李燁 王漢斌

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所， 江蘇 南京 210007

引言

我國(guó)自主研發(fā)的北斗一號(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)已覆蓋我國(guó)及周邊國(guó)家與地區(qū)，全天候的服務(wù)，無通信盲區(qū)，無需其他通信系統(tǒng)支持，可同時(shí)解決自我定位與目標(biāo)定位的問題；同時(shí)自主研發(fā)的系統(tǒng)確保了其使用的安全性與保密性。因此，設(shè)計(jì)基于北斗一號(hào)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)急通信網(wǎng)，可以滿足部隊(duì)山區(qū)通信和執(zhí)行多任務(wù)的應(yīng)急通信需求，并可作為其它通信網(wǎng)的備份和補(bǔ)充手段，全面提高我軍在山區(qū)和應(yīng)急條件下的通信保障能力。

1 ．北斗一號(hào)系統(tǒng)工作原理

“北斗一號(hào)”定位系統(tǒng)由位于北京的地面中心站、三顆地球同步衛(wèi)星、分布于全國(guó)的幾十余個(gè)標(biāo)校站和用戶終端組成。系統(tǒng)各組成部分功能分別為：

衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器的作用是將來自于用戶機(jī)、標(biāo)校站的信號(hào)和中心站的出站信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

地面中心站接收來自于衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)的入站信號(hào)，經(jīng)過處理完成定位、通信和定時(shí)等功能，通過導(dǎo)航電文，可以了解和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。

用戶機(jī)具有收、發(fā)信號(hào)功能，通過衛(wèi)星與中心站進(jìn)行信息交互，設(shè)備比較簡(jiǎn)單。系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)內(nèi)可提供定位（導(dǎo)航）、短消息通信、 授時(shí)三項(xiàng)服務(wù)。

1.1 定位（導(dǎo)航）原理

“北斗一號(hào)”采用集中式信號(hào)處理，定位、通信和雙向定時(shí)都必須通過中心站進(jìn)行。

1）中心站持續(xù)不斷的以固定的頻率發(fā)射偽碼擴(kuò)頻信號(hào)，在地球同步衛(wèi)星所覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶可以接收到該信號(hào)。

2）用戶機(jī)接收出站信號(hào)，標(biāo)記好起始時(shí)刻之后向衛(wèi)星發(fā)射入站信號(hào)。

3）中心站得到由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的信號(hào)后，取往返時(shí)間的二分之一，扣除衛(wèi)星到中心站的時(shí)延，再經(jīng)必要的修正（電離層修正、對(duì)流層修正和設(shè)備時(shí)延修正等），可以算出衛(wèi)星與用戶機(jī)之間的距離。配合用戶的高程信息，最終計(jì)算出用戶位置。

4）中心站將用戶位置信息加密后加入出站廣播電文中，通過衛(wèi)星發(fā)送給用戶。

5）用戶由接收到的出站信號(hào)得到自己的定位信息。

1.2 短消息通信原理

短消息通信是“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一大特色。

1） 發(fā)送用戶將發(fā)送內(nèi)容及發(fā)送目標(biāo)的ID加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站；

2） 地面中心站得到通信的申請(qǐng)后，先解密，后加密，再以廣播的方式由衛(wèi)星發(fā)送給用戶；

3） 接收方的用戶機(jī)在接收到出站信號(hào)后解密，完成一次通信。

1.3 授時(shí)原理

“北斗一號(hào)”為用戶機(jī)提供了兩種定時(shí)方式：

（1）單向定時(shí)，單向定時(shí)的精度為100ns，在此模式下，用戶通過接收到的導(dǎo)航電文信號(hào)，得到本地時(shí)間與北斗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘差，完成同步工作；

（2）雙向定時(shí)，雙向定時(shí)的精度為20ns，在雙向定時(shí)模式下，首先用戶向中心站發(fā)出定時(shí)申請(qǐng)信號(hào)，時(shí)間差在中心站中計(jì)算得出后，通過衛(wèi)星發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)此時(shí)間差進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。

2 ．基于北斗一號(hào)的應(yīng)急通信網(wǎng)

基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的軍用應(yīng)急通信網(wǎng)系統(tǒng)，總體思想是不借助任何其它通信系統(tǒng)，僅僅依托北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在山區(qū)或類似環(huán)境，為指揮控制系統(tǒng)提供低速雙向數(shù)據(jù)通信功能，并提供系統(tǒng)每個(gè)用戶的地理位置和系統(tǒng)授時(shí)。指揮控制系統(tǒng)內(nèi)的所有指揮要素、專業(yè)分隊(duì)和武器單元都配置“北斗一號(hào)”用戶終端，通過兩顆在軌工作衛(wèi)星，在北京地面中心站的控制下，組成應(yīng)急通信網(wǎng)。在經(jīng)過協(xié)調(diào)和委托后，北京地面中心站可以通過公共通信網(wǎng)轉(zhuǎn)信，建立委托指控系統(tǒng)與起上級(jí)指揮所的間接信息傳輸。

2.1 應(yīng)急通信網(wǎng)功能

“北斗一號(hào)”系統(tǒng)工作頻率為2491.75MHz，設(shè)計(jì)系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)為每小時(shí)540000戶。系統(tǒng)可靠性達(dá)99．98%。已經(jīng)成功應(yīng)用于水利水電、海洋漁業(yè)、交通運(yùn)輸、氣象測(cè)報(bào)、國(guó)土測(cè)繪、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等領(lǐng)域，系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)成熟。

（1） 定位（導(dǎo)航）

快速確定用戶所在點(diǎn)的地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。在標(biāo)校站覆蓋區(qū)定位精度可達(dá)到20米，無標(biāo)校站覆蓋區(qū)定位精度優(yōu)于100米。

用戶機(jī)從發(fā)射定位申請(qǐng)到收到定位結(jié)果，需要經(jīng)過定位申請(qǐng)信號(hào)經(jīng)用戶機(jī)－衛(wèi)星－地面中心站－衛(wèi)星－用戶機(jī)的傳輸延遲，約0.5秒。用戶申請(qǐng)定位的頻度為最高1秒1次，可以滿足機(jī)動(dòng)部隊(duì)車輛和人員位置定位需求。

（2） 短消息通信

每個(gè)用戶機(jī)都有唯一的一個(gè)ID號(hào)，并采用1戶1密的加密方式，通信均需經(jīng)過地面中心站轉(zhuǎn)發(fā)，并可通過信關(guān)站與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)互通。與定位功能相似，短消息通信的傳輸時(shí)延約0.5秒。通信的最高頻度是1秒1次，相當(dāng)于單用戶信息傳輸速率為1680比特/秒。短消息的大小最大為120個(gè)漢字或者1690比特。

（3） 授時(shí)

中心控制系統(tǒng)定時(shí)播發(fā)授時(shí)信息，為定時(shí)用戶提供時(shí)延修正值。單向授時(shí)定時(shí)精度100ns，雙向授時(shí)精度20ns。

2.2 山區(qū)通信遮蔽解決方法

“北斗一號(hào)”用戶終端具有體積小、功耗低（5W）等特點(diǎn)，便于攜帶和野外使用。

解決“北斗一號(hào)”用戶終端山區(qū)通信遮蔽的方法是將車載用戶終端搬出車輛，配置可搬移電源支持設(shè)備野外供電，手持終端自帶電池供電，兩種用戶終端均通過有線接口模塊接入指控系統(tǒng)，在車輛附近幾公里范圍內(nèi)總可尋找到合適高地建立與北斗衛(wèi)星通信，這樣即可建立覆蓋指控系統(tǒng)所有用戶的北斗系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)。采用這種方法，不但實(shí)現(xiàn)了通信與指控系統(tǒng)、武器單元的物理分離，還可對(duì)北斗終端進(jìn)行遙控操作和無人值守工作，有利于增強(qiáng)系統(tǒng)抗毀性和頑存性。

2.3 基于應(yīng)急通信網(wǎng)的指揮控制功能

基于北斗應(yīng)急通信網(wǎng)定位、短信息通信、授時(shí)功能的“北斗一號(hào)”的指揮控制系統(tǒng)，主要功能包括：

（1）部隊(duì)位置報(bào)告

在總參測(cè)繪局下發(fā)的各種比例尺、格式的軍用數(shù)字地圖和主流的商用數(shù)字地圖的顯示界面上，為指揮決策提供直接、準(zhǔn)確的地理信息，實(shí)現(xiàn)指揮控制的可視化。

（2）決心圖和實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)圖的綜合顯示

支持指揮人員可以在作戰(zhàn)前確定并標(biāo)繪態(tài)勢(shì)圖，同時(shí)也可以依據(jù)各個(gè)下屬部隊(duì)的實(shí)時(shí)位置、狀態(tài)以及敵方的位置狀態(tài)，繪制出實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)圖，將兩者的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后，綜合顯示，前方部隊(duì)也可以做到實(shí)時(shí)共享。

（3）代碼指揮

代碼系統(tǒng)指揮的管理，可以將各種簡(jiǎn)要命令文書通過代碼指揮模塊將其翻譯成指令代碼，通過“北斗一號(hào)”短報(bào)文方式傳送。

（4）輔助聯(lián)合火力打擊

下級(jí)單位向上級(jí)用圖標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)的軍標(biāo)符號(hào)）、文字指示敵方目標(biāo)并請(qǐng)求火力打擊；上級(jí)單位接收到下級(jí)單位的火力打擊請(qǐng)求時(shí)，建立專題界面處理，并向有關(guān)單位下達(dá)火力打擊計(jì)劃。

（5）作戰(zhàn)時(shí)間同步

在多級(jí)指揮體系結(jié)構(gòu)中，上級(jí)指揮機(jī)關(guān)可以把作戰(zhàn)時(shí)間通過“北斗一號(hào)”短報(bào)文方式逐級(jí)下發(fā)，下級(jí)單位在收到后自動(dòng)修正作戰(zhàn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多級(jí)指揮中作戰(zhàn)時(shí)間的同步。

3 ．“北斗二號(hào)”應(yīng)用展望

新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗二號(hào)”將會(huì)避免“北斗一號(hào)”系統(tǒng)所存在的缺陷，同時(shí)具備了通信功能，為全國(guó)及周邊區(qū)域內(nèi)的我軍用戶提供陸、海、空全方位的導(dǎo)航定位服務(wù)，促進(jìn)衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)功能的應(yīng)用。在航天領(lǐng)域內(nèi)，增加航天定位和軌道測(cè)定手段，使武器制導(dǎo)更加精確。

可以預(yù)期，基于“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)急通信網(wǎng)功能將更加完善，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼘拸V。

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