淺析北斗導航系統(tǒng)的移動導航定位終端設計理論

楊森 中電科衛(wèi)星導航運營服務有限公司

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)概述

2003年5月25日，我國第三顆“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”衛(wèi)星發(fā)射成功，2004年開始啟動北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)二代的建設，于2011年開始進行測試服務，直至2012年底該系統(tǒng)提供覆蓋亞太大部分地區(qū)的正式衛(wèi)星導航服務，并計劃在2020年覆蓋全球。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)、知識產權獨立的一套衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其堅持開放性、兼容性、漸進性的開發(fā)原則，建設一個技術先進、運行穩(wěn)定、可靠性高、覆蓋全球的導航系統(tǒng)，形成一個先進的衛(wèi)星導航產業(yè)鏈，最終促進我國衛(wèi)星導航應用產業(yè)的發(fā)展。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位的原理是以三球相交為基礎，用戶向系統(tǒng)發(fā)送定位需求，提出服務項目的申請，兩顆衛(wèi)星在接受到服務需求信息后再將其發(fā)送至地面中心站，其接收到服務需求信息后再將用戶所發(fā)送的信息解調出來，確定用戶至兩顆衛(wèi)星的距離，獲得兩顆衛(wèi)星的坐標后，以該坐標為圓心、以衛(wèi)星至用戶機的距離為半徑形成兩個球面，而兩個球面交線的圓弧上就是用戶機的位置。在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，地面中心所配置的電子地圖可以提供一個非均勻球面，該球面以地心為球心、球心至地球表面的高度為半徑，如果目標在赤道平面北側，獲取用戶位置時計算出圓弧線與地球表面交點即可，用戶所在位置信息再通過兩顆衛(wèi)星中的一顆發(fā)送至用戶處，即可完成定位服務。在服務過程中地面中心站還會主動定位指定用戶的位置，定位后會直接保存于中心站，用于后續(xù)的調度指揮、相關部門獲得用戶位置等，而不會將位置信息發(fā)送于用戶。由此可見，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)屬于主動式觀向測距二維定位，衛(wèi)星將地面中心控制系統(tǒng)解算出的位置發(fā)送給用戶，且用戶的位置信息、時間信息均可保存于地面中心站，因此可以實現整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。

2 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的優(yōu)勢

相比其它導航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要體現出以下幾個方面的優(yōu)勢：首先，相比GPS系統(tǒng)存在不具備通信能力的不足，北斗導航系統(tǒng)無需其它通信系統(tǒng)的支持即可完成移動定位及調度，可以實現定位及雙向通信功能，而GPS必須通過其它通訊系統(tǒng)才能實現移動定位及監(jiān)控。其次，北斗導航系統(tǒng)無通信區(qū)，可以實現全天候服務，覆蓋范圍廣，至2020年即可實現全球覆蓋。且北斗導航屬于我國自主研發(fā)的定位系統(tǒng)，數據采用高強度加密措施，安全系數高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，適用于關鍵部門應用。最后，適用集團用戶。北斗導航系統(tǒng)采用獨特的中心節(jié)點式定位處理技術，并采用指揮型用戶機設計，不僅可以滿足用戶的定位需求，還可以主動獲取用戶的位置信息，因此適用于無依托地區(qū)數據采集用戶數據，并適用于大范圍的監(jiān)管。

3 北斗定位導航系統(tǒng)移動導航定位終端結構

北斗定位導航終端系統(tǒng)采用獨立的操作系統(tǒng)，其采用移動式設計開發(fā)，人機界面友好，體現出體積小、安全可靠、操作簡便的特點，并可進行24h服務。北斗導航系統(tǒng)的子模塊包括多項功能，其中用戶通過表單或字符的形式向用戶界面發(fā)送服務需求指令，系統(tǒng)會將數據以圖形、文字的方式返回；通過通信功能接收衛(wèi)星信號，將相關數據信息傳遞至主控模塊；用戶確定定位方式后，即可將準確坐標發(fā)送至移動終端完成定位服務。用戶當前位置的地圖、區(qū)域地圖等信息主要通過地圖功能體現出來，便于用戶在地圖上進行選擇方向、移動、拉近拉遠等動態(tài)操作。用戶輸入某個定位信息后，系統(tǒng)自動搜索位置，并精準的顯示出來，系統(tǒng)在接收到用戶輸入的出發(fā)地、目的地信息后，會利用路由算法計算出最短路徑，并向用戶顯示導航地圖。系統(tǒng)的整個數據傳輸過程均應用AES算法進行加密，以最大程度上保證數據的安全性、可靠性。用戶還可以對導航系統(tǒng)終端進行個性化設置，系統(tǒng)可以對地圖數據進行備份、更新版本，以滿足用戶下載地圖文件的需求；此外，系統(tǒng)還可以根據用戶的個人權限對其操作范圍進行限制，及提示更新新版本。

4 北斗定位導航系統(tǒng)移動導航定位終端系統(tǒng)設計

北斗定位導航系統(tǒng)移動導航定位終端硬件系統(tǒng)包括三大模塊，即射頻信號處理模塊、數字基帶信號處理模塊、天線接口等。其中射頻信號處理芯片電路、噪聲放大器電路、溫補晶振、聲表面波濾波器電路等共同組成了射頻信號處理模塊，顧名思義該模塊主要對衛(wèi)星高頻信號進行處理，并將數字中頻信號輸出系統(tǒng)。數字基帶信號處理芯片、串行接口電路、RTC晶振電路等部件組成了數字基帶信號處理模塊，其主要功能是接收、調解上級數字中頻信號，獲得導航電文、載波相位、偽距等衛(wèi)星信息，并按照標準協(xié)議計算、輸出數據信息。衛(wèi)星天線接口的主要作用是接收衛(wèi)星信號。北斗導航定位終端系統(tǒng)采用Linux系統(tǒng)，其不僅兼容性強，具有可移植性，而且可定制，無論是開放性還是精簡性均優(yōu)于其它網絡系統(tǒng)。

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