北斗定位导航技术的应用及展望分析

摘要：北斗卫星导航系统分为北斗一号和北斗二号两部分。当前，全世界一共有四套独立的全球卫星导航系统，即GPS、Galileo、GLONASS以及中国的北斗。北斗卫星导航系统的综合技术实力能抗衡美国GPS，对中国的社会发展、国防建设有着巨大市场与前景。文章对北斗技术在新时代的大背景下对我国的战略意义及其发展前景进行了分析。

关键词：北斗技术；定位导航技术；发展前景；卫星导航系统；国防建设 文献标识码：A

中图分类号：P228 文章编号：1009-2374（2017）10-0055-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.027

北斗卫星导航系统，其综合技术实力能抗衡美国GPS，对中国的社会发展、国防建设有着巨大市场与前景。本文对北斗技术在新时代的大背景下对我国的战略意义及其发展前景进行了分析。随着我国各行各业对GPS的广泛应用，致使我国各行业甚至国防事业对GPS的依赖性越来越强，这对我国经济发展与国防安全而言，就相当于埋下了一颗定时炸弹，后果可想而知。我国已经充分重视到拥有独立完善并且可与GPS抗衡的本国卫星导航系统对国家经济发展与国家战略安全的至关重要性。

目前我国已经在亚太区域部分地区进行了北斗卫星导航系统的信号覆盖，并且这些地区已经得到了北斗卫星导航的服务。我国还计划在2020年实现全球卫星导航，并在此前淘汰所有只使用GPS信号的各行业设备，停用所有届时对北斗卫星导航有信号干扰现象的设备。

1 北斗卫星导航技术概述

北斗一号（北斗卫星导航试验系统），其工作原理如图1所示：

由地面站通过两颗同步卫星发送信号给用户，用户在接到信号后对此做出反应，再由这两颗同步卫星反馈给地面站，通过地面站、用户和卫星之间往返的信号便可确认用户的位置，最后地面站通过卫星发送确认后的位置信息，最终实现定位。

北斗二号（北斗卫星导航系统）的开发研制是基于北斗一号（北斗卫星导航试验系统）之上，主要组成部分有地面段、用户段和空间段三部分，主要采用无源定位。以东方红-3号作为平台卫星的空间段，主要组成部分有静止轨道卫星（5颗）、地球轨道卫星（27颗）和倾斜同步轨道（3颗），地面段的主要组成部分有监测站、上行注入站和主控站。用户端的主要组成部分有用户终端和其他与北斗兼容的用户终端。空间段的35颗卫星环绕地球，从而在任何时间都至少有4颗及以上数量的卫星能够接受到地球上的任何一个点。由于卫星在地球上空环绕的周期和位置是精确并且已知的，所以在这些卫星接收到来自地球上的任何点的信号时，便很容易计算出卫星与用户之间的距离，最后只需要利用3颗卫星组成三个三维坐标的距离方程，即方程中X、Y、Z的结果便就是用户端的精确位置。但是在实际计算过程中还需要考虑到用户的时间误差，因此导致存在X、Y、Z和时间差四个未知数，这时候就需要第四颗卫星组成四个方程式来对四个未知数进行求解，如式（1）定位授时原理所示：

2 北斗自身优势

2.1 技术优势使得北斗的核心技术国产化

武器制导精确使导航在新时期的应用取得重大发展，对于杀伤力较大的武器系统，如炮弹、导弹等，增加1倍的命中精度就等于提高了8倍的威力。精确制导武器的快速发展也正是因为高精度在新型导航系统上得到了明显的体现。最重要的是，我国凭借北斗的研制成功，最终摆脱了各领域包括国防建设对GPS的长期依赖。

北斗还具备世界上任何一个导航系统都不具备的特殊功能，即短信报文功能，它每次能输入最多120个汉字的信息，这项功能应用在航海领域将具有极其重要的意义。GPS是被动地接收定位信号，而北斗不仅能让用户端知道“我在哪里”，还能通过短信報文功能让别人知道“我在哪里”，在面临突发灾害事件时，搜救直升机往往因为GPS定位原理的限制大大影响了搜救能力，因此北斗在技术层面上有着GPS无法超越的一面。

2.2 导航战成为了北斗在战略上的优势

导航战是指战场上对GPS的阻止、利用和反利用、保护等一系列手段。

由于GPS的核心技术由美国单方面掌握，因此当导航战应用在美军和其敌方时，战斗几乎可以理解为完全由美军单方面主导。例如2002年阿富汗战争，阿富汗全境被美军强制停止使用GPS，阿富汗因此损失惨重。美国提出导航战计划，对外宣称是为了保护美国与同盟国在军事上对GPS的使用，以达到停止敌方在美国规定的时间和地点使用GPS的目的。综上所述，如果我国作为美国的敌对国并且没有属于自己的卫星导航，美国将会随时切断我们国家在军事上对GPS的依赖，这种局面无异于在国防安全领域亲自埋下了定时炸弹。

3 北斗技术的应用

北斗的出现不仅使人们在导航产品上有了全新的选择，在国防军事领域，北斗的运用更是对作战效率的提高、成本的降低、行驶车辆的安全等各方面都有很大基础保障。在国内民用部门对GPS的运用方面，特别是国内边远地区和远洋航海，美国可不经过任何部门许可而单方面关闭GPS，这对我国的交通运输在很大程度上存在非常严重的安全隐患，然而北斗星的出现打破了GPS对我国导航领域的多年垄断。

通过车辆跟踪技术可将车辆信息反馈到调度中心，并结合车辆跟踪技术，在让车辆自身知道自己的位置的同时，也能随时与指挥中心取得联系，方便接收下达的执行指令。

为了保障国家空中交通运行的高效性和安全性，相关部门研制开发了空中交通管制系统。国际航空组织根据目前出现的新的卫星导航、数据通信以及卫星通信等研究并建立了CNS/ATM这个全新的概念，以适应空中交通的不断发展变化的各种需求。北斗的出现让作为CNS/ATM核心的卫星导航有了更进一步的技术提升，为空中交通不断发展提供了更加有力的后勤保障。

北斗卫星系统和其他任何导航系统一样，能够为所有用户提供准确授时功能的服务。然而建立统一的时间标准将随着全球一体化加快而展现出更为重要的一面，例如通信调频，发射机成百上千次的跳变频率，必须要求接收机知道发射机的跳变规律才能正常得到接收。

北斗系统独有的双向报文功能不仅能让用户实现“我在哪里”，还能让别人知道“我在哪里”。这项功能够为指挥中心与灾区救援现场随时取得联系提供了有力保障，为灾区救援工作做出了卓越贡献。例如北斗系统在2008年汶川特大地震救灾工作中的有效使用，使得救灾工作不再受通信影响，保证救灾指挥中心与灾区的救援现场能够随时取得联系，救灾人员有的放矢，保障了救灾工作顺利进行。

通过北斗在试验过程对航海定位的精度分析，利用AIS船载识别系统对船舶在航行过程中的多项信息以及船舶周围的信息进行自动获取，并将这些信息发送到终端系统。AIS船载识别系统会在收到这些信息以后，将自动把这些信息传输到北斗卫星，卫星再对控制中心进行信息发送。控制中心在收到这些信息以后，通过对AIS信息的解码读取以及多处基站信息进行处理后传输到数据库，最终使监控系统根据数据库里的信息得到航海船舶的具體综合信息并以最直观的形式出现在电子屏幕上，从而对航海船舶的定位进行实时监控。

针对北斗卫星对航海船舶的定位精度，可通过数据表格的形式进行直观分析（如表1），对于船舶信息数据的读取时间间隔是2s，基线的间隔为482m。因此可以计算出北斗导航系统的定位精度是0.32～0.43m。

现如今，北斗导航在工程车辆领域的推广已经充分奠定了外部环境，说明北斗导航在工程车辆领域迎来了非常良好的推广契机。随着我国城市建设发展脚步的加快，我国工程车辆增长速度也随之加快。而北斗导航系统与世界其他三大导航系统相比，具有很多方面的优势，开创了世界各国所有导航系统中都不曾拥有的导航通讯功能，并且北斗导航系统几乎不存在通讯盲区，因此凭借诸多优势能够极大提高与其他导航系统的竞争力。目前，我国大部分导航应用市场仍然被GPS所占据，然而我国安装运用导航设备的工程车辆数量非常小，市场空间非常广阔。北斗导航系统使我国的导航核心技术不再受制于人，同时使我国导航技术后来居上，功能强大、稳定可靠。我国工程车辆导航市场潜力巨大，这为北斗导航系统的发展提供了非常广阔的空间，使我国北斗卫星导航产业得以快速发展。

4 结语

北斗卫星导航系统是我国第一个自主研制开发并最终投入使用的导航系统，并且是世界上被联合国认可的第三个卫星海上导航系统，综合了传统导航和无线电导航的所有优点，可以为所有用户在地球上任何时间和任何地点提供定位导航等服务，其综合应用前景非常广阔。北斗的出现让我国结束了导航技术多年来受制于人的尴尬局面，北斗导航系统也随着规模化建设，其重大的历史机遇也将成为现实。

参考文献

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作者简介：盘贻峰（1983-），男，广西富川人，广西壮族自治区地理国情监测院测绘工程师，研究方向：大地测量及数据处理。

（责任编辑：蒋建华）