北斗卫星导航应急通信应用探讨

2017-11-30曾毅

科技与创新 2017年18期

关键词：导航系统北斗救援

曾毅

（交通运输部东海航海保障中心上海通信中心，上海201206）

北斗卫星导航应急通信应用探讨

曾毅

（交通运输部东海航海保障中心上海通信中心，上海201206）

近几十年来，随着我国卫星导航技术水平的不断提高，大到国家安全战略，小到老百姓的日常出行，无不受到了巨大影响。对北斗卫星导航系统进行了阐述与分析，并将其综合运用在了应急通信之中，对应用的原则和技术条件等进行了详细论述，旨在为实现终端与地面通信传输的实施提供参考方法。

北斗导航；应急通信；技术方案；地震

随着世界卫星导航技术革新，我国在此领域也给予了巨大的重视。2011年，北斗卫星导航被国家正式列为战略性新兴产业，其对国家安全、应急救援、灾害监测、人们出行等各个领域产生了不可估量的影响，甚至成为了国家安全战略得以顺利实施的重要保证。北斗卫星导航技术已步入世界先进水平，并在近年来发生的地震、冰冻灾害、海上搜救、泥石流监控救援、铁路应急等诸多领域中成功运用，提高了应急通信领的时效性与准确性，降低了国民损失。

1 北斗卫星导航应急通信系统

1.1 北斗卫星导航系统概述

众所周知，北斗卫星导航系统是我国一大批相关领域内的专家自行研发的全球卫星导航体系，并成为了世界三大完备卫星导航系统之一。2014年，北斗卫星导航系统被世界各国广泛认可，并成为了世界无线电导航系统的领头羊，同时，取得了在海事应用上的国际合法地位，并预计到2020年实现覆盖全球的目标。

北斗导航系统主要以“三个球交会”原理为基础，以两个卫星所交叉的区域为圆心，以工作卫星到测定目标的距离为半径，从而实现两个球面的划分，用户终端必然存在于这两个圆相交的弧面上；北斗的中心站电子高程地图库则以地心为中心，以地心到地表的距离为半径，其所组成的球面是不规则的球面，当计算出地表和圆弧线的焦点，并确定目标物体在赤道以北时，便可准确地计算出目标的三维坐标。

1.2 北斗卫星导航通信系统的主要功能

北斗卫星导航系统主要有开放服务和授权服务两种服务方式，前者是针对广大居民和非商用的一种免费的定位、测速和授时服务，其距离精度可缩小至十几米，测速误差更是微乎其微；后者主要是向经过北斗官方授权的用户、缴费用户提供加密式三维定位、目标物体运动速度快慢测试及通讯信息的传送等服务。可见，无论是何种服务方式，其主要功能是不变的，即快速定位功能，北斗卫星可根据一定的原理，精确地计算目标位置，快速锁定目标三维坐标，全天候地为广大使用者提供快速、高效的定位服务；精密授时功能，其主要通过双向时差传递和广播授时两种方式进行，授时精度比起GPS授时有过之而无不及；短报文通信功能可计算出目标所在位置，又能精确地传送目标的具体实时位置。

2 主要应用领域

2.1 使用现状

随着我国应急通信技术的发展，目前我国建立了多级应急指挥中心，由每个指挥网点组成一个信息传输的网络。但是这种方式仍然是属于粗放型的应急通信系统，具有时效性差、准确度弱、授时误差大、定位覆盖不全面等缺点。随着北斗卫星导航的投入使用，这一劣势得以弥补。近年来，北斗卫星导航技术与紧急通讯紧密结合，具体表现在航海、陆路交通、空间调度、救援营救、军事勘察等领域内迅速发展，并在其有关领域的应急通信上发挥了无法替代的作用。

2.2 在航海和气象领域的应用

北斗导航系统应急通信应用领域十分广泛，并在诸多领域内迅速发展，取得了其他通信方式无法替代的地位。在航海等海事活动的运用中，利用北斗系统先进的远程监控功能，不仅为我国海军装备提高了远程监控的准确度和及时性，同时，也为防患各种海上恶劣天气和各种海上船只事故的救援、防范海盗等提供了更快、更准的数据，为搜救和救援提供了准确的目标定位，大大缩短了救援时间，降低了事故损失。

虽然我国的气象监测站林立，但由于一些较为偏远、地形地势复杂的区域的设备比较落后，各种气象数据的搜集、分析并不是十分准确，甚至会与实际结果大相径庭。因此，利用北斗系统的实时短报文通信功能，其频率可高可低，且对各种噪声、辐射具有很强的抵抗性，因而能轻易地采集平流层和对流层的大气数据，从而实现数据的准确、快速传输，使预报的误差率大大降低。

2.3 在铁路和自然灾害领域的应用

我国是世界铁路技术最发达的国家之一，我国的铁路网在不断完善，从和谐号列车到复兴号列车，时速不断提高，对铁路的应急通信和抢修、救援等技术条件要求也逐步提高。因此，利用北斗系统中的实时短报文通信功能、地面实时监控功能，能够准确地获取事故的位置和当地的天气、路面、海报等情况，并将之快速传到铁路安全指挥中心。在救援或抢修的过程中，也可将各救援车辆和物资的运行状况等数据实时传达给应急指挥中心，以便更好地指挥和救援。

在自然灾害中的应用最典型的为2008年汶川大地震和岭南雨雪冰冻灾害中的应用。在汶川地震灾害发生后，救灾部队第一时间在当地设立了北斗系统终端，持续向外界指挥中心发送实时气象和灾害情况，为救援的全面展开和指挥提供了绝对的技术保障；在岭南冰冻灾害的应用中，其气象实时监测和播报大大降低了救援的难度，减轻了国民经济损失。此外，在陆运、海运交通、空间调度、军事战斗等领域的应用也十分普遍，这里不再赘述。

3 技术实现方案

在北斗卫星导航应急通信中，只有通过各种技术模块的相互配合与互动，才能顺利完成任务。其主要通过RS232串口发送给北斗的收发射信息器，再经过其发射机传送到地面控制系统。通过这种简单、高效的通信模块能对目标的位置、速度、周围环境等数据进行准确监测，在遇到紧急情况时，地面控制指挥中心便能快速掌握事故的相关数据，为救援的顺利进行提供技术保证。

地理信息系统是实现北斗卫星导航应急通信应用的必要条件。没有它对综合地理信息的处理和发送，北斗系统就不能完成对实时目标位置、天气等数据的搜集和计算。地理信息系统的核心就是对空间数据库的存储和分析，并通过数据库与地面终端的互动而掌握位置等信息。