基于北斗二代系统的船载定位终端概要
(完整版)海洋船舶北斗定位导航系统解决方案(海洋)
海洋船舶北斗定位导航系统解决方案华云科技有限公司2013年10月目录一、综述 (4)二、系统解决方案 (5)（一）设计目标与原则 (5)1.设计目标 (5)2.设计原则 (6)（二）总体方案设计 (6)1. 卫星导航运营中心 (7)2. 岸端监控中心 (8)3. 船载北斗定位导航终端 (8)（三）岸端监控中心功能设计 (9)1.岸船信息互通 (9)2.位置监控 (9)3.应急调度 (9)4.船舶报警 (10)5.增值信息服务 (11)6.系统管理 (11)7.系统接口 (12)（四）船载北斗定位导航终端 (13)1.主要特点 (14)2.终端功能 (14)3.主要性能指标 (19)（五）硬件环境要求 (20)1. 主机存储 (20)2. 网络 (21)3. 系统支撑软件 (21)三、系统造价 (23)（一）概算一（终端含屏及本地导航） (24)（二）概算二（终端不含屏） (25)一、综述最古老的航海导航的方法是罗盘和星历导航，人类通过观察星座的位置变化来确定自己的方位；最早的导航仪是中国人发明的指南针,后来发展成一直为人类广泛应用的磁罗经。
在随后的两个世纪里，人类通过综合利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。
卫星技术应用于海上导航可以追溯到20世纪60年代的第一代卫星导航系统Transit,但是它有不连续导航、定位的时间间隔不稳定等缺点。
GPS系统的出现克服了Transit系统的局限性,而且提高了定位精度、可进行连续的导航、有很强的抗干扰能力，取代了陆基无线电导航系统,在航海导航中发挥了划时代的作用。
2000年我国建成北斗卫星导航试验系统，中国成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
截至2012年底，北斗卫星导航系统已经成功发射16颗卫星，并组网运行，形成区域服务能力。
目前在北京、郑州、西安、乌鲁木齐等地区，中国卫星导航定位精度可达7米，在东盟国家等低纬度地区，定位精度可达到5米左右。
随着新一代北斗导航卫星的发射，以及在技术以及管理上的诸多创新,北斗卫星导航精度有望继续提高。
船舶北斗标准
船舶北斗标准全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：船舶北斗标准是指船舶在使用北斗卫星导航系统时需要遵守的一系列规定和要求。
北斗卫星导航系统是我国独立研发的全球卫星导航系统，由一系列卫星、地面控制系统和用户终端组成，为全球用户提供高精度、高可靠的定位、导航和时序服务。
在船舶领域，北斗卫星导航系统广泛应用于船舶定位、航行导航、船舶监控等方面，为航海安全和船舶运营提供重要支持。
船舶北斗标准是在国际海事组织（IMO）和国内相关管理部门的指导下，基于船舶安全和管理的需要制定的标准。
船舶北斗标准主要包括以下几个方面的内容：一、船舶北斗设备的技术规范：船舶在安装北斗卫星导航设备时，需要符合一定的技术规范和标准。
这些规范主要包括设备的性能指标、安装位置要求、接口要求等，确保设备在船舶上的良好运行。
三、船舶北斗服务的要求：船舶在使用北斗卫星导航系统时，需要遵守一定的服务要求。
这些要求主要包括服务的稳定性、精度要求、故障处理等，确保船舶在航行中获得准确可靠的导航服务。
四、船舶北斗监督管理的制度：船舶在使用北斗卫星导航系统时，需要建立一套监督管理制度。
这些制度主要包括设备巡检、数据备份、使用记录等，确保船舶北斗设备的正常运行和保养。
船舶北斗标准的制定对于船舶安全和船舶管理具有重要意义。
船舶北斗标准的落实可以提高船舶的导航安全性。
北斗卫星导航系统提供的高精度、高可靠的导航服务，可以帮助船舶准确把握自身位置和周围环境，避免发生碰撞、搁浅等事故。
船舶北斗标准的执行可以提高船舶的运输效率。
北斗卫星导航系统具有全球覆盖、24小时不间断的优势，可以帮助船舶选择最佳航线、提高航行速度、减少燃油消耗，从而提高船舶的运输效率和经济效益。
船舶北斗标准的实施可以提升船舶的竞争力。
作为先进的导航技术，北斗卫星导航系统在全球范围内得到广泛应用，符合国际通用标准，可以帮助船舶提升在国际市场上的竞争力，赢得更多的订单和客户。
船舶北斗标准的遵守可以促进航运业的可持续发展。
浅谈北斗卫星导航系统在航海保障方面的应用
浅谈北斗卫星导航系统在航海保障方面的应用北斗卫星导航系统是中国自主研发的卫星导航系统，由于其高精度、高可靠性和全天候全球覆盖的特点，被广泛应用于航海保障领域。
本文将着重探讨北斗卫星导航系统在航海保障方面的应用，包括海上航行、港口管理、船舶监控等多个方面。
北斗卫星导航系统在海上航行中发挥着重要作用。
通过北斗卫星导航系统，船舶可以实现精准定位和航向导航，提高航行的安全性和效率。
船舶在远洋航行中往往需要长时间航行，而在无人岛屿或者较远离陆地的海域航行时，海上定位和导航尤为重要，北斗卫星导航系统可以为船舶提供高精度的定位和导航服务，确保船舶可以安全到达目的地。
北斗卫星导航系统在港口管理方面也有广泛应用。
港口作为船舶的装卸和停泊地点，对船舶的进出港、停泊、装卸等环节需要实时的位置和导航信息。
通过北斗卫星导航系统，可以实现港口内船舶的位置监控和安全引导，加强港口管理，提高港口作业效率和安全性。
北斗卫星导航系统还可以用于船舶监控和溯源。
船舶监控是指通过北斗卫星导航系统对船舶进行实时监控，了解船舶的位置、航向、速度等信息，及时发现异常情况并进行处理。
通过北斗卫星导航系统，可以实现对船舶的全程监控，确保船舶安全航行。
而船舶溯源则是指通过北斗卫星导航系统对特定船舶的历史航行轨迹进行回溯，加强对过往船舶的监管和溯源，确保海上秩序和安全。
需要注意的是，虽然北斗卫星导航系统在航海保障方面的应用已经取得了显著成效，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。
北斗卫星导航系统的信号受地形、建筑物等影响，会出现信号盲区；而在海上航行中，天气条件也会影响北斗卫星导航系统的使用效果。
需要在技术上不断改进和完善北斗卫星导航系统，提高其稳定性和可靠性，以确保其在航海保障方面的应用能够得到更好的发挥。
还需要加强对北斗卫星导航系统的推广和培训，提高航海人员对其使用的熟练程度，从而更好地发挥其作用。
也需要加强国际合作，推动北斗卫星导航系统在全球范围内的应用，为全球航海保障做出更大的贡献。
北斗导航技术在船舶定位中的应用
北斗导航技术在船舶定位中的应用摘要：船舶航行安全，始终都是航运监控中的重中之重，主动作为、科学监控是有力维护安全形势持续稳定的积极举措。
本论文分析了目前船舶航行监控中主要采用的船舶定位手段，对这些手段的覆盖范围、信号接收频率等内容进行了研究，并通过对北斗系统定位技术在这些方面的数据比较，得出了为什么建议在国际航线、省际航线船舶上安装北斗终端，从而提升船舶航行安全保障和监控能力。
并且通过船舶在安装北斗前后的航行轨迹比对，对给船舶加装北斗终端的建议进行验证，获得实际的数据支持，从而得出必要性的结论。
关键词：船舶安全；船舶定位；北斗系统引言北斗导航技术和GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）技术的实际应用价值是在于定位，知道船舶海上行进路线。
GPS技术是美国所研发在全球第一个投入使用的卫星导航系统，该技术的各个方面都是极为成熟的，其系统性能极为稳定，伴随着我国北斗导航系统的发展，这种类型的垄断优势逐渐被打破，北斗导航系统是中国自主开发的定位以及导航技术，他的出现不仅推进航空航天领域的发展，也提升我国在国家范围内的实际影响力。
在一定程度上北斗导航技术和GPS技术是能够在全球范围内进行导航以及定位的，其也能够运用在各领域中，特别是在航海领域中。
北斗导航系统是一种全天候的卫星导航信息的导航系统，他的出现打破了GPS市场中的垄断，在对于推动我国导航发展有着极为重要的意义和作用。
在二十世纪之后，定位导航技术研究学者在航海期间记录下船只航行以及运行的变化来推算船只的地理位置。
二战结束后，为能够取得更大的胜利，让战斗机在空中作战的能力更为准确，人们发明了一种无线电定位系统，但是伴随着该系统的快速发展，其能够很好的运用在航海定位中，该技术一直发展到当前的卫星定位系统，这才将人们带入到一个崭新的时代，全球定位系统能够给地球上任何地位在海上运行的船舶进行导航，准确的找到自己的地理位置。
通过对北斗导航技术和GPS定位技术在船只航海定位当中的应用进行相应的对比分析，促进我国航海技术的可持续发展。
基于北斗卫星通信系统的船载终端串口通信
第20期2023年10月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.20October,2023作者简介:李宏豆(1989 ),男,河北石家庄人,工程师,本科;研究方向:卫星通信㊂基于北斗卫星通信系统的船载终端串口通信李宏豆,杜美净,崔冬睿(河北神舟卫星通信股份有限公司,河北石家庄050200)摘要:北斗船载终端可提供船舶定位报告㊁北斗短报文通信㊁应急报警㊁船舶沉没预警等多种功能㊂该系统可以在落入水中后准确地控制释放深度,可以对船只进行导航和定位,可以通过该系统对船只进行定时报告,从而达到对船只的位置进行预警的目的㊂装备了北斗卫星的船只,不但能够增强船只与岸边之间信息交流的实时性与客观性,为船只的航行管理提供有力的技术支持,还能够在恶劣的天气㊁复杂的航道条件下,对船只的位置进行实时监控,从而获得准确的航行信息㊂文章主要研究了船载终端系统的主要功能,串口通信的关键技术以及相关的数据处理,从而提高系统的定位精度,并克服了没有基站的问题,提高了系统的可靠性,扩大了信号的覆盖范围㊂关键词:北斗卫星通信系统;船载终端;串口通信中图分类号:TN927㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀北斗卫星系统是我国自主研发的一种自主导航系统,它拥有自己的自主知识产权,不受任何国家的影响,可以实现全球巡逻的卫星系统㊂北斗卫星系统的功能很多,不仅可以免费提供卫星定位,还可以免费提供开放服务,对我国的海事事业作出了重大贡献㊂航标系统就是从这里诞生的,它也因此成了海上交通安全保障体系的重要组成部分㊂在海上航行时,若能见度很低时,航标体系会通过不停地闪烁灯光㊁改变灯色等行为,来提醒附近的船只,避免发生危险㊂综上所述,对航标进行有效的监控和精准管理,不仅可以让航标变得更加准确,还可以保证航船在行驶过程中的安全㊂1㊀北斗卫星通信系统船载终端1.1㊀船载终端系统简介㊀㊀北斗卫星通信船载终端是将中国卫通的 中寰无限 平台作为基础,整合了北斗卫星㊁世广卫星㊁GPS 等多项资源,实现了对车辆㊁船舶等移动对象的监控㊁指挥㊁防盗㊁导航等多项功能[1]㊂该系统可以接收来自渔业管理机构的气象㊁海洋情况和灾害预报;可以为渔船提供精确定位和相关状态;可以记录渔船的航行轨迹及发生的各种情况;还可以配置油量传感器,检测油箱油量,并上报可续航船里程㊂该系统完成了北斗卫星的短报文通信,可以对海洋渔业资源和渔船进行高效安全的生产管理,可以对渔船的位置进行精确定位与实时监控,还可以对各类信息进行快速查询并以图形化的方式将其分布情况呈现出来㊂北斗卫星的通信模块是由北斗卫星的功率放大芯片㊁功能芯片㊁射频发送芯片㊁无线定位系统等组成,具有体积小㊁节能减耗㊁精度高等特点,能够满足人们对精确定位和通信信息精准传递的需要㊂在海上航行时,北斗卫星系统能够将航标附近的信息及时地发送出去,且精度很高㊂系统能将航标信息与周边的海域特征㊁天气状况相结合,并将这些信息通过电缆准确地传送给航标终端㊂综合了这些有用的信息,航标灯的管理人员能够及时观察到航标灯周围信息的变化,做出相应的警告,保证船只的安全航行[2]㊂1.2㊀船载终端系统组成㊀㊀船载终端是 北斗-中寰无限 平台的核心部件,将北斗㊁世广㊁GPS 三大核心技术融合在一起㊂在与岸上监测中心进行通信的同时,船载终端将文本和CPS 的位置信息传输到北斗,再将其传输到地面接收站,最后通过互联网将其传输到用户手中㊂数据下行经世广卫星,岸上监测中心把文本信息传送到卫星地面接收站,再把文本信息传送到世广卫星,最终把世广卫星传送到船舶上的终端㊂通过分析,可以得出舰载终端与监控中心以及其他舰载终端间的通信信息定义㊂所述船舶上的终端可以向所述监测中心发出指令,以查询其他船舶上卫星终端的经纬度;也可以向监控室或其他船只的终端发送短信息㊂舰载卫星终端机接收监测中心发出的指令,并将经纬度等信息传送到监测中心㊂1.3㊀船载终端主要功能㊀㊀(1)定位功能:在接收到位置信息后,将位置㊁时间㊁速度㊁方向㊁精度㊁GPS 可利用的卫星数目等信息输出到串接口,向其他终端提供定位信息㊂(2)通讯功能:通过SMS 与监控室进行通信,一次发送不多于120个汉字的信息㊂(3)报警功能:可以将本地位置㊁救援方法等信息的内容发送到主站㊁其他终端㊁监控中心㊂(4)区域报警:监控中心可以为终端划分1个或多个报警区域(以经纬度为基准)㊂在终端进入这个区域之后,会发出声光报警㊂(5)控制命令:接收指挥中心的命令,执行相应的命令,如开启或关闭监听㊁开启或者关闭警报㊁熄火㊁左右转向等㊂(6)终端机位置报告:终端机可以按照监控室发出的报告次数(5s 255d)来报告自己的位置,让监控室对终端机进行监视㊂(7)状况报告:终端可以在进出指定位置时,将指示发送给监测中心㊂(8)信源保密功能:该功能采用CDMA扩频方式,每个用户根据这个多项式生成唯一的扩频码,终端根据扩频码把数据传送到卫星㊂下行链路的信息则是一种被主站加密过的密码㊂当终端收到后,会将SIM卡发送过去,然后对其进行解密㊂这种 端到端 的安全体系能够相互配合,确保信息的保密性㊂2㊀北斗卫星的串口通信关键技术2.1㊀串口通信系统概述㊀㊀北斗船载终端是一种由主机与浮力解除机构构成的系统,其在落入水中时,需具备自动浮起与解除的能力㊂静水压力释放器的形式有很多种,最主要的表现就是在释放执行机构上有很大的不同㊂其工作原理是利用水压力让内部的膜片产生变形,从而引发内部的释放执行机构动作㊂以静水压力释放器为例,它的内部机械结构核心组件由膜片㊁卡扣㊁弹簧和锁定柱等组成[3]㊂在正常的情况下,带有固定孔隙的锁定柱在弹簧弹力的作用下,被卡扣牢固地固定在释放器的腔体内部㊂当水流进释放器内部的腔室以后,在水的压力作用下,内部膜片会发生一定的变形㊂当这种变形力大于弹簧的弹力之后,就会使弹簧被压缩㊂当弹簧被压缩到一定的程度以后,会导致固定锁定柱的卡扣脱落,锁定柱会从释放器腔体的内部脱落,从而实现释放功能㊂2.2㊀串口通信系统的框架结构㊀㊀北斗船载终端同时具有北斗定位㊁短报文通信等多项功能,其安装与使用对设备的位置要求很高,故应尽量将其设置在船舶较高的位置(台风时更易遭受强风的影响),以便在船舶发生危险或下沉时,其主机能够迅速脱离固定基座,浮出水面以示位置预警㊂当将常规的静液压释放器用作装置的主机与固定基座的连接机构时,一方面,静液压释放器的单体体积比较大;另一方面,需要考虑与释放器本身结构相适应的释放方式㊂因此,装置的整体结构设计受到了很大的限制㊂由于释放器内的锁紧螺栓是依靠膜片㊁卡扣以及弹簧之间的力来将其紧紧地固定在空腔内部,锁紧螺栓之间有可以移动的空隙,无法进行可靠的锁紧,这就造成了装置主机与固定基座之间留存的空隙很大,如果安装在震动比较大的环境之中,就可能会有掉下来的危险㊂对于设备主机或固定底座一方的结构件,要用锁紧螺栓配合锁紧螺栓上面的固定孔隙来固定㊂在落水释放时,为了让设备主机与固定底座能够迅速㊁彻底地脱离,通常都会在二者之间设置一根具有一定弹性的不锈钢弹簧㊂在组装整个设备时,要靠着外力对弹簧进行适当的压缩,这样才能让插头正好可以通过锁定柱上的固定孔,而锁定柱是可以旋转的,所以组装起来既烦琐又耗时㊂3㊀北斗卫星通信系统的信息工作3.1㊀通信系统的数据监测㊀㊀北斗数据监测中心是北斗卫星通信系统的重要组成部分㊂通过利用数据监控中心,系统能够对当前的数据信息进行实时的了解,并进行预报预警,在它的内部除了有卫星指挥型终端,还包含了数据应用服务器和水情数据库等㊂数据监控中心负责对相关的数据进行管理分析,还要确保系统的各项功能可以正常运行㊂北斗监控中心的终端会根据收集到的相关数据进行分析运算,从而判断出使用者的所在地点;再将与之相关的信息,发送到使用者的手中㊂卫星接收终端兼收性好㊁容纳性强能够同时接收500多个下一等级用户的信息㊂除此以外,还能和全球定位系统连接,能够对用户的具体位置进行准确的定位㊂另外,卫星的接收终端还有一个通播的功能,在系统将相关的数据信息发送给用户时,其通信传送的基本方式类似于广播,即可以通过系统,将数据信息同时传送给下属的终端㊂基于 中寰无限 信息平台的通信理论,监测中心的信息经互联网传输到卫星地面接收站,再由后者传输到北斗卫星通信系统㊂在此过程中,因为网络的原因,可能会出现丢包等错误,所以串口通信软件必须识别出文本信息的正确性㊂在经过较为复杂的航行线路时,当信号问题积累到一定程度时,就会造成进一步的定位误差,这种情况下往往会造成系统接收不到正确的定位信息,导致下一阶段的航行出现偏差㊂所以,在程序中要增加判断语句,剔除无效的数据,将有效的数据进行下一步㊂3.2㊀通信系统的数据处理㊀㊀同时,在此基础上,通过在系统中设置数据处理单元,实现对各类数据的集中处理,从而实现对海量数据的高效处理㊂其次,为了保证监控中心与各数据服务器间的信息互通,本文提出了一种新的解决方案㊂在北斗卫星通信监测中心,用于接收相关信息和数据的服务器,主要有2个通道:一个是因特网,另一个是卫星㊂两者的作用也是天差地别㊂利用互联网可以更快速㊁稳定地传递有关数据信息,以网络IP协议为基础,与北斗卫星通信网络相结合,使其在接收数据时更加方便㊁高效;而通过卫星将资料和资料传送给伺服器,则是通过卫星通信协定来接收资料[4]㊂为了保证系统在任何时候都能稳定的工作,需要一个数据库作为支撑㊂所以,在对水情进行测报和监测的时候,需要基于监控中心来构建与之对应的水情数据库,这既有利于大数据的检索和利用,也能极大地提高对有关数据的存储和备份的效率㊂4㊀北斗卫星导航终端发展趋势4.1㊀芯片化㊀㊀目前,我国已在多模式㊁多频段等多个方面取得了重大突破,但其核心技术尚不完善㊂从芯片的观点出发,北斗卫星导航终端应该具备如下特点: (1)具有可以进行快速导航定位㊁信号处理㊁数据通信以及人机互动的高性能和高度集成化的导航信号处理器;(2)具备高精度全球导航卫星系统(GNSS)定位技术,可为卫星提供高精度的空间位置信息;(3)具有智能化处理功能,采用先进的基带与RF处理算法,能够满足各种应用场合的需求,进行快速㊁动态的定位与导航;(4)提供了支持多个通信协议㊁多个应用程序函数的丰富界面㊂4.2㊀标准化㊀㊀我国在北斗卫星导航终端的发展过程中,已经逐渐建立起了北斗卫星导航终端的标准体系,这也是我国自主研发的北斗卫星导航终端设备可以持续取得成功,并在全球市场中占有更高市场份额的重要保证㊂从当前北斗卫星导航终端产品的使用现状来看,要想推动其使用,推动该行业的发展,需要重点做好如下工作:(1)研究并完善与之配套的北斗卫星定位系统的技术标准㊂目前,国家已建立了一套从设计㊁制造到检测验收的北斗终端技术标准㊂然而,在建立并健全技术标准体系的过程中,还应根据不同的应用领域,在不同的时间阶段展开相应的研发工作,并与国内外的技术发展趋势以及用户的使用需求相结合,逐渐构建一个功能丰富㊁性能稳定㊁兼容性好㊁成本低的北斗卫星导航终端标准化体系㊂(2)逐步构建北斗卫星定位系统的测试系统㊂目前,国内已有一套针对北斗卫星导航终端的测试系统,但测试手段相对单一,对其产品质量造成了一定的影响㊂为此,有必要根据不同的应用要求,对其进行有效的检测㊂(3)支持我国自主研发的北斗卫星定位系统设备,积极地参加相关国际标准的制订㊂在国际标准组织制定相关规则的过程中,我国应企业充分发挥自身在技术㊁生产和市场等方面的优势,积极参加标准组织所进行的系列工作㊂在参与国际标准化活动中,提升我国北斗卫星导航终端设备的知名度和美誉度,逐渐扩大我国北斗卫星导航终端产品在国际市场中的影响力㊂5 结语㊀㊀总体来看,中国北斗已有20多年的历史,已形成了一条完整的产业链㊂中国北斗将在今后的工作中,不断加强该系统的建设与应用㊂随着我国北斗技术的发展,中国北斗在GNSS领域的地位也将越来越重要㊂通过该方法开发的软件,能够使航行中的船只很好地掌握本船所处准确的地理位置㊂通过这一数据航行中的船只能够及时地判断出其他船只的地理位置,这对于避碰㊁避险有很大的帮助㊂通过本系统实现了与监测中心的对接,为各船公司之间的信息交换提供了一个重要的通道㊂交通管理部门可以通过船载终端软件,将陆地监控中心收到的数据内容转发到执法艇,从而让这艘执法艇具备陆地监控中心的功能,在船上看到所有航行船舶的位置信息,方便在内河航行时进行及时的调度㊂在其他船只遇到危险或需要救援的时,可以将最近的船只安置在附近,实施救援㊂参考文献[1]黎俊明.北斗卫星导航终端的发展分析[J].信息通信,2018(3):96-97.[2]高强.北斗卫星导航终端的发展分析[J].现代导航,2017(4):239-242.[3]雷创,王党卫.卫星导航芯片技术发展趋势分析[J].现代导航,2012(3):160-164.[4]陈龙.探究北斗卫星通信技术在航标遥测遥控系统中的应用[J].珠江水运,2020(16):18-19.(编辑㊀姚㊀鑫)Shipborne terminal serial communication based on Beidou satellite communication systemLi Hongdou Du Meijing Cui DongruiHebei Shenzhou Satellite Communication Co. Ltd. Shijiazhuang050200 ChinaAbstract Beidou shipboard terminal can provide ship positioning report Beidou short message communication emergency alarm ship sinking warning and other functions.The system can accurately control the release depth after falling into the water in general the ship can be navigated and positioned the ship can be reported regularly through the system when the ship is in danger or submerged the system can also be in danger or submerged in the case of automatic release so as to achieve the purpose of early warning of the ship s position.Ships equipped with Beidou satellites can not only enhance the real-time and objective information exchange between ships and the shore and provide strong technical support for the navigation management of ships but also monitor the position of ships in real time under bad weather and complex channel conditions so as to obtain accurate navigation information so as to effectively avoid reefs and shoals enhanced the navigation safety of ships.Key words Beidou satellite communication system shipborne terminal serial communication。
北斗定位系统和定位终端介绍
北斗定位系统和定位终端介绍————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：北斗导航定位系统和定位终端介绍一、北斗导航定位系统的概念北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为BDS[1-2],与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。
北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。
空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。
地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。
用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成。
中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。
北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。
北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。
该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。
[3]中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。
而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。
2011年12月27日起，开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。
2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务；民用服务与GPS一样免费。
北斗系统在渔船信息化管理中有关问题的探讨
第17卷 第9期 中 国 水 运 Vol.17 No.9 2017年 9月 China Water Transport September 2017收稿日期：2017-06-09作者简介：王振洲（1990-）男，北京人，中国水产科学研究院渔业工程研究所研究实习员，研究方向为渔业信息化。
基金项目：中国水产科学研究院基本科研业务费项目（2016HY-ZC10-7）。
北斗系统在渔船信息化管理中有关问题的探讨王振洲，王 宇，蒋庆朝（中国水产科学研究院渔业工程研究所，北京 100141）摘 要：北斗卫星导航系统以其精准的定位和短报文收发能力，为海洋渔业生产作业提供自主定位、遇险报警、船岸通信服务，对渔民安全生产发挥了巨大作用。
系统应用过程中存在一些问题，文中结合北斗船载终端设备在沿海各省市渔船的安装和使用情况，指出应用过程中存在的问题，并提出一些对策措施，希望北斗导航系统在海洋渔业上有更好的应用发展。
关键词：北斗；渔船；应用中图分类号：TN967.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）09-0097-03一、北斗系统在渔船信息化应用的现状2013年，中国渔船装备技术发展论坛上，农业部有关专家明确指出，要积极推进信息化建设在渔船安全装备上的推广和应用，实现中国渔船装备现代化。
结合当前海洋渔业生产的现实需要，中国第二代卫星导航系统专项管理办公室和农业部渔业局经过协商，已将“北斗海洋渔业行业应用示范工程”列入重大专项行业应用示范项目计划。
农业部计划以此为契机，加强北斗导航系统在海洋渔业安全管理和救助指挥领域的应用。
北斗卫星导航系统可为海洋渔业生产作业者提供自主定位、遇险报警、船岸短报文互通服务；为各级渔业管理部门提供作业渔船的航迹路线、遇险救助联络、渔业资源环境保护等服务[1-2]，为保障渔民安全生产发挥了巨大作用。
北斗海洋渔业应用示范工程项目在海南、山东、福建、大连和青岛，部署北斗中远海渔船船载终端6,700余台。
北斗导航系统在航海领域的应用研究
北斗导航系统在航海领域的应用研究引言北斗导航系统是中国独立研发的全球卫星导航系统，具有覆盖面广、定位准确、信号稳定等特点。
近年来，随着航海事业的发展，北斗导航系统在航海领域中得到了广泛应用。
本文将分析北斗导航系统在航海领域的应用研究，并探讨其对航海安全和效率的提升。
一、北斗导航系统在航海船舶定位中的应用1. 提供精确船位信息北斗导航系统通过卫星定位技术，能够向船舶提供准确的位置信息，实现对船舶的精确定位。
船舶利用北斗导航系统可以追踪和监控自身位置，无需依赖传统的航行标志物或海图，提高了航海安全。
2. 提供导航和驾驶辅助北斗导航系统提供航行导航和驾驶辅助功能，帮助船舶船长进行航行计划、路径规划和航线导航。
这些功能提高了船舶的航行效率和准确性，并减少了人为错误。
3. 提供危险区域和海事警报信息北斗导航系统将危险区域和海事警报信息传输到船舶上，提醒船员避开潜在危险。
这些信息可以帮助船舶避免与其他船只或危险物体的碰撞，保障航海安全。
二、北斗导航系统在港口管理中的应用1. 船舶定位与调度港口管理是一项复杂的工作，北斗导航系统可以提供准确的船舶定位信息，帮助港口管理人员实时监控船只位置，优化船舶调度。
通过北斗导航系统，港口管理人员可以实现对船舶的追踪和管理，提高港口运营效率。
2. 航线规划与预测北斗导航系统可以通过集成海洋数据、气象信息和船舶位置等数据，帮助港口管理人员进行航线规划和预测。
这些信息可以帮助港口决策者准确判断航线的可行性和安全性，提前做好准备，减少船舶堵塞和事故发生。
3. 港口资源管理北斗导航系统可以与港口设施和物流管理系统进行集成，实现对港口资源的实时监控和管理。
这有助于港口管理者更好地利用港口资源，提高货物装卸效率，降低物流成本。
三、北斗导航系统对航海安全和效率的影响1. 提升航海安全性北斗导航系统为船舶提供精确的位置信息和警报信息，帮助船员避开危险区域和潜在危险。
这大大提高了航海安全性，减少事故的发生。
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http ://www．smujournal．cn第33卷第3期2012年9月上海海事大学学报Journal of Shanghai Maritime UniversityVol．33No．3Sept．2012文章编号:1672－9498(201203-0001-04基于北斗二代系统的船载定位终端应士君,王坤,刘卫,邹绪平(上海海事大学商船学院,上海201306摘要:为确保船舶航行安全,利用北斗二代卫星导航技术,设计船载定位终端．该终端以S3C2440ARM 处理器和Windows CE 6．0嵌入式系统为核心,以外围电路为辅,采用最小二乘算法,实现船舶的导航定位．通过MATLAB 软件对可见卫星数目和水平精度因子进行计算和分析,论证方案的可行性和可靠性,进一步推动北斗船载终端在航行中的应用．关键词:船载定位终端;ARM ;Windows CE 6．0;北斗二代系统中图分类号:U666．134;TP277．2文献标志码:AShipborne positioning terminal based on Beidou-2YING Shijun ,WANG Kun ,LIU Wei ,ZOU Xuping(Merchant Marine College ,Shanghai Maritime Univ．,Shanghai 201306,ChinaAbstract :In order to guarantee the ship navigation safety ,the shipborne positioning terminal was de-signed based on the Beidou-2satellite navigation system．TheS3C2440ARM processor and the Windows CE 6．0embedded system were taken as the core parts of the terminal which is assisted by the peripheral circuit．And the least square algorithm was used to realize the ship navigation and positioning．Then ,the numbers of visible satellites and horizontal dilution of precision were calculated and analyzed by using the MATLAB software．The results show that the design is feasible andreliable ,which can further promote the application of the Beidou shipborne terminal in the ship navigation．Key words :shipborne positioning terminal ;ARM ;Windows CE 6．0;Beidou-2收稿日期:2012-01-09修回日期:2012-05-17基金项目:国家科技支撑计划(2009BAG18B04;国家自然科学基金青年基金(61105097作者简介:应士君(1966—,男,江苏宜兴人,副教授,硕导,博士,研究方向为船舶导航与安全技术,(E-mail sjying@shmtu．edu．cn0引言北斗卫星导航系统(Compass Navigation Satellite System ,CNSS 是我国正在实施、具有自主知识产权的卫星导航定位系统．该系统由空间段、地面段和各类北斗用户组成,集导航、定位、授时功能于一体;分3个阶段进行建设,分别为北斗一代(区域有源双星定位,已完成、北斗二代(区域无源定位,建设中,记为BD-2、全球覆盖阶段．截至目前共有11颗BD-2卫星在轨,具有覆盖中国及周边地区,24h 全天候服务,高强度加密设计,安全、可靠、稳定等特点．随着远洋、内河航运产业发展和船舶通信导航及各类电子控制设备的日益完善,实现对船舶的全方位定位导航,及时掌握船舶在航行中的实际情况,快速了解船舶的动态数据,成为提升船舶管理水平的新标志．[1]因此,基于BD-2的船载定位终端设计,http ://www．smujournal．cn对确保船舶的航行安全具有重要意义．在北斗卫星导航系统的发展前景下,国内主要由神州天鸿、北斗星通、东方联星、华力创通等公司从事北斗接收机研发设计,在船舶监控[1]和海洋渔业[2]上均有应用．然而,此类应用主要建立在北斗一代船载接收机的基础上,市面上现存的BD-2接收机主要是少量的测试机、手持机,而成品民用船载机尚在研发阶段．鉴于此,本文设计基于BD-2的船载定位终端,主要有硬件平台搭建、定位解算算法、软件架构设计等几个方面,通过测试实验验证该方法的可行性．1硬件平台搭建该设计中基于ARM 和Windows CE 6．0(WINCE 6．0的BD-2船载定位终端硬件平台采用模块化设计方法,所有部件尽量采用成熟电子元器件．该系统硬件主要由BD-2导航模块、时钟模块、电源管理模块、数据通信接口和PVT (ARM 解算模块等组成．[3]系统硬件结构见图1．图1系统硬件结构BD-2导航模块主要由射频模块、A /D 采样模块、基带信号处理模块组成．射频模块分为2个通道,其中一个通道专门将B3频点射频信号变频为中频信号,而另一通道则通过切换方式将B1或者L1频点射频信号变频为中频信号．双通道A /D 将模拟中频信号数字化并作为基带信号处理模块信号输入,同时射频模块输出62MHz 参考信号,本地时钟信号作为ADC 的转换时钟,并且输入至基带信号处理模块作为信号跟踪基准时钟．基带信号处理模块完成信号的捕获、跟踪、解调,输出原始观测量．PVT (ARM 解算模块主要由极低功耗的ARM9处理器S3C2440,SDRAM ,NAND Flash 等硬件构成．PVT (ARM 解算模块完成对基带信号处理模块的控制,并将基带信号处理模块得到的观测量提取出来加以解算,得到解算结果,同时对整个系统的运行进行处理．数据通信接口部分设计CAN 总线接口、RS-485接口等,便于与雷达、ECDIS 和AIS 等设备互联,实现综合导航．2定位解算算法流程硬件电路BD-2导航模块设计中,基带信号处理模块主要采用的是北京华力创通科技有限公司的HwaNavchip-1北斗GPS 多频精密导航基带芯片．该芯片可同时接收BD-2的B3和B1频点信号(本文主要是利用B1频点进行导航定位解算,输出原始观测量;具有16bit 的并行数据总线接口,32bit 的ARM 微处理器S3C2440通过该接口可对HwaNav-chip-1进行配置,得到导航电文、集成电路工作状态等信息．通过ARM 开发工具ADS (ARM Developer Suit 对ARM 进行调试,使其解算用户位置、速度、时间等信息．该设计中采用基于伪距定位的最小二乘算法[4-5],定位解算算法流程见图2．图2定位解算算法流程2上海海事大学学报第33卷http ://www．smujournal．cn该算法通过伪距计算用户的位置:第1步初始化用户位置作为地球中心;第2步计算用户到卫星的距离及其信号传输时间;第3步根据地球自转效应修正卫星位置,并将卫星位置更新为以用户为中心的坐标系;第4步根据相关参数进行修正;第5步进行迭代运算;最后计算DOP ,并将ECEF 坐标系转化为CGCS2000坐标系,保存结果．3软件开发平台WINCE 6．0是模块化、可延展、实时性能好、通信功能强大、支持多种CPU 的嵌入式操作系统,与Windows 系列有较好的兼容性,支持WIN 32API ,便于快速开发产品,具有多线程、多任务等特点．[6]因此,该设计选用WINCE 6．0嵌入式操作系统．设计中软件架构主要包括WINCE 6．0系统的定制、移植和定位应用程序的开发．建立基本WINCE 6．0系统平台的一般过程是:设置系统平台;建立操作系统镜像;将平台传输到目标设备;调试系统平台．通过Platform Builder 应用程序可以方便地设置平台,建立操作系统镜像．定制WINCE 6．0的一般步骤见图3．图3定制操作系统的过程在进行WINCE 6．0定位应用程序设计开发时,开发语言采用的是Visual Studio 2008．开发的应用程序首先在模拟器中进行调试,调试成功之后下载到硬件设备中．实验时给出BD-2卫星的串口输出协议,设计定位导航显示界面程序[7],目的是查看船舶当前定位信息．4主要功能设计按照船用接收机软件需求分析,主要功能模块见图4．定位功能用于显示当前船舶的位置及时间信息;导航功能为船舶当前的航线进行导航及设定航迹偏差报警;报警功能对不合法操作及遇险报警．图4功能模块5测试实验及分析5．1串口输出协议分析通过对BD-2串口输出协议的理解,可以更好地提取导航定位信息:$BDGGA ,$BDRMC [8]等．以$BDRMC 语句为例分析串口输出协议:$BDRMC ,＜1＞,＜2＞,＜3＞,＜4＞,＜5＞,＜6＞,＜7＞,＜8＞,＜9＞,＜10＞,＜11＞,＜12＞*＜13＞协议中:＜1＞为定位时间(UTC ,hhmmss 格式;＜2＞为定位状态,A 表示有效,V 表示无效;＜3＞为纬度,ddmm．mmm 格式;＜4＞为纬度方向,N 或S ;＜5＞为经度,ddmmm．mmmm 格式;＜6＞为经度方向,E 或W ;＜7＞为速度;＜8＞为速度方向;＜9＞为当前UTC 日期,ddmmyy 格式;＜10＞为磁偏角;＜11＞为磁偏角方向;＜12＞为定位状态,A 表示有效,V 表示无效;＜13＞为校验和．5．2部分测试实验界面通过天线采样获得真实的导航定位信息,采样时间为2012年3月14日．以下测试结果只是初步设计要求,目的在于论证方案的可行性．下一步将按照船载定位导航需求,进行相应的应用开发,满足船舶日常航行需求．测试和导航界面见图5．图5测试实验界面5．3VSN 和HDDP本次测试时间段为2012年3月15日至2012年3月16日,共24h ,采样时间间隔为1s ;地点为上海地区;BD-2和GPS 星座使用当天广播星历计算卫星位置;用MATLAB 软件对接收到的数据进行3第3期应士君,等:基于北斗二代系统的船载定位终端http ://www．smujournal．cn分析处理．可见卫星数(Visible Satellite Number ,VSN 见图6．图6可见卫星数水平精度因子(Horizontal Dilution of Precision ,HDOP 描述的是卫星几何形态对平面定位的影响．[9-10]HDOP 分布见图7．图7HDOP 分布由图6和7归纳出的信息见表1．6结束语主要论证基于BD-2的船载定位终端设计的可表1BD-2与GPS 的VSN 和HDOP 值对照系统名称VSN (95%HDOP (95%最大值最小值平均值最大值最小值平均值BD-2745．137435．41．52．86022GPS1157．459672．60．71．14364行性和可靠性,在系统应用扩展方面未给出具体方案．综上得到:(1在ARM 和WINCE 6．0基础上设计基于BD-2的船载定位终端的思路可行、方法正确,可推动北斗卫星导航系统在海洋领域的应用,促进海洋经济的发展．(2受BD-2卫星在轨数目的客观限制,目前其VSN 低于GPS．尽管VSN 少,但可以保证我国及少数周边地区的定位导航．(3当前阶段BD-2船载定位终端的HDOP 保持在1．5 5．4之间,与GPS 的HDOP 值0．7 2．6相比较大,这是由当前阶段5颗GEO 卫星、4颗MEO 卫星及3颗IGSO 卫星的几何构型所决定的．根据误差(1σ=1ˑRMS 值ˑDOP 值[8],此时RMS 值为2m (统计值,则误差(1σ的范围在3．0 10．8m．(4本设计在电子器件选择、定位算法、导航软件界面丰富和软件扩展方面仍有不足之处,有待进一步提高．参考文献:[1]李晶,刘建,卢红洋．基于北斗卫星导航系统的船舶监控中心的设计与实现[J ]．数字通信世界,2011(S1:68-71．[2]胡刚,马昕,范秋燕．北斗卫星系统在海洋渔业上的应用[J ]．渔业现代化,2010,37(1:60-62．[3]应士君,邹绪平,刘卫,等．基于北斗二代系统的船用导航仪硬件设计及关键算法研究[J ]．科学技术与工程,2012,12(9:223．[4]彭丛林．北斗导航系统定位算法仿真研究[D ]．成都:西南交通大学,2009．[5]武英洁．船用北斗/GPS 联合导航终端的研究[D ]．大连:大连海事大学,2010．[6]华清远见嵌入式培训中心．Windows CE 嵌入式开发标准教程[M ]．北京:人民邮电出版社,2010:5-8．[7]汪兵．Windows CE 嵌入式高级编程及其实例详解[M ]．北京:中国水利水电出版社,2008:360-377．[8]王艳军,王晓峰．AIS 和北斗终端组合在船舶动态监控中的应用[J ]．上海海事大学学报,2011,32(4:17-21．[9]让-马利佐格．GPS 卫星导航基础[M ]．北京:航空工业出版社,2011:80-81．[10]杨元喜,李金龙,徐君毅,等．中国北斗卫星导航系统对全球PNT 用户的贡献[J ]．科学通报,2011,56(21:1734-1740．(编辑贾裙平4上海海事大学学报第33卷。