北斗卫星导航应急通信应用

期刊目录网通信论文发表2020-11-27 09:45关注(1)

　　在我国信息技术快速发展过程中，相应提升了卫星导航技术水平．从国家战略角度出发，北斗卫星导航技术能够维护国家安全；从日常生活角度出发，该项技术能够为日常生活提供便利．此研究主要是探讨分析北斗卫星导航应急通信应用，深入阐述北斗卫星导航系统，讨论技术应用原则和条件，以期可以对地面终端传输、信息数据传输提供重要参考价值．

　　关键词：北斗卫星；导航系统；应急通信；技术应用

　　在卫星导航技术改革发展过程中，我国开始注重技术实际应用问题．当前，北斗卫星导航已经作为国家战略性新兴产业，可以有效应用于国家安全、灾害监测以及应急救援等领域，还可以全面落实和执行国家安全战略决策，提供重要的技术支撑．我国北斗卫星导航技术已列入世界先进发展水平，成功应用到地震灾害监测、铁路救援以及人员出行等方面，明显提升了应急通信的准确性和时效性，降低经济损失．

　　１北斗卫星导航系统

　　在我国自主研发的全球卫星导航系统中，北斗卫星导航属于重要组成系统．世界各国都开始认可北斗卫星导航系统，并且成为无线电导航系统的领先者，在海事应用中具备合法地位．在未来发展中，北斗卫星系统可以实现全球覆盖［１］．北斗导航系统所遵循的原理如下：将卫星交叉区域作为圆心，并且将卫星与目标距离作为八景，以此划分两半球．北斗中心站的中心为电子高程地图库，将地形至地表距离作为半径，由此形成不规则球面．计算圆弧线与地表交点，明确目标物在赤道以北区域内，从而对目标物的三维坐标进行计算．

　　１．１工作原理

　　北斗导航系统定位主要是应用３球交汇原理，将两颗卫星坐标作为圆心，检测本星到用户机的距离作为半径，由此可以形成两个球面，用户机位于两个球面相交线的圆弧上．中心脏电子高程地图库可以为非均匀球面，以地心为球心，将球心到地面表面高度作为半径，计算圆弧线和地球表面的交点．若已掌握目标对象在赤道平面的北面，既可获得用户三维位置［２］．

　　１．２工作流程

　　北斗卫星导航系统的工作流程如下，通过中心控制系统，将询问信号同时发送到两颗卫星上，通过卫星转发器能够向服务区域内的用户进行广播．用户能够对卫星询问信号做出响应，同时将响应信号发送给两颗卫星．通过卫星转发到控制中心系统．中心控制系统能够对用户发送的信号进行接收和调解，之后按照用户申请服务内容，处理好相关数据．针对定位申请来说，中心控制系统可以检测出两个时间延迟到通过中心控制系统发送询问信号，通过卫星转发到用户．此时用户可以发出定位响应信号，通过卫星转发到中心脏控制系统的延迟．通过中心控制系统发送出询问信号，可以经由其他卫星转发到中心控制系统的延迟．卫星位置和中心控制系统位置已掌握，所以可以通过上述延迟量，对用户至第一颗卫星的距离进行计算，同时获得用户到达两颗卫星距离的总和，明确用户将第一颗卫星作为球心时的球面，将两颗卫星作为交点的椭球面交线．此外，中心控制系统可以通过计算机内的数字化地形图，查询用户高程值，并且求解出用户达到地球基准椭球面．通过中心控制系统，可以求解出用户所在位置的三维坐标，三维坐标经过加密处理后，可以通过出站信号发送到用户手中．

　　１．３优势特点

　　北斗卫星导航系统可以提供授权服务和开放服务．对于开放服务来说，服务区可以免费提供测速服务、定位服务、授时服务，可以达到２０ｍ的定位精度，２０ｎｓ的授时精度，测速精度为每秒２０ｃｍ．对于授权服务而言，主要是为用户提供通信信息、授时信息、测速信息等，且北斗卫星导航系统具备以下功能特点：第一，快速定位优势．系统可以为区域内的用户提供高精准度的定位服务，定位精度与全球定位系统的精度基本相同；第二，精密授时优势．系统的定位精度可以达到全球定位系统的精度．第三，短报文通信．系统可以一次性传输４８０个ＢＣＤ码信息、１６８０ｂｉｔ信息，北斗卫星导航系统不仅可以确保用户明确自身位置，还能够向他人传达自身位置信息，可以应用到导航和移动数据通信区域，例如搜索营救、调度指挥、交通运输、应急通信等．

　　１．４时间系统

　　北斗卫星系统的时间基准主要是应用北斗时，其属于连续性时间系统，单位为ＳＩ，以周和周内秒作为单位连续技术．采用北斗导航电文播发方式，北斗时的起算时间为２００６年１月１日０时０分０秒，北斗时和协调世界时的时间偏差小于１００ｎｓ，且北斗时和协调世界时的闰秒信息可以通过导航电文播报．１．５坐标系统北斗卫星导航系统应用中国大地坐标系，其与国际地球参考系统的相关定义一致．在中国大地坐标系中，被称为地球参考框架．地球参考框架的历元为２０００．０．地球参考框架包含三个层次框架点，层次一：连续运行参考站可以形成中国大地坐标系的基本骨架，可以达到３ｍｍ精度；层次二：全球定位系统大地控制网，可以达到３ｃｍ精度级．层次三，全国天文大地网，大地经纬度可以达到３０ｃｍ精度值，且大地高精度高压５０ｃｍ．地球参考框架的第一层和第二层参考框架和国际地球参考框架的一致性在２ｃｍ左右，因此对于多数用户而言，坐标系精度在标准范围内，此时可以无需考虑中国大地坐标系和地球参考框架的坐标转换．

　　２北斗卫星导航通信系统的功能

　　该系统的服务方式包括授权服务和开放服务．其中，开放服务是基于群众开展的免费定位、授时以及测速服务，距离精度可达到几米，测速误差非常小．授权服务主要是给予北斗系统官方所授权的用户加密式三维定位、传送通讯信息、测试目标物移动速度等．不管是应用哪种服务方式，其所具备的功能一致，都可以实现快速准确定位．北斗卫星能够按照基础原理，准确计算目标位置，同时按照定三维坐标，以此实现定位服务的不间断提供效果．精密授时功能，应用广播授时传递方式可以有效实现该功能．相比于全球定位系统来说，北斗卫星系统的授时精度比较高，通过短报文通信功能能够对目标物具体位置进行计算，还能够将位置信息准确传输到中心站．

　　３北斗卫星系统应急通信应用领域

　　３．１应用现状分析

　　在应急通信技术发展期间，开始建立的多级应急指挥中心，由不同指挥网点建立信息传输网络．然而此种方式多应用于粗放型应急通信系统，时效性和授时误差大，且准确性较低，无法全面覆盖定位．在北斗卫星系统研发之后，能够有效弥补该问题．当前，我国紧密结合紧急通讯技术和北斗卫星导航技术，广泛应用到军事勘察、空间调度、陆路交通以及紧急救援领域中，所具备的应急通信效果是其他技术所无法替代的［３］．

　　３．２在气象和航海领域的应用

　　北斗导航系统的应急通信应用广泛，在各行业领域的发展速度不断提升，已经成为其他通信方式无法取代的新兴技术．对于海事活动来说，通过北斗系统的远程监控功能，既可以提升海军装备的远程监控时效性，还可以为航海运行提供重要信息数据．在开展海上救援时，通过北斗系统能够提供准确的定位参数，有助于缩短应急救援时间，降低安全事故发生率．将北斗卫星系统应用到航海领域，可以全面发挥出导航通信作用，不仅能够降低传播的导航与通信投入，还能够提升传播远航的安全性．在北斗导航卫星系统中引入远程监控功能时，海上执法人员可以采用北斗系统远程监控子系统，对辖区内装载北斗系统的传播进行实时监测，当遭遇自然灾害与交通事故等问题时，可以及时派遣海上警力予以救援．我国多数地区军建自动气象站，然而部分自动化气象站处于通信盲目，从而导致我国气象部门所收集的气象数据准确性比较低，并且和实际气象数据存在较大差距．因此，在实际应用期间，通过北斗系统实时报文通信功能，可以有效提升通信效率，并且对辐射和噪声表现出比较高的抵抗性，可以采集到对流层和平流层的大气数据，快速准确地传输数据信息．此外，北斗卫星导航系统也应用紧急变压和扩频调制，全面确保数据传输的可靠性．

　　３．３在自然灾害和铁路工程中的应用

　　我国铁路技术发展速度比较快，铁路列车时速不断提升，相应促进了铁路应急通信技术和抢修救援技术的发展．通过北斗系统中的地面实时监控功能、实时短报文通信功能，可以获取准确的事故发生位置信息，将其传输到铁路安全指挥所．在抢修救援期间，可以将救援车辆信息和物资运行信息传达给应急指挥部门，便于救援和指挥．北斗卫星导航系统在铁路抢险中的应用流程如下：应急通信人员和抢险救灾人员赶到现场进行抢险救援时，可以将行进路线和方向发挥到应急指挥中心，通过中心的大屏液晶屏显示出来，同时可以将人员组织、车辆分布、救援物质等信息传输到指挥中心，传输过程无需依赖其他公共网络．指挥中心可以将气象信息、下达指令、抢险措施实时发送给应急通信与抢险人员，以此促进应急通信与抢险过程的顺利开展．北斗卫星导航系统应用到铁路工程应急通信中，所应用的系统结构包括前端设备和中心结构．其中，中心结构属于北斗系统的应急服务器与应急管理平台，可以通过网络技术、北斗地面控制中心，以此实现通信管理，同时可以获得地面控制中心的指令与命令．连接地面控制中心的前端设备与通信设备，才可以对现有信息处理效果进行更新升级．同时，前端设备的不同运行模式，可以形成对应的控制机制和管理结构．北斗导航系统属于具备自主知识产权的导航系统，不会受到其他国家的限制影响，具备较高可靠性，可以有效增加北斗卫星导航系统在铁路应急通信中的应用效果．

　　４技术实现方案

　　在北斗卫星导航应急通信当中，通过技术模块的互动配合，可以高效完成传输任务．利用串口发送到北斗系统收发信息器，将即时信息传输给地面控制系统，以准确高效的通信模块监测目标位置、周围环境数据和速度信息．在发生紧急事件时，地面控制指挥中心可以掌握事故数据，为后续救援工作提供技术和数据保障．北斗通信步骤分为以下几点：第一，使用导航终端发送通信申请，信号加密处理之后，通过卫星发送到地面控制中心站；第二，控制中心接受申请信号后，及时进行信号解密，之后加密传输给用户．第三，导航终端接收到电文之后，解调信号解密出电文．利用北斗通信模块，能够确保控制中心获得速度信息和位置信息，将信息存储到数据库中，便于后续查询和分析处理．当遇到紧急情况时，控制中心能够发送调度指令，做出准确的调度措施．在应急通信现场，应急通信人员配备成熟的车载设备和单兵设备，能够为救援车辆配置车载机，精确定位现场单兵人员、抢救车辆的具体位置．同时可以实现短信应急通信功能和导航应急通信功能．将北斗导航模块接入到现场应急设备中，能够通过现场设备实现短信收发功能和定位功能．在应急中心通信设备上，配置用户机设备，并且通过ＳＭＳ短报文指挥调度模块、全球定位软件，联合原有应急通信传输网络、卫星传输网络、无线传输网络，定位和导航应急现场与应急中心的各项功能，将短信息实时调度功能应用到北斗导航系统中．通过系统短报文指挥调度界面，可以显示出用户终端所上传的短报文信息，将通播信息和指挥调度信息下发给用户，实现实时短信接收、点对点通信以及通信查询等功能．北斗卫星导航应急通信中，地理信息系统属于重要条件．如果没有通过地理信息系统发送和处理地理信息，北斗卫星系统就无法准确收集和计算实时目标位置、气候等信息．地理信息系统的核心在于存储和分析空间数据库，通过地面终端、数据库的互动，及时掌握位置信息.

　　５北斗卫星导航应急通信技术的优势和应用效果

　　第一，业务服务稳定性高．将应急通信系统空间段设置在Ｌ波和Ｓ波段，在遭受雨雪等恶劣天气影响后，不会降低信号强度，确保系统信号传输不受到天气气候的影响．此外，系统能够满足全天候、不间断的业务处理需求．第二，自主知识产权．我国拥有北斗卫星系统的知识产权，因此系统运行与维护不会受到国际环境的变化影响，加密功能完善，可以确保用户业务数据处理和存储的安全性，还能够提升数据传输过程的安全性．

　　６结束语

　　综上所述，北斗卫星导航应急通信属于重要的应急通信技术，可以快速传输数据，抗干扰效果比较强，因此被广泛应用到气象领域、交通领域和军事领域．对紧急突发性事件来说，北斗卫星系统具备精密授时功能、精准定位服务、实时监测功能以及短报文通信技术，能够为地面指挥和救援提供重要技术支持．

　　参考文献：

　　［１］苏相琴．北斗卫星导航系统的现状及发展前景分析［Ｊ］．广西广播电视大学学报，２０１９，３０（３）：８９－９２．

　　［２］郑金华．基于北斗ＲＤＳＳ的通用航空应急通讯监视及救援系统设计［Ｊ］．现代导航，２０１６，７（１）：１－５．

　　［３］陈国锋．北斗卫星导航系统在铁路应急通信中的应用研究［Ｊ］．铁路通信信号工程技术，２０１５，１２（１）：３０－３２．

　　作者：宋星莹

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