陳紅齊，吳益新

（東海航海保障中心福州航標(biāo)處，福建福州 350005）

0 引言

北斗導(dǎo)航技術(shù)和GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的實際應(yīng)用價值是在于定位，知道船舶海上行進路線。GPS 技術(shù)是美國所研發(fā)在全球第一個投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該技術(shù)的各個方面都是極為成熟的，其系統(tǒng)性能極為穩(wěn)定，伴隨著我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，這種類型的壟斷優(yōu)勢逐漸被打破，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主開發(fā)的定位以及導(dǎo)航技術(shù)，他的出現(xiàn)不僅推進航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，也提升我國在國家范圍內(nèi)的實際影響力。在一定程度上北斗導(dǎo)航技術(shù)和GPS 技術(shù)是能夠在全球范圍內(nèi)進行導(dǎo)航以及定位的，其也能夠運用在各領(lǐng)域中，特別是在航海領(lǐng)域中。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是一種全天候的衛(wèi)星導(dǎo)航信息的導(dǎo)航系統(tǒng)，他的出現(xiàn)打破了GPS 市場中的壟斷，在對于推動我國導(dǎo)航發(fā)展有著極為重要的意義和作用。在二十世紀(jì)之后，定位導(dǎo)航技術(shù)研究學(xué)者在航海期間記錄下船只航行以及運行的變化來推算船只的地理位置。二戰(zhàn)結(jié)束后，為能夠取得更大的勝利，讓戰(zhàn)斗機在空中作戰(zhàn)的能力更為準(zhǔn)確，人們發(fā)明了一種無線電定位系統(tǒng)，但是伴隨著該系統(tǒng)的快速發(fā)展，其能夠很好的運用在航海定位中，該技術(shù)一直發(fā)展到當(dāng)前的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這才將人們帶入到一個嶄新的時代，全球定位系統(tǒng)能夠給地球上任何地位在海上運行的船舶進行導(dǎo)航，準(zhǔn)確的找到自己的地理位置。通過對北斗導(dǎo)航技術(shù)和GPS 定位技術(shù)在船只航海定位當(dāng)中的應(yīng)用進行相應(yīng)的對比分析，促進我國航海技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

1 北斗導(dǎo)航以及GPS 定位技術(shù)的介紹

北斗導(dǎo)航以及GPS 定位技術(shù)都是屬于衛(wèi)星定位技術(shù)的范圍，主要由地球上的監(jiān)測設(shè)備和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以及終端所構(gòu)成，地球上的監(jiān)控設(shè)備的功能是采集指令然后傳輸給天空中的衛(wèi)星系統(tǒng)，能夠?qū)τ谛l(wèi)星的運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)測，并且還能夠?qū)λ杉降臄?shù)據(jù)進行相應(yīng)的分類處理。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能是傳輸信號，然后就是用戶終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能是接受衛(wèi)星所發(fā)來的信號，并且針對衛(wèi)星定位進行解析，然后通過計算并且來確定自己所在的地理位置。

2 北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能為船只提供定位服務(wù)

（1）北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)和雷達配合使用。在一定程度上雷達所跟蹤的目標(biāo)和AIS（Aeronautical Information Service，船舶自動識別系統(tǒng)）報告的目標(biāo)是有所關(guān)聯(lián)的，簡單來說就是雷達會將分別來自和雷達傳感器以及AIS 傳感器目標(biāo)的定位以及航海速度以及航海方向等方面的信息進行歸納分析，然后按照地理位置和實踐以及航海方向和速度，根據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則進行優(yōu)化處理和合理支配，最后根據(jù)船舶駕駛員的要求進行輸出目標(biāo)一致性的動態(tài)信息。在一定程度上若是定位誤差較大，那么就會讓目標(biāo)無法顯示出位置所在地，并且還會讓所有基于定位系統(tǒng)的AIS 設(shè)備圖標(biāo)都會偏離雷達回波的固定位置，并且還會讓部分的目標(biāo)出現(xiàn)失聯(lián)的情況，與此同時，也有可能會導(dǎo)致目標(biāo)數(shù)據(jù)精度出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，從而影響到船舶航線和航速。所以，在一定程度上雷達自身需要高準(zhǔn)確度的位置信息，還需要讓AIS 信號也有高精度位置信息，北斗衛(wèi)星的高精度是能夠完全運用在雷達設(shè)備當(dāng)中的，這樣是能夠解決我國使用國外定位技術(shù)的困惑。

（2）電子海圖信息系統(tǒng)和現(xiàn)實系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種備用配置，其能夠被視為修正了1974年SOLAS 公約第19 條和27 條要求的最新海圖航行信息系統(tǒng)，在一定程度能夠選擇性的現(xiàn)實系統(tǒng)電子航海圖信息和航行的傳感器的主要位置信息，有利于幫助航海工作人員監(jiān)控航海路線。在電子海圖信息系統(tǒng)中，不論是在近岸航行還是在遠(yuǎn)岸航行，其對于船舶的定位傳感器精度要求是非常高的，并且還要求信息系統(tǒng)的實時高精度，在不同的現(xiàn)實情況下，船舶位置信息都是會及時的顯示在屏幕上，船舶駕駛員可以根據(jù)屏幕上所顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)對船只進行控制和周圍狀況的實時觀察，其主要包含暗礁和淺灘等障礙物，充分運用高準(zhǔn)確度的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能夠有效的避免危險情況的出現(xiàn)。伴隨著我國船只的重量和規(guī)模不斷增大，船只自身的吃水深度也會不斷加深，這種情況就需要提供可靠和準(zhǔn)確的船只信息。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能夠不間斷，全天候的提供給船只精確的信息，在測量精度當(dāng)中可以高達0.15 m/s。因此，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)能夠有利于船只船位信息的提供，從而保障船只的安全航行。

3 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)原理分析

GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)主要是由4 個地表天線站、4 個MCS 控制臺和6 個監(jiān)控系統(tǒng)所構(gòu)成，用戶設(shè)備主要是GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的目的地，然后通過信息接收器來接受GPS 衛(wèi)星所發(fā)出的信號，在以GPS 衛(wèi)星所固定的角度去獲得測量GPS 衛(wèi)星，并且跟蹤獲取衛(wèi)星的相關(guān)數(shù)據(jù)，最后在通過計算，計算出用戶設(shè)備的主要定位數(shù)據(jù)，比如地理位置的經(jīng)度和維度等信息。在現(xiàn)目前GPS 定位技術(shù)中，方法有很多種類，但是大致的原理都是一樣的，都是屬于以GPS 衛(wèi)星來測量中心。根據(jù)GPS 衛(wèi)星的運動情況可以把GPS 定位計算方法分為單點計算法和相對定位計算法，大多數(shù)情況下所采用的都是偽距的計算方法來進行定位計算；除此之外，多普勒定位和載波測量方法也可以充分運用在GPS 系統(tǒng)定位中。

4 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)原理分析

北斗導(dǎo)航定位是有著精準(zhǔn)性和主動性的特征，在一定程度上能夠進行雙工數(shù)據(jù)傳輸，但是在特定區(qū)域時也是有著極大的局限性。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)建主要是由地面中心控制系統(tǒng)、空間部分以及用戶終端所構(gòu)成。其中地面中心控制系統(tǒng)是由地面到中心站和地面岑靠標(biāo)校站所組成；空間可以分為衛(wèi)星以及備用衛(wèi)星所構(gòu)成；用戶終端是收發(fā)器，能夠接受和發(fā)送衛(wèi)星所傳輸而來的信號。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位工作流程如下所示：①地面控制站將信號發(fā)送到空間衛(wèi)星；②空間工作衛(wèi)星接收信息后，運用轉(zhuǎn)發(fā)器將信號傳輸給用戶，③服務(wù)區(qū)用戶對工作衛(wèi)星所發(fā)出的信號進行回應(yīng)；④地面控制中心接受到用戶信號后進行解析；⑤空間衛(wèi)星接收用戶坐標(biāo)資料，運用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器將數(shù)據(jù)傳輸給用戶，從而獲取定位?？偠灾倍穼?dǎo)航系統(tǒng)定位中空間工作衛(wèi)星是地面控制中心和用戶之間的中轉(zhuǎn)站。

5 北斗導(dǎo)航以及GPS 技術(shù)在航海定位中的對比分析

北斗導(dǎo)航以及GPS 導(dǎo)航在航海定位中的實際應(yīng)用對比分析，以AIS 為基礎(chǔ)，在一定程度上去獲取船只航行期間相關(guān)信號以及信息分析，比如在海岸基站周圍船只信息等方面，并且會將這些信息傳輸?shù)桨渡系南到y(tǒng)當(dāng)中。在信息傳輸過程中，AIS 會將接收到的信息傳輸?shù)奖倍穼?dǎo)航衛(wèi)星或者是傳輸?shù)紾PS 導(dǎo)航衛(wèi)星上面，然后通過衛(wèi)星的傳輸?shù)竭_控制中心。在定位控制中心充分運用多基站信息融合技術(shù)對船只信息進行處理，然后將其儲存到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，監(jiān)控系統(tǒng)會自動讀取數(shù)據(jù)庫中的船只信息并將其顯示在屏幕上，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對船只航行和航速進行動態(tài)監(jiān)控。在一定程度上北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位和GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位的準(zhǔn)確度對比表（表1），在每相隔480 m 長度去設(shè)置一條極限，但是需要注意的是，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位測試的數(shù)據(jù)和GPS 導(dǎo)航船只定位測試數(shù)據(jù)類型是有很多不同支出的。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位測試數(shù)據(jù)類型是檢測相位大小和B1 與B2速率的偽距，GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)類型是L1 和L2 與C1 和P2 中的數(shù)據(jù)分析。

通過表1 中所顯示的數(shù)據(jù)，我們可知北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船舶的定位準(zhǔn)確度在（4～5）mm，然而觀察準(zhǔn)確度在（0.3～0.4）m，其中這2 個準(zhǔn)確度的指標(biāo)是和GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位相同的。在一定程度上，去測試衛(wèi)星高角度對于船只定位準(zhǔn)確度的實際影響，所采用的是不間斷的10 組分元組數(shù)據(jù)來進行計算的，這樣能夠計算出北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位以及GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位的準(zhǔn)確度的結(jié)果。在某種層面上可以去除不精確的結(jié)果，然后得到高角度匹配的精確度數(shù)值之后再進行實際均值的計算。在一定程度上測試結(jié)果表明，在對于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位而言，伴隨著我國衛(wèi)星高角度的不斷提升，航海船只定位準(zhǔn)確度也會不斷增加，伴隨著我國衛(wèi)星高角度的降低，航海船只準(zhǔn)確度也會得到下降；然而在GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)船只定位當(dāng)中，上述這種關(guān)系也同樣存在的，但是相對于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)而言，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)度是更為穩(wěn)定，其自身的歷元接受信號的能力向度較強，所接受的衛(wèi)星數(shù)量較多，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船舶定位當(dāng)中的MEO（Medium Earth Orbit，中地球軌道）衛(wèi)星數(shù)量出現(xiàn)的波動信息是非常大的，其GEO（Stationary Earth Orbit，地球同步軌道）衛(wèi)星是較為穩(wěn)定的，但是從精確度上來說，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)船舶定位好于GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)定位。

6 結(jié)語

北斗導(dǎo)航技術(shù)在全球范圍導(dǎo)航和定位中，能夠適用在各領(lǐng)域當(dāng)中，特別是在航海領(lǐng)域中的使用能夠極大的提高船舶航行的安全性。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主開發(fā)的定位和導(dǎo)航技術(shù)，該技術(shù)不僅促進我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，還提升我國在國際中的影響力，隨著我國針對北斗導(dǎo)航導(dǎo)航定位系統(tǒng)的完善，其在航海領(lǐng)域中能夠全面實現(xiàn)定位導(dǎo)航，這將促進我國航海事業(yè)的發(fā)展。