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1、北斗导航系统应用,北京师范大学,目录,1.系统组成,一、系统概述,1.系统组成,一、系统概述,1.系统组成,一、系统概述,普通型：定位和点对点的通信，适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用，可接收和发送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向通信。 通信型：适合于野外作业、水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。 授时型：适合于授时、校时、时间同步等用户，可提供数十纳秒级的时间同步精度。 指挥型：指挥型用户机是供拥有一定数量用户的上级集团管理部门所使用，除具有普通用户机所有功能外，还能够播发通播信息和接收中心
2、控制系统发给所属用户的定位通信信息。 多模型用户机：此种用户机既能接收北斗卫星定位和通信信息，又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位，适合于对位置信息要求比较高的用户。,1.系统组成,一、系统概述,北斗授时终端,指挥型用户机,2 .信号特征,一、系统概述,频段 B1: 1559.0521591.788MHz B2: 1166.221217.37MHz B3: 1250.6181286.423MHz,2 .信号特征,一、系统概述,北斗系统第二阶段信号,2 .信号特征,一、系统概述,北斗系统第三阶段信号,3 .时间系统,一、系统概述,北斗时（BDT）溯源到协调世界时UTC（NTSC），与UTC
3、的时间偏差小于100纳秒。BDT的起算历元时间是2006年1月1日零时零分零秒（UTC）。 BDT与GPS时和Galileo时的互操作在北斗设计时间系统时已经考虑，BDT 与GPS时和Galileo时的时差将会被监测和发播。,4 .坐标系统,一、系统概述,北斗系统采用中国2000大地坐标系统 （CGS2000）。 CGS2000与国际地球参考框架ITRF的一致性约为5个厘米，对于大多数应用来说，可以不考虑CGS2000 和 ITRF 的坐标转换。,5 .服务与性能,一、系统概述,两种全球服务 开放服务：免费、开放 定位精度: 10 m；授时精度: 20 ns；测速精度: 0.2 m/s 授权服
4、务: 确保高可靠应用（甚至是在复杂条件下）。,两种区域服务 广域差分服务 定位精度: 1 m 短报文通信服务,美国WAAS系统:是由美国联邦航空局开发建立的用于飞机导航的一个系统， WAAS由约25个地面参考站台所组成，位置横跨整个美国。它们监看着卫星的数据。其中两个主要的站台，位于两岸，从各参考站台收集校正信号并建立校正信息。这些信息包括卫星的轨道误差，卫星上的电子钟误差，以及由于大气及电离层所造成的延迟。这些数据经计算校正之后再地球静止轨道卫星播发。 欧空局的EGNOS系统、日本的MWAS,北斗导航定位增强系统具有三种功能，即地球静止卫星（GEO）测距功能、完好性监测功能和广域差分功能。测
5、距功能就是GEO卫星发射似GPS信号，把GEO卫星作为附加的导航星，增强卫星导航的可用性。地面完好性广播（GIB）功能可为用户提供完好性信息，因此，具有完好性监测的卫星导航系统可用性将满足所有飞行阶段直至I类精密进场的RNP完好性要求。采用GIB方法增强后，只需4颗可见卫星，而不是6颗具有良好几何配置的可见卫星就可确定出超差卫星。测距和完善服务将在GEO导航转发器的整个地迹范围内提供服务，差分修正服务只能对应地面监测台网的地区范围内提供服务。 参考站采集导航卫星和GEO卫星的距离和（或）相位数据，并传送至主站，在主站计算差分改正数，利用参考站的测量残差确定导航卫星和GEO卫星的完好性。GEO卫
6、星携带的导航转发器向用户播发参考站得到的卫星改正数据和完好性信息，并发射导航卫星测距信号和导航电文，GEO卫星的作用犹如又一颗导航卫星。地面部分还包括GEO卫星跟踪站、主控站和数据发送站。用户部分是指用户接收机，这种接收机与普通的导航卫星接收机兼容，既能接收GEO卫星发射的信号，也能接收导航卫星信号。,一、系统概述,6 .北斗增强系统,6 .部署情况,一、系统概述,第一步北斗卫星导航试验系统 北斗第一阶段,2000年以来，成功发射3颗GEO卫星，建成北斗卫星导航试验系统。系统能够提供基本的定位、授时和短报文通信服务。 有源定位体制。,2000年10月31日 140E,2000年12月21日 8
7、0E,2003年5月25日 110.5E,接收机给卫星发射定位请求，卫星将该请求转发给卫星地面控制中心，经过解算得到的位置信息，发送给卫星，卫星转发给接收机。 缺点：军事应用上易暴露目标,6 .部署情况,一、系统概述,第二步全球系统 北斗第二阶段,作为全球系统，北斗卫星导航系统首先在2012年左右覆盖亚太地区，并将在2020年前覆盖全球。 无源定位体制,北斗系统第二阶段 北斗系统第三阶段 2012年左右 2020年前,同GPS/Galileo/GLONASS,卫星播发信号，接收机接收处理,6 .部署情况,一、系统概述,目前情况 2012年4月一箭双星之后，北斗系统共有13颗在轨卫星，预计在20
8、12年的6月和8月分别发射3颗。,6 .部署情况,一、系统概述,目前情况,目录,民用领域的应用 可分为定位、短报文和授时三大类。其中目前应用最广泛的为前两类。近年来，随着我国对安全生产保障系统等的加大投入，特别是在海上渔船监控、地质灾害监测、气象监测和应急减灾等重点领域，北斗系统的应用需求呈现出快速增长的势头。 北斗导航重大专项应用示范工程 “重点运输过程监控管理服务示范系统工程”、“大气海洋和空间监测预警示范应用”、“林业生态建设与保护北斗示范应用系统”等一批示范系统先后启动，极大促进了北斗导航系统的产业化发展。,一、北斗应用,1.北斗运营服务平台,北斗运营服务平台是集团用户应用基本条件 北
9、斗运营服务系统依托于北斗卫星导航系统，可以在服务区域内任何时间、任何地点，为用户中心确定其配有北斗用户机的下属所在的地理经纬度，并提供集团用户中心与其下属之间、任两个下属单元之间的双向通信服务，应用领域十分广泛。在民用领域，可以对车、船、飞机等移动物体进行监控与管理，例如：渔船出海后，遇到险情可及时进行搜救，减少人员伤亡；从经济方面考虑，渔民可在海上进行期货交易，大大提高渔业交易水平，促进渔业生产的发展；,二、北斗应用,二、北斗应用,A告诉B: 这里有鱼,将消息转发给地面站，,解析消息内容及用户ID，发送卫星,将消息转发给B,全程监控A和B的行为转发至用户监控中心，,B收到A消息,要将消息播发
10、给所有集团内用户,C,D,目录,1.概述 近几年，我国和周边国家，日本、韩国、越南、菲律宾、缅甸等多次发生涉渔纠纷并引发外交事件，对我国渔船监控需求迫切。 系统利用卫星定位通信技术结合WebGis技术实现船位实时监测及显示;定时船位回报;历史船位的查询和轨迹播放;船舶资料管理;渔船紧急救援指挥等。,三、北斗海洋渔业监控系统,2.系统组成,三、北斗海洋渔业监控系统,主要由北斗卫星导航系统、网络化的北斗运营服务中心、岸上监控台站、北斗海洋渔业船载终端等四大部分构成。,船载北斗终端,3.监控中心平台软件架构,三、北斗海洋渔业监控系统,平台的软件架构，包含了基础层、资源层、组件层、服务层和应用层。,4
11、.平台功能,三、北斗海洋渔业监控系统,(1)实时数据显示 用于报告出航船舶的实时位置和警报，在紧急时刻，能够立刻查询到具体某条船在某一时刻的位置，并且能够查询到船舶的分布位置。还用于报告出航船舶接收和发送的实时短消息。以多种形式对出航船舶进行分类显示，包括船舶正常航行状态和有发送和接收短消息船舶状态。 (2)地图操作 地图操作，用于提供和地图相关的操作功能，包括地图放大、地图缩小、地 图漫游、全图显示、测距、地图打印和标记地图要素功能。用户可以在不同的比例尺下查看不同空间范围的地理信息，量测船舶之间的距离，输出当前屏幕范围的地图，并且可以控制地图要素(船舶)的标识。,4.平台功能,三、北斗海洋
12、渔业监控系统,(3)历史船舶信息管理 历史船舶信息管理，用于查询船舶历史航线、以及历史短消息的统计。历史航线查询提供用户浏览船舶过往航行轨迹。用户需要选择待查询的船舶，输入查询的起始日期和结束日期，船舶监控系统将根据查询条件给出一条船舶航行轨迹。 (4)数据管理 数据管理功能，用于对整个系统的基础数据管理。在系统运行初期，船舶的基本信息和船载设备(北斗接收机)的基本信息己批量地输入到中心服务器的数据库中。在系统运行中的数据管理针对船舶的管理。即添加待作业的船舶在系统中，以便后续的监控。 (5)紧急报警 根据预先设定的报警条件，遇到临界灾害值时，进行报警。同时，根据接到渔船的紧急报警信息，平台发
13、出报警信息。 (6)终端管理 对船载北斗终端进行通信指挥，包括命令的下发和接收，各类服务信息的推送。应急报警时给搜救终端发送搜救指令并监督执行情况。,4.平台功能,三、北斗海洋渔业监控系统,(3)历史船舶信息管理 历史船舶信息管理，用于查询船舶历史航线、以及历史短消息的统计。历史航线查询提供用户浏览船舶过往航行轨迹。用户需要选择待查询的船舶，输入查询的起始日期和结束日期，船舶监控系统将根据查询条件给出一条船舶航行轨迹。 (4)数据管理 数据管理功能，用于对整个系统的基础数据管理。在系统运行初期，船舶的基本信息和船载设备(北斗接收机)的基本信息己批量地输入到中心服务器的数据库中。在系统运行中的数
14、据管理针对船舶的管理。即添加待作业的船舶在系统中，以便后续的监控。 (5)紧急报警 根据预先设定的报警条件，遇到临界灾害值时，进行报警。同时，根据接到渔船的紧急报警信息，平台发出报警信息。 (6)终端管理 对船载北斗终端进行通信指挥，包括命令的下发和接收，各类服务信息的推送。应急报警时给搜救终端发送搜救指令并监督执行情况。,5.北斗终端方案,三、北斗海洋渔业监控系统,北斗船载终端接收北斗卫星定位信号，通过GPRS/CDMA网络信道与监控中心进行双向短信和数据通信。车载终端定时将渔船的实时位置、运动状态、警情等信息上传至监控中心，监控中心通过GPRS/CDMA网络按需向船载终端发布天气信息和预警
15、信息，以及对渔船进行实时调度、监控和管理。 近海：（移动通信+北斗定位）、远海：（北斗通信+北斗定位） 应用软件功能 在嵌入式平台上（ Windows CE 、 Android 等）实现海图显示、越界报警、信息传输、定位导航、路径规划等功能）,6.关键技术,三、北斗海洋渔业监控系统,(1)网络GIS:基于Mapserver和OpenLayer的开源GIS 系统主要采用免费开源GIS的Mapserver作为地理信息服务器，Openlayer作为地理信息浏览器。 MapServer是地图渲染引擎，作为一个在网络环境运行或作为一个API访问独立的多种编程语言的应用。 MapServer可以让数字格式
16、存储的空间信息变成地图图像。将矢量海图信息变成具有符号、注记的电子地图。 Openlayer是一个专为WebGIS客户端开发提供的Javascript类库包，用于 实现标准格式发布的地图数据访问。 WebGIS基础数据:电子海图,S52和S52标准。 (2)北斗定位和通信技术 北斗卫星定位技术是船舶监控系统中船舶定位数据的来源。之前用有源定位，到北斗二代空间段组网成功，具备服务能力时，利用无源定位体制定位。 北斗通信技术：每次最多传输120个汉字的短报文，实现终端与终端、终端与平台之间的通信。,目录,整个系统由北斗综合信息服务平台系统、灾害应急指挥与灾情信息采集管理系统（简称用户系统）和传输系统三大部分组成。平台系统包括基础服务平台和行业服务平台（应急救灾指挥调度应用服务子系统）；用户系统包括终端设备（北斗手持型用户机、车载型用户机和指挥型用户机），国家级灾害应急指挥与灾情信息采集管理平台和省级灾害应急指挥与灾情信息采集平台三部分；传输系统由北斗卫星和
