論導航衛(wèi)星在海洋測繪中的應用

摘 要：文章對衛(wèi)星多普勒定位和GPS衛(wèi)星定位技術進行分析，并重點闡述其在海洋測繪中的應用，通過文章的分析，認為GNSS技術在今后海洋測繪中的應用具有較大的價值，首先海洋強國建設在導航衛(wèi)星中能夠更好地發(fā)揮作用；海域測量領域在GNSS三頻接收機影響下的前景相當明朗；而GNSS導航衛(wèi)星能夠為航7維狀態(tài)參數(shù)和3維姿態(tài)參數(shù)提供更加準確的精度，完善機載激光測深系統(tǒng)。

關鍵詞：導航衛(wèi)星；海洋測繪；應用

1 概述

我國具有島嶼多、海域廣、海岸線長等特點。因此，做好海洋測繪工作，對于維護國家安全和開發(fā)海洋資源來說，意義重大，除此之外，海洋測繪工作還與海洋地質(zhì)勘探、海洋工程、海上交通、管道敷設、開發(fā)海洋資源和海底電纜等相關工作息息相關。作者通過查找相關的資料和結(jié)合自身的工作經(jīng)驗，得知導航衛(wèi)星在海洋測繪中發(fā)揮的作用不容忽視。

2 海洋測繪在GPS信號接收機

通過人造地球衛(wèi)星來對點位進行測量，這種技術就是我們耳熟能詳?shù)男l(wèi)星定位技術。在這種技術剛出來的時候，人造地球衛(wèi)星只是一種空間上的觀測目標，在地面測站實施攝影觀測，就是我們平時常說的衛(wèi)星三角測量技術。這種技術在一定程度上可以解決陸地海島聯(lián)測定位的問題，但是所消耗的人力、物力和時間比較大，而且定位的精度不高，難以對點位的地心坐標進行測量。所以，衛(wèi)星多普勒定位很快就取代了衛(wèi)星三角測量技術，取得了較大的進步，也導致衛(wèi)星定位技術從初級階段上升到高級階段，實現(xiàn)了從空間觀測目標到動態(tài)已知點衛(wèi)星的轉(zhuǎn)變。但是，有一點必須要明確的是，對子午衛(wèi)星信號實施多普勒定位的時候，需要間隔的時間比較長，還要花上1-2天的時間來觀測。在連續(xù)定位問題上沒有得到解決，同時也沒有實現(xiàn)厘米級的定位精度，所以，子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用也受到了較大的約束。隨著技術的發(fā)展，人類也追求全球性、全天時、全天候和更加高精度的導航和定位技術，GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)也隨之誕生。這也使導航與定位技術的發(fā)展進入到一個全新的階段，其前景也相當可觀。

在20世紀的90年代初期，當時的在軌GPS衛(wèi)星數(shù)量不多，僅僅為15、16顆，但是，那時候GPS衛(wèi)星導航定位技術就已經(jīng)深受海洋測繪人員的偏好。中國南海GPS島礁聯(lián)測分隊由國家海洋局、測繪局和地震局于1990成功建立起來，同年，乘坐“向陽紅五號”前往中國南海，并開展GPS島礁聯(lián)測的工作；測量的范圍涉及廣州、曾母暗沙、三亞和黃巖島，其面積多達200萬平方千米。海域面積相當大，時間也長達52天，第一次通過3臺WM-102GPS雙頻接收機工作，GPS的定位聯(lián)測工作點設立在南海8個點位、陸地4個大地和南海上的5個島礁，而此次站間距離最大也實現(xiàn)了808687.519m，在南海建立起一個精度較高的陸海大地測量控制網(wǎng)。

國家海洋局科技司于1991年4月提出，全面推進GPS衛(wèi)星定位技術，將統(tǒng)一的陸海大地測量控制網(wǎng)建立在所有領?；c、島嶼測量大地測量控制點和基本驗潮站中，總共包含有345個GPS測量定位點。這樣做的主要目的就是為了能夠?qū)㈥懞４蟮販y量控制網(wǎng)建立在我國專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架中，并提高其測量的精度，從而為這些地區(qū)提供相關的基準數(shù)據(jù)。

中國測繪學會海洋專業(yè)委員會和大地測量專業(yè)委員會在1994年10月13～16日展開了相關的研討會，對20世紀90年代初期的GPS技術研發(fā)成果進行了深入的交流。作者查閱了相關的資料，發(fā)現(xiàn)研討會中的部分論文發(fā)表在期刊《海洋測繪》上，其期刊數(shù)為1994年第4期，包含了14名作者所發(fā)表的9篇關于GPS技術應用的論文。這些學者進一步推動了海洋測繪GPS技術的應用，隨著其逐步完善和發(fā)展，在海面變化、海港工程、海洋漁業(yè)、海上地位等領域上都得到了廣泛的應用。

3 導航衛(wèi)星技術與海洋測繪技術分析

GPS/GLONASS技術在近幾年來，發(fā)展比較穩(wěn)定，北斗星導航定位系統(tǒng)計劃于2020年實現(xiàn)全球性的覆蓋；歐盟的伽利略全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)于2014年8月成功發(fā)射了衛(wèi)星；印度也在積極進行IRNSS印度區(qū)域衛(wèi)星系統(tǒng)的工作。將會有越來越多的導航衛(wèi)星運行在天空中，方便海洋測繪人員工作的開展，也提高了海域定位的精度，海洋測繪的研究價值相當有意義。

3.1 導航衛(wèi)星在海洋強國建設中的意義重大

我國具有的島嶼較大，而且島嶼面積大，島嶼岸線也比較長，除此之外，還擁有很多島群，這些島群也會發(fā)展成為我國核心的海島綜合經(jīng)濟帶。再對《聯(lián)合國海洋法公約》的規(guī)定進行分析，劃分在中國管轄的海域面積為400萬平方公里左右。海洋強國戰(zhàn)略任務在《中國海洋21世紀議程》中首次被提出，主要解決海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展、海洋經(jīng)濟區(qū)域建設和海洋科技等問題之外，還需要處理國家海洋權(quán)益和利益的維護、海上力量建設的強化等。從中我們可以看出，要想真正落實海洋強國任務，海洋測繪工作是必不可少的，因為這是一項基礎性和前期性的工作，而點位測定工作，則能夠提供基準數(shù)據(jù)給海洋測繪，是一項超前性工作。飛行在天空中的導航衛(wèi)星，能夠?qū)⒕雀?、速度快的定位測量運用在廣闊的海域上，并且實現(xiàn)動靜結(jié)合。舉個例子說，通過導航定位信號的載波相對測量數(shù)據(jù)解算，就能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級的動態(tài)定位測量精度。所以，導航衛(wèi)星對于實施海洋強國建設及其戰(zhàn)略的意義來說，是不容忽視的。

3.2 海域測量領域在GNSS三頻接收機影響下的前景相當明朗

GPS、GLONASS、Compass和伽利略全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，都能夠?qū)?個導航定位信號向民間用戶提供，有一點必須要注意的是，CLONASS的不斷發(fā)展，可以提供8個CDMA信號，同時實現(xiàn)了GPS/Compass/Galileo良好的兼容性。開展定位測量工作時利用三個導航定位信號，主要有下面的幾大意義：

第一，可以計算出排除電離層效應干預站星的距離，從而進一步促進用戶點位精度和置信度的提升；第二，運用在軍事領域上，可以為用戶解算出實時點位坐標，這個坐標的精度和置信度更高，那么高速飛行兵器就有了更加良好的數(shù)據(jù)基礎。第三，能夠計算出更長的寬巷載波相位測量波長，這樣能夠增加航解算算法的速度，也有利于高動態(tài)用戶可以獲得精度更加高的實時點位坐標。

總而言之，利用三個衛(wèi)星導航定位信號，在提高動態(tài)用戶實時點位精度方面表現(xiàn)得相當出色，也將定位測量與廣闊海域的導航衛(wèi)星緊密結(jié)合在一起。

3.3 GNSS導航衛(wèi)星能夠為航7維狀態(tài)參數(shù)和3維姿態(tài)參數(shù)提供更加準確的精度

相對于水面測量船測量來說，機載激光測深所耗用的費用僅僅為其1/6?？梢姡瑱C載激光測深系統(tǒng)的成本低而且效率高，能夠精密又快速地對海底地形進行測繪，是一項先進的設備，在今后的發(fā)展也會得到重視，成為我國現(xiàn)代化海事測繪保障體系建設的一項重點工程。

在采用機載激光測探的時候，一個必須具備的系統(tǒng)就是機載GNSS信號接收機，主要測定飛機在航3維姿態(tài)參數(shù)，將基準數(shù)據(jù)提供給控制機載激光作業(yè)的平臺，確保其穩(wěn)定性，從而更加穩(wěn)定地接收激光回波；還能夠?qū)r間同步源提供給機載激光測探等子系統(tǒng)，確保不同子系統(tǒng)之間的協(xié)同性；對飛機在航7維狀態(tài)參數(shù)進行測定，可以更好地引導飛機在晝夜作業(yè)。飛行在天空中的導航衛(wèi)星和三個民用導航定位信號，確保了機載激光測深系統(tǒng)的精確性，促進了機載激光測深事業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)束語

對于海洋測繪作為一項超前期基礎性建設工作，其作用能夠確保我國海洋國土的完整性，有利于海洋資源的開發(fā)和利用，導航衛(wèi)星能夠解決很多海洋工程項目問題，并為其提供快而準的定位數(shù)據(jù)，隨著我國導航衛(wèi)星與海洋測繪技術的不斷發(fā)展，在導航衛(wèi)星在軌飛行影響下，海洋測繪事業(yè)將會發(fā)展得更加興旺。

參考文獻

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