps)帶寬(MHz)調(diào)制方式服務(wù)類型B1(I)1561.0982.0464.092QPSK開放B1(Q)2.046授權(quán)B2(I)1207.142.04624QPSK開放B2(Q)10.23授權(quán)B31268.5210.2324QPSK授權(quán)2.信號特征一、系統(tǒng)概述北斗系統(tǒng)第三階段信號信號中心頻點(diǎn)(MHz)碼速率(cps)數(shù)據(jù)/符號速率(bps/sps)調(diào)制方式服務(wù)類型B1-CD1575.421.02350/100MBOC(6,1,1/11)開放B1-CPNoB1-A2.04650/100BOC（14，2）授權(quán)NoB2aD1191.79510.2325/50AltBOC(15,10)開放B2aPNoB2bD50/100B2bPNoB31268.5210.23500bpsQPSK(10)授權(quán)B3-AD2.557550/100BOC(15,2.5)授權(quán)B3-APNo3.時間系統(tǒng)一、系統(tǒng)概述北斗時（BDT）溯源到協(xié)調(diào)世界時UTC（NTSC），與UTC的時間偏差小于100納秒。BDT的起算歷元時間是2006年1月1日零時零分零秒（UTC）。BDT與GPS時和Galileo時的互操作在北斗設(shè)計(jì)時間系統(tǒng)時已經(jīng)考慮，BDT與GPS時和Galileo時的時差將會被監(jiān)測和發(fā)播。4.坐標(biāo)系統(tǒng)一、系統(tǒng)概述北斗系統(tǒng)采用中國2000大地坐標(biāo)系統(tǒng)

（CGS2000）。CGS2000與國際地球參考框架ITRF的一致性約為5個厘米，對于大多數(shù)應(yīng)用來說，可以不考慮CGS2000和ITRF的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。5.服務(wù)與性能一、系統(tǒng)概述兩種全球服務(wù)開放服務(wù)：免費(fèi)、開放定位精度:10m；授時精度:20ns；測速精度:0.2m/s授權(quán)服務(wù):確保高可靠應(yīng)用（甚至是在復(fù)雜條件下）。兩種區(qū)域服務(wù)廣域差分服務(wù)定位精度:1m短報文通信服務(wù)美國WAAS系統(tǒng):是由美國聯(lián)邦航空局開發(fā)建立的用于飛機(jī)導(dǎo)航的一個系統(tǒng)，WAAS由約25個地面參考站臺所組成，位置橫跨整個美國。它們監(jiān)看著衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。其中兩個主要的站臺，位于兩岸，從各參考站臺收集校正信號并建立校正信息。這些信息包括衛(wèi)星的軌道誤差，衛(wèi)星上的電子鐘誤差，以及由于大氣及電離層所造成的延遲。這些數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算校正之后再地球靜止軌道衛(wèi)星播發(fā)。歐空局的EGNOS系統(tǒng)、日本的MWAS北斗導(dǎo)航定位增強(qiáng)系統(tǒng)具有三種功能，即地球靜止衛(wèi)星（GEO）測距功能、完好性監(jiān)測功能和廣域差分功能。測距功能就是GEO衛(wèi)星發(fā)射似GPS信號，把GEO衛(wèi)星作為附加的導(dǎo)航星，增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航的可用性。地面完好性廣播（GIB）功能可為用戶提供完好性信息，因此，具有完好性監(jiān)測的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可用性將滿足所有飛行階段直至I類精密進(jìn)場的RNP完好性要求。采用GIB方法增強(qiáng)后，只需4顆可見衛(wèi)星，而不是6顆具有良好幾何配置的可見衛(wèi)星就可確定出超差衛(wèi)星。測距和完善性服務(wù)將在GEO導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)器的整個地跡范圍內(nèi)提供服務(wù)，差分修正服務(wù)只能對應(yīng)地面監(jiān)測臺網(wǎng)的地區(qū)范圍內(nèi)提供服務(wù)。參考站采集導(dǎo)航衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星的距離和（或）相位數(shù)據(jù)，并傳送至主站，在主站計(jì)算差分改正數(shù)，利用參考站的測量殘差確定導(dǎo)航衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星的完好性。GEO衛(wèi)星攜帶的導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)器向用戶播發(fā)參考站得到的衛(wèi)星改正數(shù)據(jù)和完好性信息，并發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星測距信號和導(dǎo)航電文，GEO衛(wèi)星的作用猶如又一顆導(dǎo)航衛(wèi)星。地面部分還包括GEO衛(wèi)星跟蹤站、主控站和數(shù)據(jù)發(fā)送站。用戶部分是指用戶接收機(jī)，這種接收機(jī)與普通的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)兼容，既能接收GEO衛(wèi)星發(fā)射的信號，也能接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號。一、系統(tǒng)概述6.北斗增強(qiáng)系統(tǒng)6.部署情況一、系統(tǒng)概述第一步——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)北斗第一階段2000年以來，成功發(fā)射3顆GEO衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供基本的定位、授時和短報文通信服務(wù)。有源定位體制。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E接收機(jī)給衛(wèi)星發(fā)射定位請求，衛(wèi)星將該請求轉(zhuǎn)發(fā)給衛(wèi)星地面控制中心，經(jīng)過解算得到的位置信息，發(fā)送給衛(wèi)星，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給接收機(jī)。缺點(diǎn)：軍事應(yīng)用上易暴露目標(biāo)6.部署情況一、系統(tǒng)概述第二步——全球系統(tǒng)北斗第二階段作為全球系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首先在2012年左右覆蓋亞太地區(qū)，并將在2020年前覆蓋全球。

無源定位體制北斗系統(tǒng)第二階段北斗系統(tǒng)第三階段2012年左右2020年前同GPS/Galileo/GLONASS,衛(wèi)星播發(fā)信號，接收機(jī)接收處理6.部署情況一、系統(tǒng)概述目前情況2012年4月一箭雙星之后，北斗系統(tǒng)共有13顆在軌衛(wèi)星，預(yù)計(jì)在2012年的6月和8月分別發(fā)射3顆。

6.部署情況一、系統(tǒng)概述目前情況

目錄民用領(lǐng)域的應(yīng)用可分為定位、短報文和授時三大類。其中目前應(yīng)用最廣泛的為前兩類。近年來，隨著我國對安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)等的加大投入，特別是在海上漁船監(jiān)控、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、氣象監(jiān)測和應(yīng)急減災(zāi)等重點(diǎn)領(lǐng)域，北斗系統(tǒng)的應(yīng)用需求呈現(xiàn)出快速增長的勢頭。北斗導(dǎo)航重大專項(xiàng)應(yīng)用示范工程“重點(diǎn)運(yùn)輸過程監(jiān)控管理服務(wù)示范系統(tǒng)工程”、“大氣海洋和空間監(jiān)測預(yù)警示范應(yīng)用”、“林業(yè)生態(tài)建設(shè)與保護(hù)北斗示范應(yīng)用系統(tǒng)”等一批示范系統(tǒng)先后啟動，極大促進(jìn)了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。一、北斗應(yīng)用1.北斗運(yùn)營服務(wù)平臺北斗運(yùn)營服務(wù)平臺是集團(tuán)用戶應(yīng)用基本條件北斗運(yùn)營服務(wù)系統(tǒng)依托于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時間、任何地點(diǎn)，為用戶中心確定其配有北斗用戶機(jī)的下屬所在的地理經(jīng)緯度，并提供集團(tuán)用戶中心與其下屬之間、任兩個下屬單元之間的雙向通信服務(wù)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在民用領(lǐng)域，可以對車、船、飛機(jī)等移動物體進(jìn)行監(jiān)控與管理，例如：漁船出海后，遇到險情可及時進(jìn)行搜救，減少人員傷亡；從經(jīng)濟(jì)方面考慮，漁民可在海上進(jìn)行期貨交易，大大提高漁業(yè)交易水平，促進(jìn)漁業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展；二、北斗應(yīng)用二、北斗應(yīng)用A告訴B:這里有魚將消息轉(zhuǎn)發(fā)給地面站，解析消息內(nèi)容及用戶ID，發(fā)送衛(wèi)星將消息轉(zhuǎn)發(fā)給B全程監(jiān)控A和B的行為轉(zhuǎn)發(fā)至用戶監(jiān)控中心，B收到A消息要將消息播發(fā)給所有集團(tuán)內(nèi)用戶CD目錄

1.概述近幾年，我國和周邊國家，日本、韓國、越南、菲律賓、緬甸等多次發(fā)生涉漁糾紛并引發(fā)外交事件，對我國漁船監(jiān)控需求迫切。系統(tǒng)利用衛(wèi)星定位通信技術(shù)結(jié)合WebGis技術(shù)實(shí)現(xiàn)船位實(shí)時監(jiān)測及顯示;定時船位回報;歷史船位的查詢和軌跡播放;船舶資料管理;漁船緊急救援指揮等。三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)2.系統(tǒng)組成三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化的北斗運(yùn)營服務(wù)中心、岸上監(jiān)控臺站、北斗海洋漁業(yè)船載終端等四大部分構(gòu)成。船載北斗終端3.監(jiān)控中心平臺軟件架構(gòu)三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺的軟件架構(gòu)，包含了基礎(chǔ)層、資源層、組件層、服務(wù)層和應(yīng)用層。4.平臺功能三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)(1)實(shí)時數(shù)據(jù)顯示用于報告出航船舶的實(shí)時位置和警報，在緊急時刻，能夠立刻查詢到具體某條船在某一時刻的位置，并且能夠查詢到船舶的分布位置。還用于報告出航船舶接收和發(fā)送的實(shí)時短消息。以多種形式對出航船舶進(jìn)行分類顯示，包括船舶正常航行狀態(tài)和有發(fā)送和接收短消息船舶狀態(tài)。(2)地圖操作地圖操作，用于提供和地圖相關(guān)的操作功能，包括地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、全圖顯示、測距、地圖打印和標(biāo)記地圖要素功能。用戶可以在不同的比例尺下查看不同空間范圍的地理信息，量測船舶之間的距離，輸出當(dāng)前屏幕范圍的地圖，并且可以控制地圖要素(船舶)的標(biāo)識。4.平臺功能三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)(3)歷史船舶信息管理歷史船舶信息管理，用于查詢船舶歷史航線、以及歷史短消息的統(tǒng)計(jì)。歷史航線查詢提供用戶瀏覽船舶過往航行軌跡。用戶需要選擇待查詢的船舶，輸入查詢的起始日期和結(jié)束日期，船舶監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)查詢條件給出一條船舶航行軌跡。(4)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理功能，用于對整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。在系統(tǒng)運(yùn)行初期，船舶的基本信息和船載設(shè)備(北斗接收機(jī))的基本信息己批量地輸入到中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。在系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)管理針對船舶的管理。即添加待作業(yè)的船舶在系統(tǒng)中，以便后續(xù)的監(jiān)控。(5)緊急報警根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報警條件，遇到臨界災(zāi)害值時，進(jìn)行報警。同時，根據(jù)接到漁船的緊急報警信息，平臺發(fā)出報警信息。(6)終端管理對船載北斗終端進(jìn)行通信指揮，包括命令的下發(fā)和接收，各類服務(wù)信息的推送。應(yīng)急報警時給搜救終端發(fā)送搜救指令并監(jiān)督執(zhí)行情況。4.平臺功能三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)(3)歷史船舶信息管理歷史船舶信息管理，用于查詢船舶歷史航線、以及歷史短消息的統(tǒng)計(jì)。歷史航線查詢提供用戶瀏覽船舶過往航行軌跡。用戶需要選擇待查詢的船舶，輸入查詢的起始日期和結(jié)束日期，船舶監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)查詢條件給出一條船舶航行軌跡。(4)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理功能，用于對整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。在系統(tǒng)運(yùn)行初期，船舶的基本信息和船載設(shè)備(北斗接收機(jī))的基本信息己批量地輸入到中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。在系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)管理針對船舶的管理。即添加待作業(yè)的船舶在系統(tǒng)中，以便后續(xù)的監(jiān)控。(5)緊急報警根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報警條件，遇到臨界災(zāi)害值時，進(jìn)行報警。同時，根據(jù)接到漁船的緊急報警信息，平臺發(fā)出報警信息。(6)終端管理對船載北斗終端進(jìn)行通信指揮，包括命令的下發(fā)和接收，各類服務(wù)信息的推送。應(yīng)急報警時給搜救終端發(fā)送搜救指令并監(jiān)督執(zhí)行情況。5.北斗終端方案三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)北斗船載終端接收北斗衛(wèi)星定位信號，通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)信道與監(jiān)控中心進(jìn)行雙向短信和數(shù)據(jù)通信。車載終端定時將漁船的實(shí)時位置、運(yùn)動狀態(tài)、警情等信息上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)按需向船載終端發(fā)布天氣信息和預(yù)警信息，以及對漁船進(jìn)行實(shí)時調(diào)度、監(jiān)控和管理。近海：（移動通信+北斗定位）、遠(yuǎn)海：（北斗通信+北斗定位）應(yīng)用軟件功能

在嵌入式平臺上（WindowsCE、Android等）實(shí)現(xiàn)海圖顯示、越界報警、信息傳輸、定位導(dǎo)航、路徑規(guī)劃等功能）

6.關(guān)鍵技術(shù)三、北斗海洋漁業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)(1)網(wǎng)絡(luò)GIS:基于Mapserver和OpenLayer的開源GIS系統(tǒng)主要采用免費(fèi)開源GIS的Mapserver作為地理信息服務(wù)器，Openlayer作為地理信息瀏覽器。MapServer是地圖渲染引擎，作為一個在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運(yùn)行或作為一個API訪問獨(dú)立的多種編程語言的應(yīng)用。MapServer可以讓數(shù)字格式存儲的空間信息變成地圖圖像。將矢量海圖信息變成具有符號、注記的電子地圖。Openlayer是一個專為WebGIS客戶端開發(fā)提供的Javascript類庫包，用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問。WebGIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù):電子海圖,S52和S52標(biāo)準(zhǔn)。(2)北斗定位和通信技術(shù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)是船舶監(jiān)控系統(tǒng)中船舶定位數(shù)據(jù)的來源。之前用有源定位，到北斗二代空間段組網(wǎng)成功，具備服務(wù)能力時，利用無源定位體制定位。北斗通信技術(shù)：每次最多傳輸120個漢字的短報文，實(shí)現(xiàn)終端與終端、終端與平臺之間的通信。目錄整個系統(tǒng)由北斗綜合信息服務(wù)平臺系統(tǒng)、災(zāi)害應(yīng)急指揮與災(zāi)情信息采集管理系統(tǒng)（簡稱用戶系統(tǒng)）和傳輸系統(tǒng)三大部分組成。平臺系統(tǒng)包括基礎(chǔ)服務(wù)平臺和行業(yè)服務(wù)平臺（應(yīng)急救災(zāi)指揮調(diào)度應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)）；用戶系統(tǒng)包括終端設(shè)備（北斗手持型用戶機(jī)、車載型用戶機(jī)和指揮型用戶機(jī)），國家級災(zāi)害應(yīng)急指揮與災(zāi)情信息采集管理平臺和省級災(zāi)害應(yīng)急指揮與災(zāi)情信息采集平臺三部分；傳輸系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星和北斗地面運(yùn)控中心組成。四、北斗應(yīng)急減災(zāi)方案1.系統(tǒng)組成北斗用戶機(jī)（手持型和車載型）可直接通過北斗衛(wèi)