北斗卫星系统在人防信息化建设中的应用

安徽四创电子股份有限公司 梁本仁 吴 昊 王 伟

北斗卫星系统在人防信息化建设中的应用

安徽四创电子股份有限公司 梁本仁 吴 昊 王 伟

介绍了我国自主研发的北斗卫星导航定位系统目前的发展情况。结合人防信息化建设需求，设计并实现了基于北斗的人防卫星导航定位系统。系统实现了人防各信息要素单元之间的信息资源共享、人员车辆监控、现场应急指挥的功能，为人防战备值班执勤、训练演练和应急救援行动提供了信息保障。系统设计了多种通信链路融合通讯方式，利用短波通信、3G/4G路由或集群网络传输北斗短报文信息和北斗RNSS定位信息，弥补了北斗短报文通信频率的不足，拓展了北斗系统在人防行业中的应用场景。

北斗导航；人民防空；融合通信

0 引言

人民防空是国防力量的重要组成部分，是我国各族人民的共同事业，事关国家安全和发展的全局[1]。当前，基于信息系统的体系防护能力已成为信息化条件下人民防空建设的重要内容。为贯彻落实第六次全国人民防空会议精神，全面推进人防信息化建设，加快提高基于信息系统的人防体系防护能力，根据《国家卫星导航应用平战结合重大工程建设方案》，国家人防办公室确定利用 “北斗”卫星导航定位系统及相关装备资源组织建设全国人防卫星导航定位系统。

1 背景与现状

目前全世界有4套卫星导航系统：中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”。其中中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”已建成投入使用。欧洲“伽利略”仍处于建设阶段。卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。北斗一号系统自2003年开通以来，填补了我国自主卫星导航系统的空白[2]。北斗一号用户机具有定位、导航、短报文通信和授时功能，在海洋渔业、森林防火、边界巡逻、抗震救灾、电力、交通等诸多领域得到了广泛的应用，取得了巨大的军事、经济和社会效益。“北斗二号”系统于2004年开始立项研制，已完成一期工程16颗卫星的空间段建设和地面控制系统建设，系统于2012年底正式开通运行，为广大用户提供服务，已具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。“十二五”期间北斗二代系统的加速建设为导航产业的发展提供了持久的动力，我国将形成北斗（多模）芯片、导航终端、基于位置的信息系统以及运营服务等完整的产业链条，北斗产业将成为拉动经济增长的重要的战略性新兴产业。

目前各省市人防已经建有较为完善的通信系统。但是，以省人防为例，其所属范围内对所属指挥中心、车辆、人员基于位置的监控功能尚没有完全建立。虽然基于GPS和移动公网（GSM/GPRS/3G）等方式的位置监控应用在民用领域已经非常成熟，并且形成了巨大市场。但是，基于GPS和移动公网（GSM/ GPRS/3G）等方式一方面在战时是不可用的，另一方面在信息系统安全防护上也得不到保障。而北斗卫星导航系统是我国独立自主研制的卫星导航定位系统，能够实现覆盖范围内连续、实时、精确定位服务，同时，与GPS相比，它还具有安全可靠的双向数据传输能力。北斗二号用户机目前包括指挥型、车载型、手持式和授时型4款通用机型，设计技术先进、功能完备、可靠性高、环境适应性强，各项指标均达到国标或相关军标的要求，能够满足人防系统应用。因此，“北斗”系统及相关装备资源能够符合人防工作平战结合的特殊性，是构建我国人防卫星导航定位系统合适的也是唯一的选择。

图1 省级人防系统总体网络框架图

2 基于北斗的省级人防卫星导航定位系统介绍

人防卫星导航定位系统建设立足现代战争条件下人民防空与平时防灾、处理突发事件等应急救援指挥的实际需求，着眼于平站结合、资源共享，依托我国自主研制建设的北斗卫星导航定位系统，构建全国统一的人防卫星导航定位系统[3]。实现人防办的各级人防指挥所、机动指挥通信车、信息采集车之间互联互通、资源共享；同时实现系统与人防指挥信息系统相关要素单元的互联互通，并在人防战备值班执勤、训练演练和应急救援行动中实际应用。

2.1 基于北斗的省级人防卫星导航定位系统需求

人防卫星导航定位系统建设主要有以下几个方面的需求[4]：

(1)定位与导航功能：人防设备及信息化平台可以依靠北斗设备获取位置和时间信息，人防指挥平台能通过北斗通信链路实现对终端设备的指令导航功能；

(2)人防资源位置动态跟踪及处理：人防指挥中心依靠人防指挥信息系统平台实现对下属所有子用户位置信息的监视，指示其下属子用户按照规定的路线行进；人防指挥通信车具有友邻位置监视的功能；

(3)上下及周边指挥协同：在没有其他通信方式的情况下，通过北斗导航系统短报文服务，实现指挥关系网内统一的指挥调度和简单协同；

(4)非指挥关系网内人防资源位置信息共享：通过北斗导航短报文功能、指挥系统本身电文收发功能及其他通信功能的相互整合，系统实现非指挥关系网内友邻人防资源位置信息的共享；

(5)时间统一：指挥所内通过北斗导航设备对服务器进行校时，各系统终端以服务器为准完成系统军用标准时间统一。

2.2 基于北斗的省级人防卫星导航定位系统的架构

省级人防卫星导航定位系统分为设备层、数据链路层、应用层三层，包括卫星链路、地面有线通信、无线微波通信、3G/4G网络及集群通信等多种通信方式。设备层主要负责数据采集，是系统建设的核心，包括普通指挥机、车载型用户机、手持式用户机等北斗卫星设备；数据链路层主要负责通信链路，包括北斗通信链路、微波通信链路、3G/4G网络及集群通信网络等通用信息传输链路；应用层包括对人防数据的存储处理，实现软件平台的指挥调度功能。车载型用户机、手持式用户机可与普通指挥机之间以北斗卫星链路进行通信。同时车载用户机与指挥中心可以通过微波通信、3G/4G网络或集群通信网与指挥中心实现指令交互和位置上报。详细结构如图1所示。

指挥中心的网络体系结构包括北斗导航综合服务系统、人防指挥信息系统、时统系统以及警报通信控制系统、空情系统等。

指挥机配合人防指挥软件能够监控和管理全省范围内所有用户，支持指挥中心对下属的位置监视、指挥通信、导航、GIS操作、运动轨迹查询、以及系统运行状态监视和系统设置等功能。实时位置信息分发系统是人防卫星应用系统的重要组成部分，能够实现与其他各级各类人防单位的人防北斗用户机的实时位置信息共享，从而为实现跨区域监控指挥北斗用户机提供信息服务保证。车载型用户机和手持式用户机能够实现定位、导航、友邻监视等功能。

3 基于北斗的省级人防卫星导航定位系统的技术特点

北斗卫星导航定位系统作为人防信息化领域的重要应用，在通信、导航、友邻监控、信息分发管理等方面包含许多创新性的研究，其特点体现在以下几个方面。

3.1 战时使用稳定

人防部门接受军地双重领导，战时承担着人口疏散等职能，原有的导航定位系统采用GPS解决方案，虽然价格便宜、性能稳定、使用方便，但在安全性上存在严重隐患。一是GPS技术受制于人，战时得不到保障；二是GPS没有通信功能，系统采用地面无线网络进行通信指挥，战时或遇到重大自然灾害容易瘫痪。在基于北斗的人防卫星导航定位系统设计中，统一编配了北斗用户卡的指挥关系及运营管理，同时利用北斗的短报文功能实现上下级间的电文通信，为战时的安全稳定运行提供了保障。

3.2 充分发挥北斗技术体制优势

“北斗二号”系统开通后，它在保留“北斗一号”系统RDSS模式的基础上，提供了类似GPS的RNSS模式，两种技术体制互补，与其它卫星导航定位系统相比，在应用上具有明显的优势。本系统设计中，专门考虑了北斗RNSS与北斗RDSS的组合应用模式，既可为用户提供连续定位，测速能力，又可进行高安全级别的位置报告和短报文通信，其导航与通信的集成可以互相嵌入，互为增强，发挥了北斗技术体制优势。

3.3 多种通信链路的融合通信

从信息传输的角度来说，其中最基本、最重要的性能指标有两个：通信的有效性和可靠性。有效性主要是指信息传输的“速度”问题，而可靠性主要是指信息传输的“质量”问题。本系统采用短波、3G/4G路由、集群通信与北斗通信链路相结合[5]，互为备份和补充的融合通信方式，来满足上述两个信息传输的指标。

北斗终端设备不仅可以通过北斗短报文的形式实现对指挥中心的位置上报和信息通信，同时可以依据标准的北斗数据接口协议，通过短波、3G/4G路由和集群通信链路与指挥中心实现指令交互和位置上报。特别是对于终端设备定位信息的上报，受到北斗通信时间频率限制，人防使用的非军用北斗卡，其通信频率一般为一分钟一次，远远满足不了指挥中心对车载终端定位的坐标频率更新要求。在平时战备训练及普通减灾救援中，使用短波、3G/4G路由或集群链路，上报北斗终端的RNSS定位信息，可以实现指挥中心对人防车辆的实时精准的定位，为人防车辆的统一调度提供保障。

4 结束语

依托我国自主研制建设的北斗卫星导航系统，建设省级人防卫星导航定位系统；实现政策法规和标准规范完善配套，操作使用和维护管理能力达到规定要求，与人防指挥信息系统相关要素单元实现互联互通，并为人防信息基础网络、人防预警报知系统、人防防护救援系统、人防综合保障系统等已有或者国家统一规划建设的信息化系统，提供导航信息保障，实现基于北斗系统的导航定位、网络授时、短报文通信等功能，并在省级人防战备值班执勤、训练演练和应急救援行动中实际应用，推动人防信息化建设的进程。

[1]宋博宇,黄建华,王晓芳,白英广．“北斗系统”在人防信息化系统中的应用[J]．微型机与应用,2012(12)．

[2]李海军．北斗导航系统与全球定位导航系统(GPS)的比较及优势分析[J]．信息系统工程,2014(6)．

[3]李勇．北斗卫星导航系统及其在人民防空中的应用[J]．全球定位系统,2012(10)．

[4]田迎新．对人防通信信息化建没的几点思考[J]．德州学院学报,2011(7)．

[5]苏德雯．人防集群通信系统在“数字城管”中应用初步探索[J]．黑龙江交通科技,2011(9)．

Application Of The BD Compass Navigation Systems In Civil Air-defense information Construction

Liangbenren,Wuhao,Wangwei
（Sun Create Electronics,Anhui,Hefei）

This article introduces the current development situation of the BD Compass Navigation Systems,which is researched by our country independently.Combined with the needs of the civil air-defense information construction,this article designs and implements the BD Compass Navigation Systems based on BD,which achieve information resource share between each unit information elements of air- defense,supervision of human and vehicle,as well as emergency command in the spot,in order to provide information assurance for Combat readiness on duty, training exercises and emergency rescue of civil air-defense.Taking advantage of short-wave communication,3G/ 4G network or trunking communication transmitting BD short message information and RNSS positioning date,this system designs converged communications method to remedy frequency of BD short message communication,and expand application context of BD system in civil air-defense.

BD Compass Navigation;Civil Air-defense;Unif ed Communication

梁本仁（1982—），男，硕士，工程师，从事北斗导航、无线通信相关的技术研发工作。

吴昊（1981—），男，硕士，工程师，从事北斗导航系统架构建设的研究与交付工作。

王伟（1979—），男，硕士，工程师，从事通信导航专业的管理及研究工作。