北斗卫星导航定位系统应用现状分析概要.docx

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1、北斗卫星导航定位系统应用现状分析唐金元, 于潞, 王思臣(海军航空工程学院青岛分院, 山东青岛266041摘要:北斗卫星导航定位系统是国家信息基础设施之一, 是实现社会信息化的重要工具。北斗系统的应用涉及到国家各个领域。分析了北斗卫星导航定位系统的应用特点和应用现状, 指出了制约该系统应用发展的主要因素, 并对如何推进该系统在民用领域的产业化发展提出了一些具体建议。关键词:北斗卫星; 导航定位; 应用; 现状; 发展; 建议中图分类号:P228文献标志码:A2(2051前言我国自行研制的“(简称“年、全面对民用用户开放至今, 工作状态良好, 已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多

2、领域开始逐步发挥重要作用。北斗系统作为一种新的卫星导航定位系统, 有明显的技术优势, 但也有一定的应用缺陷和不足。该系统在推广应用过程中受到了许多因素的制约, 在很多领域中的用途还未被认知。目前, 北斗系统的应用水平与国外卫星导航定位系统(如GPS 系统 相比, 还明显处于劣势; 在民用方面, 还远远未达到产业化、市场化的水平。这与该系统作为世界上第三个投入实际应用服务的卫星导航定位系统的地位不相称。须采取有力措施, 推进北斗系统应用, 使北斗系统更好地为我国的国防和国民经济建设服务, 改变国外的卫星导航定位系统独占我国卫星定位导航应用市场的局面。本文分析了北斗卫星导航定位系统的应用特点和应用

3、现状, 指出了制约该系统应用发展的主要因素, 并对如何推进该系统在民用领域的产业化发展提出了一些具体建议。2北斗系统应用特点北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站(控制中心 与标校站和用户终端设备三大部分、双向简短报文通信和精密授时三大基本功能。该系统基于“二球交会”原理进行定位, 即以2颗卫星的已知位置坐标为圆心, 各以测定的本星至用户机的距离为半径, 形成2个球面, 用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。地面控制中心存储的电子高程地图库提供1个以地心为球心, 以球心至用户机的距离为半径的球面。求解圆弧线与该球面的交点, 并根据用户在赤道平面北侧的实际情况, 即可获得用户的二维位置坐标1

4、。北斗卫星导航定位系统主要应用特点如下2-4:1 系统覆盖我国全部国土及周边区域北斗系统是覆盖我国本土及其周边地区的区域性卫星导航定位系统, 覆盖范围为东经70145, 北纬555, 可以无缝覆盖我国全部国土和周边海域, 在中国全境范围内具有良好的导航定位可用性。2 系统定位、授时精度能满足导航定位需要北斗系统的二维水平定位精度(1 为20m (不设标校站区域100m , 双向授时精度20ns (单向授时精度100ns , 与GPS 系统的民用精度基本相当, 能满足用户导航定位和授时要求。北斗系统的注册用户分为3个服务等级, 对应的定位响应时延分别为:一类用户5s , 二类用户2s , 三类用

5、户1s 。北斗系统具有单向和双向2种授时功能, 根据不同的精度要求, 定时传送最新授时信息给用户端, 供用户完成与北斗卫星导航定位系统之间时间差的修62GNSS World of China/2008. 23收稿日期:2007212213正。3 系统双向报文通信功能应用优势明显北斗系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间的双向报文通信能力。系统一般用户1次可传输36个汉字, 经核准的用户利用连续传送方式1次最多可传送120个汉字。这种简短双向报文通信服务, 可有效地满足通信信息量较小、但即时性要求却很高的各类型用户应用系统的要求。这很适合集团用户大范围监控管理和通信不发达地区数据采集传输使用

6、。对于既需要定位信息又需要把定位信息传递出去的用户, 北斗卫星导航定位系统将是非常有用的。需特别指出的是, 北斗系统具备的这种双向简短通信功能, 目前已广泛应用的国外卫星导航定位系统(如GPS 、G LONASS 系统 并不具备。4 时性较差, 用户容量受限统, 。北斗了无线电隐蔽性, 这在军事上是不利的。另外, 北斗系统对地面控制中心的依赖性大, 一旦其地面中心控制系统受损, 系统就不能继续工作了; 用户设备必须包含发射机, 因此其在体积、重量、功耗和价格方面远比GPS 接收机来得大、重、耗电与贵。北斗系统从用户发出定位申请, 到收到定位结果, 整个定位响应时间最快为1s , 即用户终端机最

7、快可在1s 后完成定位。这1s 的定位时延对飞机、导弹等高速运动的用户来说时间嫌长。北斗系统适合为车辆、船舶等慢速运动的用户提供服务。北斗系统导航定位实时性较差, 对于高动态载体(如飞机、导弹等 , 该缺陷是显而易见的。北斗系统是主动双向测距的询问应答系统, 系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此, 北斗系统的用户设备工作容量是有限的。北斗系统可为以下用户机每小时提供54万次的服务:一类用户机(适合于单人携带使用 1000020000个, 510min 服务一次; 二类用户机(适合于车辆、舰船使用 5500个,1060s 服务一次。“北斗”系统的上述应用特

8、点, 决定了该系统适合在中国全境范围内, 在测绘、电信、水利、交通运输、勘探等使用要求相对较低的民用领域进行导航定位、报文通信和授时服务等应用。目前该系统在军事领域的应用, 受到了一定的制约。3北斗系统应用现状与主要制约因素3. 1北斗系统应用现状北斗卫星导航定位系统运营以来, 在军民用领域上发挥了重要作用, 迄今为止, 已为用户提供定位服务超过亿次, 通信服务超过千万条, 在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益。所研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程, 5-6。、具有鲜, 总的来

9、说, 目前。主要表现在:系统应用不充分, 与世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位不相称北斗系统工作容量可达百万户, 而目前注册在线的终端用户却不足千分之一, 卫星资源闲置严重。该系统的“快速定位、双向报文通信和精密授时”功能, 特别是双向报文通信功能未得到充分应用, 该导航定位系统在许多民用领域中的用途还未被认知。中国工程院戚发韧院士经过对北斗系统进行详实的调研后提出:中国研制成功的第一个拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统, 目前在民用领域资源利用并不充分, 几近闲置。他在调研报告中明确写到:北斗系统本应拥有上百万用户的能力, 目前却只有几千个用户, 国家投入几十亿元, 但利用很不

10、充分, 造成了资源的严重浪费7。北斗卫星导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未形成产业化的现状, 与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称。2 用户终端设备价格偏高, 在市场上无法与GPS 系统形成竞争北斗系统目前的有源定位技术体制决定了其用户终端设备需能收能发, 在技术应用上有通信功能, 应用优势明显, 这是无可怀疑的。但这种体制也使用户终端制造成本增加, 加上终端设备用户少, 所以目前市场价格偏高, 多数用户难以接受。用户终端设备价格昂贵的北斗系统在市场上是无法与GPS 系统进行竞争的。3 用户终端设备研制开发滞后, 跟不上应用需求722008. 2/全球定位

11、系统北斗系统用户终端设备研制开发严重滞后于系统建设。究其原因, 一是用户终端设备研制起步较晚, 没有做到与系统建设同步研发; 二是用户终端研制难度大, 没有集中力量对其重点进行攻关, 各研制单位各自为战, 技术上不交流, 形不成合力; 三是国内器件、部件生产基础差, 而进口芯片价格昂贵。在2002年北斗系统开始试运行时, 系统民用终端设备尚不成熟。至今国内仍有十几家单位在投入资金研制北斗用户终端, 但提高性能价格比的成效并不大, 有的单位甚至不得不退出研发。目前能生产北斗系统民用终端的厂商有五、六家, 产品价格较高, 各有优缺点。北斗系统民用终端设备生产厂商各自为战的研制生产方式, 在当前用户

12、量不大、生产批量上不去的情况下, 成本下不来; 而成本下不来, 市场用户就上不去, 形成一个恶性循环系统推广应用的问题之一。4 , 影响了市场准入机制, 市场完全是无序的自由竞争, 一些企业单位对北斗系统市场认识和估计过于乐观, 为早日抢到市场, 自发投入不少资金开发北斗民用终端。到目前为止, 真正获得成功、设备产品质量较好的厂家只有几个。有一些企业单位在产品技术质量还不成熟的情况下, 就急于推销自己的产品收回投资, 采用低价竞争方式抢占市场, 结果是实际运行故障频发用户服务又跟不上, 动摇了用户选用或继续使用北斗系统的信心, 增加了对北斗系统应用的怀疑情绪, 影响了北斗系统健康发展和推广应用

13、。3. 2北斗系统应用主要制约因素目前, 影响、制约北斗系统在民用领域获得广泛应用的因素主要是:1 系统用户终端设备价格昂贵前面已分析到, 造成北斗系统用户终端设备价格昂贵的主要原因, 一是目前系统本身所采用的有源定位技术体制, 二是终端设备生产量少、关键元器件依赖进口使生产成本居高不下。关于北斗系统的技术体制改进和完善问题, 已在中国第二代卫星导航系统的研制计划中基本得到了考虑。在后续分析的推动北斗系统民用产业化发展的对策与建议中, 提出国家应投入资金, 组织有关部门联合攻关, 解决北斗系统用户终端设备关键元器件国产化问题。2 系统应用缺乏国家政策的有力支持北斗系统是国家花费巨资建设起来的的

14、军、民两用区域性卫星导航定位系统。作为一个新兴产业, 北斗系统要发展壮大, 与国家政策的支持是分不开的。但是, 我国至今缺少一个对国家安全有着重要意义的有关卫星导航定位产业的国家级政策, 当然更缺少相应的管理办法和运营措施。这影响了企业和科研部门对北斗导航系统应用的投入, 直接导致了用户终端产品品种少、水平低、价格贵。卫星导航应用产业已成为全球信息化产业中发展最快的产业之一, 者, 。北斗卫星已经升空5年, 可它作为一种新技术新业务, 很少有人大力去普及推广, 广大用户特别是信息化人员, 对其知之甚少, 在各种媒体和市场上, 也难以找到相关的宣传资料。很多企业和用户, 甚至不知道谁是民用卫星导

15、航产业的主管部门。北斗系统在应用系统的开发试验上, 需要大量的资金投入, 开发运营企业难以在资金上长久维持, 用户就更做不到花费巨资, 为自己建设应用小平台。没有国家资金的介入, 公司的资金杯水车薪。4推动北斗系统民用产业化发展的几点对策与建议目前北斗卫星导航定位系统在民用领域应用不充分、未形成产业化的状况, 引起了卫星研制、管理、应用诸多部门的忧心和关注。中国宇航学会卫星应用工作委员会(筹 于2003年、2004年、2005年和2006年连续4年召开了“北斗导航系统应用论坛”, 对此进行了专题探讨。本文综合北斗系统不同专家学者的观点, 结合自己的分析与思考, 提出如下几点推动北斗系统民用产业

16、化发展的对策与建议7-8:1 制定中国北斗系统定位导航和授时政策国家政策引导是产业发展的关键。美国政府为促进GPS 的应用, 曾两次以总统令的形式, 颁布了国家关于GPS 应用的政策, 在保证其军方使用的前提下, 大力鼓励民用、商用和科学应用。制定中国北斗系统的定位导航和授时政策, 应包括建设82GNSS World of China/2008. 2管理和应用政策, 引导我国北斗系统产业化发展的方向, 规范和繁荣北斗应用市场。北斗系统定位导航和授时政策应包括如下主要内容:a. 阐明北斗系统在国民经济和国防建设中的地位;b. 明确北斗系统的建设管理和应用方针及主管部门;c. 规划我国北斗系统的发

17、展和推广应用目标以及和国外的卫星导航定位系统的关系;d. 明确一些鼓励和支持北斗系统研制开发应用的经济和技术措施;e. 明确北斗系统的对外关系处理原则等。2 制定中国卫星定位导航产业化的政策的同时, 业化的政策, 化工业。要内容:a. 地位;b. 总结分析当前卫星定位导航应用市场和产业化各相关环节中存在的问题;c. 明确国外先进卫星定位导航系统和我国北斗系统相互之间的关系;d. 明确卫星导航定位和授时的发展目标和方向;e. 制定推进卫星导航定位和授时产业化的技术政策;f. 建立卫星导航定位服务的市场准入机制, 规定准入门槛, 制定服务标准等。3 加强和完善卫星导航定位应用协会为了推进我国卫星导

18、航定位应用事业的健康发展, 有必要建立一个跨部门、跨行业、有广泛基础的卫星导航定位应用协会致力于进行卫星导航定位应用知识的科学普及, 推动各行业卫星导航应用交流, 组织编制和评审有关卫星导航应用的标准, 研讨、探索、开拓卫星导航应用市场和国际合作, 推动实现卫星导航定位为国民经济建设、国防建设和社会发展服务。同时, 在市场竞争中, 他们将为导航卫星应用管理部门、运营服务商、设备制造商、应用集成商等有关部门、单位和人员, 提供完善、准确的信息渠道和交流平台。4 实施北斗系统应用典型示范工程根据北斗导航系统既能提供导航定位, 又有短信通信服务的特点, 首先推广北斗导航系统在通信薄弱又急需的行业中进

19、行应用。选择若干有北斗导航系统应用需求、又有信息化基础的行业, 如交通、森林防火、边防、铁路、气象等作为示范, 由他们向行业主管部门和国家发改委提出申请, 由国家发改委批准立项, 出资支持北斗导航系统应用示范工程建设。投入一定的资金, 启动和实施典型示范工程, 既可为推动北斗导航系统的广泛应用产生良好的经济和社会效益, 又可为北斗二代系统应用奠定良好的基础。5 列入国家发展计划, 投入资金, 组织有基础的部门联合攻关, 以解决系统用户机主要元部件依赖进口、用户设备价格居高不下的局面, 使系统用户机的关键元器件与北斗系统一样拥有自主知识产权。只有这样, 才能研制出性能好、价格廉的终端用户机, 也

20、只有这样才能使北斗系统在与国外卫星导航定位系统应用的竞争中取胜。5结束语卫星导航定位系统是国家信息基础设施之一, 是实现社会信息化的重要工具, 也是国家科技水平和经济实力的象征。北斗卫星导航定位系统的建成并投入使用, 打破了美国等发达国家垄断卫星导航定位技术的局面, 提高了我国经济社会的信息化水平。北斗系统的应用涉及到国家各个领域。我们期望政府高度重视北斗系统的生存发展, 采取有力措施推进系统应用, 社会各界携起手来共同努力, 打破目前北斗系统在应用上的困局, 建设具有中国特色的北斗卫星导航定位产业化工业, 使北斗系统更好地为我国的国民经济建设服务。参考文献:1唐金元, 尚新强, 刘水. 卫星

21、导航系统机载接收设备M .青岛:海军航空工程学院青岛分院,2005:72-86.2唐金元, 王翠珍, 尚新强. “北斗一号”系统与GPS 系统的应用比较J.船用导航雷达,2007, (1 :1-7.3杨军, 曹冲. 我国北斗卫星导航系统应用需求及922008. 2/全球定位系统效益分析J.武汉大学学报(工学版 ,2004, 29(9 :775-778.4边少锋, 李文魁. 卫星导航系统概论M .北京:电子工业出版社,2005:169-175.5周露, 刘宝忠. 北斗卫星定位系统的技术特征分析与应用J.全球定位系统,2004,29(4 :12-16. 6杨振荣. 北斗导航应用进入关键阶段J.中国

22、航天,2006, (3 :4-5.7陈建成. 北斗卫星定位导航系统的发展应用关键在政府政策J.卫星应用,2007,15(2 :18-25.8窦长江. 北斗导航卫星应用产业化研究J.全球定位系统,2006,31(5 :46-48.Applying Current Situation Analysis of Beidou SatellitesN avigation Positioning SystemTANG Jin 2yuan ,YU Lu , WANG Si 2chen(Qing dao B ranch of N aval A eronautical Engineering I nstitut

23、e , Qing dao 266041, China Abstract :Beidou satellites navigation po sitioning system is one of our count basic information establishment s. It also is an important facility of realizing information The usage of Beidou system concerns our country s many fields. Applying of Beidou sat 2ellites naviga

24、tion po sitioning system are analyzed in t , of rest ricting system s de 2veloping are pointed out , and advices of developing in civil fields are also p ut forward.K ey w ords :Beidou po sitioning ; application ; current sit uation ; developing ; ad 2vice作者简介:(1965- , 男, 海军航空工程学院青岛分院教授。现从事航空通信与导航领域

25、的教学和科研工作。(上接第15页An Adaptive Blind Beam 2forming Algorithm in GPS R eceiverZHANG H u a , GU O H ai 2xia(X i an Research I nstitute of N avi gation Technology ; X i an S hanx i 710068Abstract :An adaptive blind beam -forming algorit hm in GPS receiver is st udied in t his paper. The algorit hm is base

26、d on a new despreader and t he one 2stage constant modulus array. The beam 2former aims at t he GPS signal of interest and reject s jammers wit hout explicit direction of arrival (DOA infor 2mation of any of t hese signals. A comp uter simulation illust rates t he anti 2jam performance.K ey w ords :GPS ; beam 2forming ; anti 2jam作者简介:张骅(1978- , 男,2006年12月博士毕业于西北工业大学电子信息学院, 现在西安导航技术研究所博士后工作站从事智能抗干扰天线方面的研究。郭海侠(1977- , 女, 工程师, 现在西安导航技术研究所天线室从事卫星导航抗干扰天线方面的研究。3GNSS World of China/2008. 2