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摘要：在新时代背景下，加大对北斗卫星的研究十分重要。北斗卫星的应用范围较广、应用精度较高，能为一些行业工作的开展提供技术支持。同时，北斗卫星对我国国防事业的发展也十分重要。经过多年的研究和努力，北斗卫星逐渐走向成熟。但是，我国仍不能放松对北斗卫星的研究，相关工作人员及技术人员应切实加强专业知识学习，充分发挥北斗卫星导航系统在航运中的应用价值。
关键词：北斗卫星；导航系统；航运
Analysis on the development of Beidou satellite navigation system and its application in shipping
Wang Zizhuo
(China Shipping Telecom Co.,Ltd.,Shanghai,200090)
Abstract:In the context of the new era,it is very important to strengthen the research on Beidou satellites.Beidou satellites have a wide range of applications and high application accuracy,and can provide technical support for the development of some industries.At the same time,Beidou satellites are also very important to the development of my country's national defense.After years of research and efforts in my country,Beidou satellites are gradually becoming mature.However,my country still cannot relax the research on Beidou satellites.Relevant staffand technicians should strengthen their professional knowledge.Theoretical study,give full play to the application value of Beidou satellite navigation system in shipping.
Key words:Beidou satellite;navigation system;shipping
导航系统的自主研究能力在一定程度上直接决定了一个国家的科技发展水平。航天事业及国防事业对导航系统有较大需求。从20世纪的80年代开始，我国就对北斗系统进行了研究和探索，并且，在21世纪初，已经构建了相对完善的导航系统，即北斗三号系统。在未来的发展过程中，我国会继续加强对卫星的研究工作，并积极探索北斗卫星在多个领域中的应用价值，以促使北斗卫星发挥最大的作用，进一步推动我国经济发展及国防力量提升。
一、北斗卫星系统概述
(一)北斗卫星导航系统的组成
我国的北斗卫星导航系统是继美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯之后的第三个成熟的卫星导航系统。我国的北斗卫星系统是世界卫星系统的重要组成部分，也是我国自主研发和自主发射构建的卫星系统。我国在后续的工程开展及国防事业中不用再依赖其他国家的卫星系统，并能为全球用户提供高质量的导航服务。1994年，我国开始进行北斗卫星系统构建的部署工作，2012年完成了对亚太地区的卫星定位授时服务，2017年完成了“一箭双星”的发射方式。“一箭双星”的发射方式对我国未来的卫星系统构建十分关键且必要。究其原箭双星”的发射方式一方面能进一步提升我国北斗卫星系统构建的效率，另一方面能够使我国卫星发射手段得到强化。2018年，我国利用长征三号完成了第37、38颗北斗导航卫星的发射。2022年，我国发射了北斗三号的最后一颗全球组网卫星[1]。这预示着我国在未来的卫星系统构建工作中将会完成更多更高精度和更高水平的卫星发射。加快北斗卫星系统的构建工作，能为我国及他国用户提供更加精确、更加快速的卫星定位服务。从目前我国的发展形势来看，我国的卫星精度及卫星定位速率相比于美国已经难分伯仲，这是我国近三十年完成的卫星系统构建工作的重要成果。未来，我国将继续加强对卫星定位系统的构建工作，加强对相关工作人员的专业能力培养，为后续工作的开展奠定坚实的基础。
(二)北斗卫星导航系统的具体特点
第一，我国北斗卫星的发展具有较多特点，如具有独立自主性、开放性、兼容性及稳定性等特点，多特点并存是我国卫星系统构建工作的重要表现。
第二，北斗卫星系统相比于其他两个成熟的卫星定位系统，最大的优势就是能够将短信通信服务与导航服务有机结合起来。我国的北斗卫星导航系因，“一统能够为全球用户提供个体通信和群发信息服务，保证所有集中用户实现点对点的通信。
第三，北斗卫星能在24小时内完成对相应目标的定位和监视服务，并且，北斗卫星提供的定位服务能够将精度缩小到10m内，授时的精度能够优于20纳秒。当下，我国的卫星定位系统构成已十分全面，其精确度和美国的GPS相当，为我国的发展提供了强大助力，也能为全球用户提供导航服务。
第四，我国北斗卫星的构建工作一直秉持着为全球用户服务的宗旨。当下，我国北斗卫星的无源定位服务尚未上线，对有源定位的服务用户在54000左右[2]。我国的卫星服务工作是免费的，这是我国作为世界大国为世界作出的重要贡献。
第五，北斗卫星的研制目的之一是保证我国的军事国防事业稳定发展，在数据处理及保密工作开展中具有较强的保密性。因此，军用通道和民用通道的设置是我国卫星定位系统服务的关键特点之一。
二、北斗卫星系统的发展
(一)北斗卫星系统的建设原则
为保证北斗卫星拥有更长的使用寿命和更高使用价值，以及减少后续的维护费用和降低维护难度，研究人员应在系统构建及技术研究过程中遵守“从区域化服务转向全球性服务”这一原则。北斗卫星的建造周期很长，但是，技术人员不能一味地追求建设效率而忽视建设质量。在卫星导航系统构建环节中，技术人员应重视对卫星精度的研究。精度的提高能赋予卫星更高的应用价值与数据使用效率，为我国的卫星事业发展奠定基础。
(二)北斗卫星导航系统的发展进程
我国卫星系统的构建时间较长，为保证系统构建及系统未来运行的稳定性、可靠性，相关工作人员应加强对卫星系统原理与技术应用的研究，从而实现卫星价值的最大化。在无源区域化服务启动后，北斗系统自身的运行稳定性和运行效率有了显著提升，甚至在一些纬度相对较低的区域也能保持较高的精度。这为我国北斗卫星的系统构建打下了坚实基础，也在一定程度上意味着我国的卫星发展进程将进入下一个构建阶段。
三、北斗卫星系统在航运中的应用
(一)北斗在航标助航中的应用
为了对我国沿海区域的RBN-DGPS进行基站测试，我国在2015年进行了北斗差分信息的播发实验，主要是利用无线电指向标同步播发BDS和GPS的差分信息。在长达一年的实验测试工作中，工作人员对范围内及范围外的精度和效率进行了测量，并针对不同系统使用设计的数据进行了横向对比，为后续的北斗卫星系统构建实践提供了有价值的实验信息，利于后续优化和改进工作的开展[3]。
以天津上古林RBN-(DBDS+DGPS)台站播发的信号测试为例，结论如下。
第一，信号系统覆盖范围能够达到方圆300km，此范围内的使用效果和精度控制良好，但是在300km外收到的信号相对较弱，精度也会受到严重影响。
第二，北斗卫星与GPS的精度没有太大区别，但是所有联合定位系统的精度都高于单个系统的精度，相当于GPS精度提升25%，北斗卫星系统定位精度提升30%。
第三，单独的北斗卫星导航系统的定位精度和性能优于RBN-DGPS系统设计要求(在距离台站300km范围内，伪距差分精度平面优于5m、高程优于7m)。
(二)北斗航标遥测遥控系统
利用北斗卫星定位系统及通信系统在离海相对较远的地区进行遥测遥控时，其定位功能可以实现对上千个区域的定位服务，能为我国海域面积的控制和定位提供重要帮助[4]。
图 1 用户监控界面
(三)北斗导航简短通信功能
北斗系统能实现船只与船只之间、陆地与船只之间的直接通信。并且，北斗卫星自身的信息传送能力较强，在信息编辑完成后能在1秒钟内快速转发，能为我国海域内船只工作的开展提供信息支持和帮助。在实际工作开展中，如果船只遇险，北斗系统可以利用通信功能快速定位遇险船只，发挥导航及救险的功能，最大程度地降低船只发生意外和事故的几率，提高我国海洋航运的效率和安全性。(四)北斗在海事测绘中的应用
1.北斗连续运行服务参考站系统
由于我国海域面积十分辽阔，因此加强对所有海域面积的测绘管理有助于我国后续开展相应工作。2015年，我国开始对北海、南海等海域进行参考站建设，并计划分三期完成对我国所有沿海地区的全覆盖。
2.北斗的无验潮水深测量
我国渤海地区高精度的3D定位导航实验，以及远距离定位技术、潮位测量和提取技术，可应用北斗卫星导航开展潮位监测工作。水深测量工作的开展能够为我国渔业及船舶业的发展作出贡献。
3.北斗4D导航服务系统研究
北斗4D导航服务是我国卫星定位系统工作中的一项重要应用，其在运行过程中能对数据进行精确测量，并高效处理差分数据。依托北斗4D导航服务系统，我国海洋航运事业能获得更多的实时气象信息等综合数据。
(五)北斗在水上安全信息播发中的应用
1.北斗安全信息播发
北斗系统的重要作用之一是为航运船只提供安全信息的播发。在航海船只运行及工作中，北斗系统可以根据周围环境的变化及时分析并制订可行方案，保证船只安全通行。水上安全信息播发的准确性关系着我国海事发展及国家经济发展大局。及时向航海船只提供安全信息是我国作为沿岸国家的义务和责任。随着我国国际地位的不断提升，在如今的发展背景下，加强对其他国家船只的安全信息供应是十分关键且必要的。北斗系统在运行过程中可以对航海船只及海上情况进行实时监控，从而给予迷航船只精确的定位服务和方位指导。加强对北斗技术的研究和应用，能够进一步提升我国海上定位的精度及实际价值，保证信息播发更快、更准。
2.北斗/AIS一体化
在我国北斗卫星定位系统构建环节中，将船舶自动识别系统与卫星定位系统相结合，可以在基站覆盖范围内对相应的船只进行监视。当船只离开基站的监视范围后，北斗位置的报告功能将会自动开启。这一技术的应用能为后续船舶监控提供支持，并在进出港、电子签证等方面发挥关键作用，为我国的海洋事业发展作出贡献。
四、总结
综上所述，我国在发展过程中对卫星定位系统有很大需求，因此，工作人员及技术研究人员应积极加强对北斗卫星导航系统的研究，切实解决相关问题，积极拓宽北斗卫星的应用范围，提升卫星系统应用的价值，从而为航运提供支持，促进我国经济发展并提升我国国防力量。
【参考文献】
[1]何晓宇，方泽兴.北斗卫星定位系统在水运工程中的应用展望[J].水运工程，2021(07).
[2]郑巍，黄盛杰，刘斌.浅析北斗卫星导航系统在农业工程中的发展和应用[J].农业装备与车辆工程，2020(07).
[3]刘若林.基于北斗卫星导航系统的差分定位应用的研究[J].通信电源技术，2020(08).
[4]杨明恵，王春岐.简谈北斗卫星系统在航海保障领域的研究应用[J].信息周刊，2020(7).
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