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1、第四章 GMDSS 定位与寻位系统第一节 GMDSS 定位系统一 、 GMDSS 定位与寻位系统的组成GMDSS的定位与寻位系统由COSPAS/SARSAT定位系统（空间段、示位标、地面分系统） 和寻位系统（SART和雷达）组成。二、 COSPAS/SARSAT 系统COSPAS/SARSAT 系统是 1981 年由加拿大、法国、美国和前苏联联合开发的全球性卫星 搜救系统，在此后的二十多年中，使 17000多名遇险人员脱险，因此成为全球海上遇险与安 全系统的重要组成部分。该系统为全球包括极区在内的海上、陆上和空中提供遇险报警及定 位服务，以使遇险者得到及时有效的救助。COSPAS/SARSAT
2、系统已成功地应用于世界范围内 大量的遇险搜救行动中。国际海事组织在国际海上人命与安全公约中明确规定：所有总吨数300 吨以上的船 舶必须按照要求装备遇险定位与搜救设备。COSPAS/SARSAT系统以其可靠、方便、免费使用 等优点赢得了人们的青睐，该系统不仅广泛地应用于航海领域，而且也对航空和陆地用户提 供全球性的卫星搜救服务。目前，我国大多数远洋船舶配备的是 COSPAS/SARSAT 系统的 EPIRB。1COSPAS/SARSAT 系统组成及其功能COSPAS/SARSAT 全球卫星搜救系统由示位标、空间段和地面分系统三大部分构成，见 图 4 1 1 。图 4-1-1 COSPAS/SA
3、RSAT 系统组成示意图(l) 示位标JI台航空信标全自动发信机( Emergency如灯塔、航j等雷线線确定其卅置的示位示位标很多， 靠发射无线电信 Loca tor Transm itt er,ELT)，陆用个人信标(Personal Loca tor Beacon, PLB)船用应急无 线电示位标(Emergency Posi tion Indica ting Radio Beacon ,EPIRB)。示位标使用的频率有：121.5 MHz、243 MHz、406 MHz。406 MHz的示位标可以根据登记 管理部门和用户的需要预先设置载体的信息和识别字段，当示位标启动时，这些信息被示位
4、 标编码并随信号发送出去；对于121.5 MHz和243 MHz的示位标，其内部由于没有登记信息, 地面系统在对信号进行过滤虚假报警和模糊值分辨处理时，很难做到准确无误，再加上频率 干扰和误报警事件太多等原因，已经严重影响系统的运行，所以在1999 年国际搜救卫星组 织、国际海事组织、国际民航组织和国际电联等有关组织和机构就逐步淘汰121.5 MHz 和 243 MHz示位标的问题进行研究和讨论，并做出相应的决定，自2003年2月1日起，所有 的生产厂家不再生产121.5 MHz和243 MHz的示位标，到2009年2月1日，全球所有的船 舶、航空器和陆地用户必须装备统一的406 MHz的示位
5、标，COSPAS/SARSAT系统将终止121.5 MHz和243 MHz示位标的业务。与此同时，国际搜救卫星组织(COSPAS/SARSAT)将适当地增 加406 MHz示位标的频率，以满足用户的需要，即在现在的406.025 MHz的基础上，再增加 一个 406.028 MHz 卫星上行频率，满足用户需求。在 GMDSS 中原有三种 EPIRB，即 406 MHz EPIRB (S-EPIRB)、1.6 GHz EPIRB (L-EPIRB) 和 VHF 频段 CH70 EPIRBo 406 MHz EPIRB属于 COSPAS/SARSAT 系统，可以作为 A1、A2、A3、 A4海区船
6、舶配备的示位标设备；1.6 GHz EPIRB属于Inmarsat系统，可以作为A1、A2、A3 海区船舶配备的示位标设备；VHF CH70 EPIRB可作为仅航行在Al海区船舶配备的示位标设 备。实际上，Inmarsat系统早在2006年就已经停止系统中对于1.6 GHz的EPIRB的服务， VHF CH70 EPIRB 没有厂商生产，个别厂商把它与 COSPAS/SARSAT 系统示位标组合在一起。 因此目前 GMDSS 中的应急无线电示位标只有 COSPAS/SARSAT 系统中的一种， 即 S-EPIRB(406MHZ)。我国船舶检验时，要求仅航行在Al海区的船舶，可任选上述三种EPI
7、RB的一种作为基 本配备；航行在A2、A3、A4海区的船舶，可配备406 MHz EPIRB。从1993年8月1日起， 所有船舶已按要求配备了 EPRIB。GMDSS中的EPIRB具有遇险报警、定位、识别功能。在船舶遇险时，示位标可以人工或 自动启动，并发出含有示位标识别码的报警信息。 COSPAS/SARSAT 系统能自动确定遇险报警 示位标的位置。当载体遇险后，示位标可以通过人工或者自动由遇险时的撞击、水浸而激发(示位标启 动后，内部电池可连续使用工作48 h),发出报警信号，经卫星转发后，由遍布全球的地面 站(LUT )接收并计算出遇险目标的位置，随后经任务控制中心(MCC )通过国际通
8、信网络通知 遇险地区的相关搜救部门进行搜救。(2) 空间段由于该系统的低轨道卫星轨道较低(850-1000km)，单颗卫星的覆盖地球的面积比地球 同步卫星小，因而在现在7颗卫星的情况下，对于遇险目标来说存在一定的等待时间，尤其 是在近赤道附近地区，2颗卫星飞越同一地区的时间间隔最厂可达1.5h,因此空间段引入了 静止轨道卫星，因此国际电信联盟(ITU )把“近极轨道卫星搜救系统”改名为“全球国际卫 星搜救系统”，以适应系统变化的需要。静止轨道卫星的出现，一种新型的406MHz的示位标 投入使用，此种示位标由于工作在静止轨道卫星下，所以不能通过多普勒频移的方式得到示 位标的位置信息，必须在示位标
9、内部安装GPS接收芯片，提供位置信息。现在空间段由两部分组成，即静止轨道卫星系统(GE0SAR)和低轨道卫星(LE0SAR)系统， 在轨的卫星数目并不固定，截止到2006年10月，LEOSAR系统主要南美国提供的5颗和俄 罗斯提供的2颗低高度极轨道卫星组成，GEOSAR由美国和印度提供的5颗静止轨道卫星组 成，见图4-1-2。此外，还有2颗美国的备用卫星在轨道上处于待命状态。卫星转发器由美 国、俄罗斯、法国和加拿大四国提供。对所有的成员国可免费使用卫星上搭载的406 MHz、 243 MHz和121.5 MHz的频率转发器。图 4-1-2 COSPAS/SARSAT 系统卫星示意图 系统空间段
10、的主要作用是对示位标发出的报警信号进行变频、存储和转发等处理，使用 下行频率1 544.5 MHz实时模式转发给LUT进行处理，然后送到本地用户接收终端(LUT)。(3) 地面分系统地面分系统包括本地用户接收终端(LUT)和搜救任务控制中心(MCC)两大部分： 本地用户接收终端(GEOLUT和LEOLUT) 本地用户接收终端也叫地面站，作用是：跟踪搜救卫星并接收由卫星转发下来的遇险 示位标信号和数据，然后解码、计算出示位标识别码和位置数据(静止轨道卫星的地面接收 站 GEOLUT 由于卫星和示位标相对静止，因此无法通过计算得到示位标的位置，只能通过解 调得出示位标信号中包括解码、运算等，然后给
11、出示位标的位置数据和识别信息。这些信息 是示位标中的GPS接收机提供的)；同时本地用户终端又实时修正卫星的轨道参数，把信标 的报警数据和统计信息送给相应的搜救任务控制中心( MCC)。 搜救任务控制中心(MCC)MCC必须和LUT相连接，一个MCC至少要连接一个LUT,美国的MCC连接了 12个LUT.其 中有一个是Inmarsat静止轨道的LUT.目前COSPAS/SARSAT对全球的地理区域进行划分， 对每一个MCC都按照其所属的地理区域位置划分搜救服务区，在接收到LUT送来的示位标的 数据后，MCC首先判断其报警位置，如果报警发生在自己的搜救服务区内，贝JMCC将向自己 的搜救协调中心(
12、RCC)或搜救协调点(SPOC)发送报警电文，给出示位标的报警位置和登记信 息;如果报警发生在自己的搜救区以外，MCC将向自己所属的节点任务控制中心(Nodal MCC) 发送报警电文，再由节点任务控制中心把相应的电文转发给离示位标最近的MCC，以便实施 搜救行动。MCC 的主要功能是：收集、整理、储存和分类从LUT与其他MCC送来的数据；在COSPAS/SARSAT系统内与其他MCC进行信息交换；过滤虚假报警，解除模糊值；把报警和定位数据分发到有关的RCC或搜救协调点(SPOC)。目前世界上已经有21个国家建立了 46个低极轨道、18个静止轨道LUT，共有26个MCC 处于工作状态。 LUT
13、 的地理分布可以把地球的大部分表面覆盖，有些地区特别是东南亚地区 由多个LUT重叠覆盖；个别地区如非洲南部尚未建有LUT，但该系统可以利用搜救卫星上的 存储器把遇险信号存储起来，携带信号飞行，直到有LUT接收到此遇险信号。2. COSPAS/SARSAT 系统的原理 工作原理：船舶在遇险时，人工或自动启动卫星应急示位标发出遇险报警信号，由COSPAS/SARSAT卫星中继转发给LUT。在LUT提取示位标位置，然后经MCC将遇险报警信息 送交某一国家的 RCC 或搜救机构，开始搜救行动。定位原理(极轨道卫星)：卫星应急示位标位置的确定，是靠卫星测定接收应急示位标信 号时，由于卫星和应急示位标存在
14、相对运动，接收信号产生多普勒频移，多普勒频移的大小 与卫星和示位标当时的相对位置有关，因为卫星某一时刻的位置是已知的，这样就能计算出 示位标的位置。这种方法得到的是两个位置，一个是真实的示位标的位置，一个是相对于卫 星投影到地面上的运行轨迹的真实船位的镜像位置，计算机再根据地球的自转参数，消除镜 像船位，求得真实位置信号。如果卫星应急示位标性能稳定，一般卫星仅测定406 MHz的信 号即可定位；如果测406 MHz的信号定位失败，还可通过测定121.5 MHz或是243MHz信号 进行定位。定位精度：系统采用的低高度极轨道卫星，它测得的多普勒频移明显，定位精度高，一 般在23 n mile内；
15、同时又能降低对EPIRB的发射功率需求。3. COSPAS/SARSAT系统工作模式(1) 本地工作模式(实时模式)当LUT和示位标同时都在卫星的视区内时，卫星接收406 MHz EPIRB示位标的信号，测 出多普勒频移，形成数字信息，实时转发给卫星视区内的LUT，这种工作模式叫做本地工作 模式。406 MHz、121.5 MHz、243MHz EPIRB 可以工作在这种模式。对于 121.5 MHz、243MHz EPIRB仅工作在这种模式。(2) 全球覆盖工作模式(也叫存储、转发模式)当LUT和示位标不同时在卫星的视区内时，卫星接收406MHzEPIRB示位标的信号，测 出多普勒频移，形成
16、数字信息，先存储在卫星上，等到一个LUT出现在卫星视区内时，再转 发给卫星视区内的LUT。这种工作模式叫做存储、转发模式。又因COSPAS/SARSAT系统靠这 种工作模式覆盖全球，故又称全球覆盖工作模式。这种方式采用先进先出（FIFO）的方式， 即最先接收到的信息一直进行播发，直到有新的信息进来才能把最早的一条删除。由于目前 采用的是低极轨道卫星，目前7颗卫星工作的情况下，对遇险目标来说仍存在报警时间延时 这种现象在赤道附近更加严重。卫星绕地球一周大约是100 min,最小报警延迟是30 min, 最大报警延迟是2h,平均1 h。由于低极轨道的特点，将有可能延误搜救行动，因此国际搜救卫星组织在 20 世纪 90 年代就开始研究在静止轨道卫星上搭载406MHz转发器的问题，目前有5颗静止卫星搭载406 MHz转发器，美国有3颗，位于大西洋和太平洋上空，
