陳一路 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州通信中心

隨著3月9日北斗3號(hào)倒數(shù)第2顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功，我國(guó)按計(jì)劃2020年建成全球服務(wù)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)指日可待。根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和交通運(yùn)輸部《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》的指引，以及我國(guó)大力推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (BeiDouNavig ationSatelliteSystem，BDS)在國(guó)際海上航行應(yīng)用新業(yè)態(tài)的要求，站在服務(wù)全球的思想高度，我們必然會(huì)對(duì)當(dāng)前我國(guó)航海保障“無(wú)線電指向標(biāo)-差分全球定位系統(tǒng)（RBN-DGPS）”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)差分臺(tái)）發(fā)展產(chǎn)生新思考，同時(shí)加予豐富服務(wù)新內(nèi)涵。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將不僅為我國(guó)萬(wàn)物互聯(lián)、自動(dòng)駕駛、無(wú)人船舶等新業(yè)態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展堅(jiān)定基礎(chǔ)，也為國(guó)際航海、海洋利用、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展突顯我國(guó)高水平航海保障能力，增強(qiáng)我國(guó)國(guó)際海事組織締約國(guó)地位，彰顯航海保障大國(guó)能力與擔(dān)當(dāng)。筆者是南海航海保障中心的一員，多年來(lái)一直參與我國(guó)沿海差分臺(tái)系統(tǒng)維護(hù)、改造建設(shè)工作，在這里主要以開(kāi)放包容的態(tài)度，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與航海新業(yè)態(tài)需求角度，談幾點(diǎn)探索性的淺見(jiàn)。

1.我國(guó)沿海差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)的發(fā)展及特點(diǎn)

1.1 我國(guó)差分臺(tái)（RBN-DGPS）建設(shè)發(fā)展

據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)沿海RBNDGPS差分臺(tái)站主要是從1995年始規(guī)劃建設(shè)，至2000年前后完成。當(dāng)時(shí)主要是基于美國(guó)GPS衛(wèi)星航導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行建造，共有20個(gè)臺(tái)站（不含港澳臺(tái)），其中北海7座，東海6座，南海7座。系統(tǒng)全面建成開(kāi)通后，形成RBN-DGPS系統(tǒng)臺(tái)鏈從北方鴨綠江口到祖國(guó)南端西沙群島，全面覆蓋我國(guó)沿海港口、重要水域，自主提供了差分GPS定位導(dǎo)航服務(wù)。由于我國(guó)RBN-DGPS系統(tǒng)具有定位快精、覆蓋范圍廣、使用方便、不收費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用非常廣闊，有效地保障了船舶航行安全，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)的重大突破和變革。當(dāng)然這也局限于依賴(lài)美國(guó)的GPS系統(tǒng)對(duì)全球用戶開(kāi)放。

眾所周知，當(dāng)今世界國(guó)際形勢(shì)變幻莫測(cè)，西方國(guó)家強(qiáng)權(quán)與霸凌主義處處可見(jiàn)，特別是2019年西方主要國(guó)家貿(mào)易保護(hù)主義抬頭，故意制造貿(mào)易爭(zhēng)端，破壞全球化發(fā)展。國(guó)際敵對(duì)勢(shì)力想盡辦法對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成干擾，對(duì)我國(guó)國(guó)家安全形成破壞，國(guó)際強(qiáng)權(quán)政治與恐怖主義形勢(shì)依然嚴(yán)峻。因此，這不能不讓我們對(duì)航海保障能力建設(shè)問(wèn)題要更深層次地思考。

盡管沿海RBN-DGPS差分臺(tái)站建設(shè)，不僅使我國(guó)擁有了現(xiàn)代化的海上較高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而且這也標(biāo)志著我國(guó)無(wú)線電導(dǎo)航手段已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。但是，目前，我國(guó)沿海RBN-DGPS差分臺(tái)站原有的建設(shè)已經(jīng)服務(wù)了20多年，設(shè)備老化、環(huán)境變化，這對(duì)臺(tái)站服務(wù)效能受到了一定的影響。再就是國(guó)際形勢(shì)變幻莫測(cè)，為減少對(duì)美國(guó)GPS系統(tǒng)的依賴(lài)程度，我國(guó)沿海RBN-DGPS差分臺(tái)站于2018年前后又進(jìn)行了基于我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的雙模改造工作。2019年沿海多個(gè)臺(tái)站已基本完成并使用運(yùn)行提供服務(wù)，同時(shí)還增加了多個(gè)臺(tái)站建設(shè)，補(bǔ)充沿海存在的盲區(qū)，其目的也是盡可能地消除受制于美國(guó)GPS的影響，建立我國(guó)自主的系統(tǒng)。

1.2 我國(guó)差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)應(yīng)用及特點(diǎn)

我國(guó)沿海RBN-DGPS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于船舶進(jìn)出港、海上交通安全管理、狹窄水道導(dǎo)航定位和航標(biāo)定位、海洋測(cè)繪、航道測(cè)量、航道疏浚、海上石油勘探、海洋資源調(diào)查、海上救助、海洋捕撈、海洋漁業(yè)及其它海上作業(yè)生產(chǎn)。系統(tǒng)于2018年進(jìn)行GPS/BDS雙模改造后，更具有接受衛(wèi)星雙重保障，可靠性更強(qiáng)和準(zhǔn)確性更高的特點(diǎn)，這為更準(zhǔn)確地進(jìn)行了電子海圖的迅速開(kāi)發(fā)，自動(dòng)駕駛、無(wú)人船艇等新業(yè)態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)寶貴的技術(shù)支撐。特別是我們應(yīng)用RBN-DGPS/BDS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了在船舶進(jìn)出港引航中，對(duì)于特長(zhǎng)、特大型船只，對(duì)于大霧、大風(fēng)等惡劣天氣，RBN-DGPS/BDS結(jié)合精度高的電子海圖已經(jīng)成為一種半自主的引航手段，成為海上航行、船舶進(jìn)出港安全，提高港航作業(yè)效能的利器。我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航(BDS)系統(tǒng)將于2020年建成，并將向全球提供服務(wù)，雙模改造后差分臺(tái)（RBNDGPS/BDS）系統(tǒng)也必然對(duì)我國(guó)航運(yùn)事業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也為全球船舶航行安全，海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展，展現(xiàn)中國(guó)航海保障新時(shí)代的保障能力，為國(guó)際履約工作貢獻(xiàn)中國(guó)航海保障新標(biāo)準(zhǔn)及新方案。

2.差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)的組成及維護(hù)

2.1 差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)

原差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)也就是“無(wú)線電指向標(biāo)-差分全球定位系統(tǒng)”（Radio Beacon-Differential Global Position System），簡(jiǎn)稱(chēng)RBN-DGPS，是一種利用海上無(wú)線電指向標(biāo)專(zhuān)用頻段播發(fā)DGPS偽距修正信息的助航系統(tǒng)。

DGPS實(shí)際上是把一臺(tái)GPS接收機(jī)放在位置已精確測(cè)定的點(diǎn)上，組成基準(zhǔn)臺(tái)?；鶞?zhǔn)臺(tái)接收機(jī)通過(guò)接收GPS或北斗衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)得并計(jì)算出到衛(wèi)星的偽距，將偽距和已知的精確距離相比較，求得該點(diǎn)在系統(tǒng)中的偽距測(cè)量誤差，再將這些誤差作為修正值以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式通過(guò)播發(fā)臺(tái)向周?chē)臻g播發(fā)。附近的DGPS/BDS用戶接收到來(lái)自基準(zhǔn)臺(tái)的誤差修正信息，以此來(lái)修正自身的GPS測(cè)量值，從而大大提高其定位精度。

差分臺(tái)站系統(tǒng)的基本構(gòu)造主要是由基準(zhǔn)站、播發(fā)站、完善性監(jiān)控站、監(jiān)控中心以及相應(yīng)的天線天饋系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)（市電/柴油機(jī)/UPS不間斷電源）、防雷系統(tǒng)（天線防雷/電源防雷/機(jī)房設(shè)備防雷）等。我國(guó)進(jìn)行雙模改造后差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)同頻加入北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (Be iDouNavigationSatelliteSystem，BDS)。

2.2 差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)維護(hù)的幾個(gè)注意問(wèn)題

我國(guó)差分臺(tái)站是依國(guó)際燈塔協(xié)會(huì)（IALA）分配給我國(guó)的基準(zhǔn)臺(tái)和播發(fā)臺(tái)的識(shí)別碼范圍由北向南按區(qū)域進(jìn)行分配，各臺(tái)站的基準(zhǔn)臺(tái)和播發(fā)臺(tái)有獨(dú)一的識(shí)別碼，各臺(tái)站所屬的位置有其獨(dú)特的地理環(huán)境屬性，由國(guó)家統(tǒng)籌及安全進(jìn)行布局。筆者作為交通運(yùn)輸部南海航海保障中心的一名工作人員，多年的維護(hù)工作讓我有一定的體會(huì)。對(duì)于做好差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)維護(hù)首先應(yīng)當(dāng)要了解幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。RBN-DGPS臺(tái)站向用戶播發(fā)的差分信息采用最小移頻鍵控（MSK）調(diào)制方式，播發(fā)類(lèi)別為調(diào)相單信道數(shù)據(jù)傳送（G1D），與目前的光纖和GSM/CDMA或IP數(shù)據(jù)傳輸模式有較大的區(qū)別。RBN-DGPS臺(tái)站接收機(jī) (RS 基準(zhǔn)站GPS MX9400R) 在已知點(diǎn)上產(chǎn)生偽距改正數(shù)差分修正信號(hào)，由串口輸出的改正數(shù)送到指向標(biāo)調(diào)制器MSK。MSK（最小移頻鍵控）將改正數(shù)調(diào)制到指向標(biāo)載頻送到指向標(biāo)發(fā)射機(jī)，因此，我們?cè)诰S護(hù)系統(tǒng)時(shí)，要認(rèn)真關(guān)注系統(tǒng)參數(shù)的變化或修訂。在日常維護(hù)中既要注意系統(tǒng)駐波比、發(fā)射站的輸出功率、以及信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)等的變化，更要特別注意產(chǎn)生的改正數(shù)的差錯(cuò)、改正數(shù)輸出的差錯(cuò)以及指向標(biāo)調(diào)解器設(shè)置的差錯(cuò)。

改正數(shù)輸出有特殊的類(lèi)型，改正數(shù)類(lèi)型 (即 RTCM Type9-3或Type 1)，注意對(duì)設(shè)置數(shù)的相應(yīng)設(shè)定。指向標(biāo)調(diào)制解調(diào)器的頻率和波特率可選擇頻率 (283.5-325.0 kHz)，波特率(25,50,100,200)。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的電磁波干擾將引起內(nèi)存感染，有出現(xiàn)內(nèi)存感染，或懷疑這情況發(fā)生時(shí)，我們可以進(jìn)行熱啟動(dòng)，按系統(tǒng)保存的初始化值啟動(dòng)；或冷啟，清空設(shè)備的靜態(tài)內(nèi)存，所有初始值，包括起始坐標(biāo)、高度等都要重新輸入，當(dāng)前的設(shè)備一般情況下已有了原始的記憶，可不重輸，這必須要注意。RBN-DGPS/BDS臺(tái)站服務(wù)要求為海上接收?qǐng)鰪?qiáng)在75μv/m時(shí)，作用距離300公里,這要求我們的日常維護(hù)必須要做到位。

3.差分臺(tái)（RBN-DGPS）系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及排查

在我們的日常維護(hù)工作中，常常遇到天饋系統(tǒng)中天調(diào)的問(wèn)題，這一問(wèn)題常見(jiàn)于雷雨季節(jié)，雷電影響較為嚴(yán)重，一旦被雷擊壞，幾乎是只能更換了，因此，必須要做好日常的防雷工作，特別是我國(guó)南方地區(qū)。當(dāng)然還有一些以下較為多見(jiàn)的情況。

一是無(wú)線電指向標(biāo)接收機(jī)故障。當(dāng)我們?cè)跈z測(cè)中發(fā)現(xiàn)SS較強(qiáng)，但SNR沒(méi)有時(shí)，我們可以判斷接收機(jī)能跟蹤到指向標(biāo)的載波，但接收不到調(diào)制器MSK信號(hào)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步檢查指向標(biāo)發(fā)射機(jī)和指向標(biāo)調(diào)制器；如果SS或SNR都沒(méi)有，則可懷疑問(wèn)題出在天饋系統(tǒng)，天線損壞是比較少的，可以目測(cè)可見(jiàn)，按照我們的慣例判斷，很大可能是傳輸?shù)耐S電纜或電纜頭接觸不良或損壞，當(dāng)然也有可能是信號(hào)線直接接地了。如果都檢查不是，那只有可能是頻率或波特率設(shè)置出錯(cuò)。

二是MX指向標(biāo)調(diào)制器沒(méi)有載波輸出，先用頻譜分析儀或頻率器測(cè)量頻率是否正確，用示波器證實(shí)載波是否存在，如果沒(méi)有載波就只能重啟設(shè)備或更換該設(shè)備了。如果指向標(biāo)調(diào)制器有載波但沒(méi)有MSK輸出，重新啟動(dòng)也沒(méi)有，那不用浪費(fèi)時(shí)間，可以替換該設(shè)備了。

三是指向標(biāo)交叉切換與及串口問(wèn)題。指向標(biāo)交叉切換檢查，首先先斷開(kāi)RF連接器，確認(rèn)MSK1送到TX1，MSK2送到TX2，可用軟件改變一下繼電器的狀態(tài)，檢查是否MSK1送到TX2，MSK2送到TX1；串口發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是較為簡(jiǎn)單的，MX混頻調(diào)制器一般有多個(gè)串口，舊系統(tǒng)中多數(shù)至少有一個(gè)是RS232,一個(gè)是RS422,對(duì)于串口問(wèn)題，我們可以用當(dāng)前的屏幕發(fā)送并接收命令來(lái)判斷該串口是否起作用來(lái)推斷，如果不能發(fā)送或接收命令，那只能檢查連接線或更換串口設(shè)備。

4.我國(guó)差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)雙模優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

筆者在這里暫不談?wù)揃DS北斗與GPS系統(tǒng)的好壞與優(yōu)劣，只是居于對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)的理解以及本職工作的一些體會(huì)，進(jìn)行粗淺探索，進(jìn)一步依據(jù)國(guó)際航海保障發(fā)展的新需求，通過(guò)差分臺(tái)雙模（GPS/BDS）改造后，整理論述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一些特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

由于我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是分步實(shí)施，按國(guó)際電聯(lián)要求及國(guó)際慣例，衛(wèi)星所用頻率，按照誰(shuí)先用誰(shuí)優(yōu)先的原則。我國(guó)從1994年開(kāi)始研發(fā)推進(jìn)建設(shè)，北斗1至北斗3系統(tǒng)（進(jìn)行了三代的接連組網(wǎng)，搶占有利頻段），目前我國(guó)北斗共已發(fā)射54顆衛(wèi)星，但其中有3顆退役，9顆在維護(hù)中。我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比歐洲伽利略系統(tǒng)優(yōu)先使用較好頻段。

美國(guó)GPS系統(tǒng)是42年前（1978年）建設(shè)，而我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是1994年開(kāi)始研究建設(shè)，2014年北斗3開(kāi)始服務(wù)，兩者相比，從40多年前的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電子元器件晶體管等較為老舊的通信技術(shù)與現(xiàn)代國(guó)際上日新月異的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用基礎(chǔ)完全不同，顯然北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著后發(fā)制人的優(yōu)勢(shì)。GPS系統(tǒng)與我國(guó)北斗系統(tǒng)的不同及北斗優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：一是GPS系統(tǒng)是采用雙頻模式，北斗系統(tǒng)是采用三頻可控模式，北斗更具有隱蔽性、高精準(zhǔn)，并具有短信通信功能；二是GPS是無(wú)源定位，需要4顆衛(wèi)星才能準(zhǔn)確定位，北斗是采用有源定位，只需要2顆衛(wèi)星就能完成定位。先不說(shuō)定位的精度，在惡劣條件下、衛(wèi)星覆蓋缺失時(shí)，北斗顯然更有穩(wěn)定的可靠性；三是北斗有在亞洲衛(wèi)星覆蓋密度高的特點(diǎn)，在亞洲定位精度特別精準(zhǔn)；四是北斗創(chuàng)新采用了新通信技術(shù)Ka頻段相控陣中速星間鏈路技術(shù)，頻段測(cè)量方式，也就是實(shí)現(xiàn)星星測(cè)距，建立星間鏈路，抗干擾性強(qiáng)，使系統(tǒng)一星通星星通，組成了全星大網(wǎng)運(yùn)行。也據(jù)于此，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原子鐘星際同步，這為消除時(shí)鐘差造成的位置信息誤差提供了更為極至影響的定位精準(zhǔn)度；五是北斗用戶端價(jià)格低廉，有向全球推廣的明顯優(yōu)勢(shì)。因此，我們要有足夠的信心，加大對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，在居于北斗系統(tǒng)的雙模改造后差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)更要有前瞻性的思考，在實(shí)際工作中以拓寬其在海事監(jiān)管、航海保障、海洋經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展等方面的適用性。組織研發(fā)居于BDS系統(tǒng)自主產(chǎn)權(quán)的差分修正值更為精準(zhǔn)的船用RBN一體化接收機(jī)設(shè)備，并大力建設(shè)RBN-BDS內(nèi)河沿海系統(tǒng)，精準(zhǔn)地解決航標(biāo)漂移，特殊水文監(jiān)測(cè)，為無(wú)人船舶駕駛、橋梁防碰撞助航系統(tǒng)、自動(dòng)智能靠離泊位碼頭終端設(shè)備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

關(guān)于差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）助航系統(tǒng)維護(hù)建設(shè)與適用性研究，我們還有很長(zhǎng)的路要走，必須要以國(guó)際海事組織IMO、國(guó)際電信聯(lián)盟ITU、國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)IALA、國(guó)際電工委員會(huì)IEC、國(guó)際海運(yùn)事業(yè)無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)RTCM等的標(biāo)準(zhǔn)與要求，進(jìn)行探索總結(jié)，提出我國(guó)新方案新提案。墨子號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射，讓我國(guó)量子通信又取得全球領(lǐng)先地位。我國(guó)通信技術(shù)的高速發(fā)展，使我們有百倍信心。為更好推動(dòng)國(guó)家“交通強(qiáng)國(guó)”和“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施，按照國(guó)務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和交通運(yùn)輸部《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》要求，我們應(yīng)積極推進(jìn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的“國(guó)際化”，進(jìn)一步強(qiáng)化差分臺(tái)（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，加大力氣做好船用終端系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)研究，同時(shí)促進(jìn)國(guó)際海事應(yīng)用，形成國(guó)際上認(rèn)可的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，抓住制定規(guī)則的主動(dòng)權(quán)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)航海保障大戰(zhàn)略，服務(wù)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展。