白 帆

（解放軍92941部隊(duì)95分隊(duì) 葫蘆島 125000）

1 引言

在工作中，我們經(jīng)常要對海上艦船進(jìn)行遠(yuǎn)距離跟蹤定位測量，目前我們的跟蹤手段主要有光測、雷測和無線電衛(wèi)星定位等方式。光測對氣象條件要求較高且測量距離受限，不能進(jìn)行超視距測量，衛(wèi)星定位能夠全天候?qū)崟r(shí)進(jìn)行精確定位但是不能實(shí)時(shí)回傳定位數(shù)據(jù)，由于艦船的空間、電磁干擾和持續(xù)供電的限制，一般不適合采用大功率的數(shù)傳設(shè)備，對艦船指揮和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的利用帶來了很多約束，給工作帶來了很多不便。我們利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文功能，不僅能夠?qū)崟r(shí)回傳定位數(shù)據(jù)還能夠?qū)y量設(shè)備進(jìn)行遙控指揮、目標(biāo)監(jiān)測等，極好地解決了這一難題，為實(shí)時(shí)艦船數(shù)據(jù)采集提供了極大的便利。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)又稱北斗一號，是中國的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即有源區(qū)域衛(wèi)星定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)服務(wù)范圍為東經(jīng)70°～140°，北緯5°～55°。該系統(tǒng)由四顆（兩顆工作衛(wèi)星、2顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。

北斗一號衛(wèi)星定位采用雙星定位體制，地面控制中心通過兩顆衛(wèi)星向用戶廣播用戶問信號（出站信號），并根據(jù)用戶響應(yīng)的應(yīng)答信號（入站信號）測量并計(jì)算出用戶到兩顆衛(wèi)星的距離；然后根據(jù)地面控制中心存儲的數(shù)字地圖或用戶自帶測高儀測出的高程算出用戶到地心的距離，根據(jù)這三個(gè)距離就可以確定用戶的位置，并通過出站信號將定位結(jié)果告知用戶［1］。

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有短報(bào)文功能，主要是具有雙向通信的作用，通過衛(wèi)星發(fā)送北斗短報(bào)文信息。短報(bào)文發(fā)送方首先將包含接收方ID號和通訊內(nèi)容的通信申請信號加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站。地面中心站接收到通信申請信號后，經(jīng)脫密和再加密后加入持續(xù)廣播電文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給用戶。接收方用戶機(jī)接收出站信號，解調(diào)解密出站電文，完成一次通訊［3］。

3 系統(tǒng)組成與功能

3.1 系統(tǒng)組成

基本系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控中心和用戶臺組成。用戶臺安裝于被測載體上，利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡短數(shù)字報(bào)文通信功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與用戶臺之間的數(shù)字通信。目標(biāo)用戶臺用于動態(tài)監(jiān)測被測載體的當(dāng)前位置、工作狀態(tài)、能源消耗、故障等情況的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密編碼后通過衛(wèi)星通信信道將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心，并能夠?qū)ΡO(jiān)控中心的指令進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制目標(biāo)用戶臺的工作狀態(tài)。目標(biāo)用戶臺由繼電器、CU控制電路、艦載北斗衛(wèi)星用戶機(jī)及衛(wèi)星收發(fā)天線五大部分組成，其組成框圖如圖2所示。

監(jiān)控中心在硬件上由北斗衛(wèi)星定位指揮系統(tǒng)指揮型用戶機(jī)、路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、磁盤陣列、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、顯示系統(tǒng)及不間斷電源組成。如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)主要功能

1）目標(biāo)監(jiān)控功能。利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡短數(shù)字報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)用戶臺與監(jiān)控中心的雙向數(shù)字通信，全程收集被測載體的動態(tài)信息，主要包括載體當(dāng)前位置、工作狀態(tài)、能源消耗、故障等信息［6］。

2）遙控開關(guān)設(shè)備功能。采用北斗定位系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程設(shè)置北斗用戶機(jī)的定位和通信頻度。通過發(fā)送一些指令來控制電源的開關(guān)來控制用戶臺的開關(guān)機(jī)和用戶臺定位的頻率?？刂浦噶钊绫?所示。

表1 監(jiān)控中心發(fā)送有效指令表

3）數(shù)據(jù)傳輸功能。利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡短數(shù)字報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)用戶臺與監(jiān)控中心雙向無線數(shù)據(jù)通信。可以傳輸其他設(shè)備的定位數(shù)據(jù)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、指揮決策數(shù)據(jù)和文件等。

4 工程應(yīng)用

在某海域艦船測量中，需要高精度實(shí)時(shí)監(jiān)控艦船動態(tài)，應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)回傳艦船定位數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng)。氣溫接近-20℃且高海況的惡劣環(huán)境下，無人看管安全值守50h，工作中定位設(shè)備接收開關(guān)機(jī)指令十二次，均成功響應(yīng)，連續(xù)傳遞高精度定位數(shù)據(jù)10h。該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)如下：

1）硬件單元

該系統(tǒng)中心采用了北斗一號指揮型用戶機(jī)，該產(chǎn)品可同時(shí)接收3顆北斗衛(wèi)星6個(gè)波束的信號。用戶機(jī)采用“一線通”設(shè)計(jì)原理，天線與主機(jī)之間采用一根同軸電纜連接，使得安裝更加可靠、便捷。

2）軟件單元

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件裝在移動用戶終端上，實(shí)現(xiàn)艦船GPS位置上報(bào)；采集數(shù)據(jù)的分包處理，并將分好的包自動按照北斗設(shè)備的最大處理能力上報(bào)到指揮終端，實(shí)時(shí)檢測和顯示北斗設(shè)備狀態(tài)（如圖4所示）。

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)艦船位置測量傳輸，在科研訓(xùn)練、遠(yuǎn)洋航行中發(fā)揮了重要作用，該系統(tǒng)在長期應(yīng)用中有以下特點(diǎn)：

1）待機(jī)長時(shí)間無人值守，使用鋰電池可以連續(xù)工作72h。

2）體積小、重量輕，攜帶方便，設(shè)備自身可以供電便于海上艦船安裝。

3）可靠性高，北斗衛(wèi)星通信可靠，可以保證數(shù)據(jù)傳輸中的安全性，遙控指令收發(fā)成功率高無誤碼。

5 結(jié)語

綜上所述利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的簡短數(shù)字報(bào)文通信功能，綜合應(yīng)用電子海圖、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理等成熟理論與技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)對海上艦船的監(jiān)控與測量。根據(jù)幾年的實(shí)際應(yīng)用該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，徹底解決了工作中對海上艦船的實(shí)時(shí)測量需求，能夠方便準(zhǔn)確地將海上遠(yuǎn)距離目標(biāo)測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳。

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