船载北斗卫星导航系统发展浅析

于素霞

摘 要 随着第三代北斗卫星导航系统的建立，我国船用北斗卫星导航技术也将迎来新的发展。本文研究船载北斗卫星导航技术，并探讨其现状和发展趋势。

关键词 船舶;北斗卫星;通信导航;发展趋势

引言

卫星导航系统在通信导航、气象观测和石油勘察等多个领域都发挥着重要的作用。船载卫星导航系统尤其对船舶安全航行有非常重要的保障作用。北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，对船载北斗卫星导航系统的发展研究，将助力我国远洋船舶安全快速发展[1]。

1 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。2014年11月IMO海上安全分委会（MSC）94次会议完成了北斗系统作为世界无线电导航系统（WWRNS）的最终认可，北斗系统成为第三个被国际海事组织认可的世界无线电导航系统[2]。

2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功后，我国全面完成北斗全球系统建设，迈进全球服务新时代。“北斗”三号是世界上首个集定位、授时和报文通信为一体的全球卫星导航系统，短报文通信是其独有功能，做到了将导航与通信紧密结合，非常适用于交通运输、调度指挥、搜索营救等需要把导航与移动数据通信相结合的用户[3]。

2 基于北斗系统的船舶监控管理

北斗系统的规模化应用从海洋渔业开始，利用定位功能和短报文通信功能，实现对渔船的船位监控、导航定位、信息化管理，并为渔船提供便捷、低成本的卫星通信服务。

2.1 系统组成

本系统主要由三大部分组成，分别是导航卫星系统、北斗运营中心和船载终端。北斗卫星导航系统是为整个系统提供定位、卫星通信的基础服务。北斗运营服务中心作为整个系统的核心，是系统通信的枢纽。监控平台可以通过北斗运营服务中心对终端进行监控、调位、信息发布，同时，运营服务中心还可以提供与其他通信网络的信息交换与融合，如实现北斗短报文与移动通信短消息的互联互通，为用户提供更多增值服務。北斗船载终端通过北斗卫星导航系统为船舶及人员提供实时定位和导航服务;同时可以对实时位置信息按照设置的参数进行采集和存储，利用北斗卫星导航系统提供的短报文服务，上报至北斗卫星地面站，再传送至北斗运营服务中心进行数据处理和存储，中心再将数据推送至监控平台用于显示终端位置。

2.2 主要功能

由于结合了报务和定位，北斗船舶监控系统就为管理者提供了多种管理方式。北斗报文通信系统，提供明文发送和密文发送两种方式，确保信息收发安全可靠。通过船载终端显控单元，可实现北斗船载终端与监控台站、北斗船载终端与手机的短消息互通功能[4]。

定位是船舶监控管理的基础。北斗船载终端能够按照规定的时间要求或者航速航向变化情况，进行动态位置数据采集，并按照设定的时间间隔、距离间隔或时刻点，自动发送位置信息，且动态存储最近时间段的全部定位信息。

紧急报警和区域报警。紧急报警可向运营中心或指挥平台持续的发出求救信号，并按照设定频度持续不断地发出，直到收到确认信息或用户解除报警为止。

移动监控和指挥。配备了监测接收机模块的指挥船，可实时监控授权管理的北斗用户机的通信及位置信息，并在监控平台上显示;还可以任意选择授权管理的北斗用户机，回放其某时间段内的历史航行轨迹。

3 应用前景展望

据2019年底的统计，我国沿海已经有大约5.2万艘渔船安装了北斗导航终端。渔政船、海警船等公务船，也大量配备了北斗船舶监控系统[5]。主要应用领域体现在如下几方面。

3.1 与AIS集成的船舶数据采集

船舶自动识别系统AIS是一种船舶助航设备，是能够增强船舶间避免碰撞的措施之一。当船舶处于基站覆盖范围外时，北斗位置报告功能自动开启，利用北斗定位和双向短报文通信，即使在远洋航行中，也能很好地监控船舶航行，拓宽 AIS 的使用范围[6]。

3.2 与RFID集成的渔政执法

射频识别 RFID，又称电子标签。在远洋监管或执法过程中，通过集成北斗系统定位和通信功能，可有效完成与监控中心的数据通信，解决了远离海岸的数据双向传输问题。并可以对船舶进行定位和导航，可以准确和及时提供航线指引、遇险求救、船位监控、渔船出入港等服务，实现对渔船动态连续管理和监控。

3.3 与船舶计程的集成

船舶计程仪记录着船舶的相对速度以及航程，提供船舶行驶中的实时航程数据。与北斗卫星导航通信集成的船舶计程仪，摆脱了天候、地理等条件对计程精度的影响，达到了快速的定位、测速、航程计算等目的，且作为我国自主建设的系统，可以保证其低廉的使用成本和稳定的状态。

3.4 与浮标集成的海上溢油跟踪

石油运输是海上航运最繁忙的业务之一，过去几年间，海上溢油事故频发。基于北斗卫星定位技术的海上溢油跟踪监测系统由浮标、北斗卫星定位系统、溢油跟踪监测平台三部分组成。事故发生后立即将浮标投放在厚油膜层中，浮标随油膜一起漂移。溢油跟踪监测平台通过北斗卫星定位系统实时接收浮标的位置信息，实现对溢油位置、漂移速度、轨迹、方向的跟踪及对溢油未来走向趋势的预测。

4 结束语

我国有着漫长的海岸线，无论军用还是民用航海领域，对导航和监管都有着广泛的需求。全球覆盖的北斗卫星导航系统，一定能在有效提高防台救灾和海上救助能力、保障渔民生命财产安全、提高我国控海能力，减少外交争端，维护我国海洋权益等方面发挥重要作用。在“建设海洋强国”大背景下，北斗导航系统一定会在促进海洋渔业信息化水平提高的同时，推动海洋经济走上新的台阶。

参考文献

[1] 任小强.船舶海上遇险报警与海上遇险通信[J].航海技术，2012， 3：42-43.

[2] 解志斌，田雨波，颜培玉，等.船舶通信与导航实验室构建研究[J].实验室研究与探索，2012，10：417-419.

[3] 郑乃龙，徐轶群.基于北斗卫星通信的船舶综合信息系统[J].厦门科技，2011，4：33-36.

[4] 李国荣.船舶通信导航设备配套综合设计分析[J].船电技术，2011， 11：55-57.

[5] 苑隆寅.基于WLAN的船舶通信网络应用与仿真[J].舰船科学技术，2015，1：191-195.

[6] 黄溢.船舶通信设备的日常维护[J].航海技术，2005，4：41-42.