關于差分臺（RBN-DGPS/BDS）助航系統(tǒng)維護建設與適用性思考

陳一路 交通運輸部南海航海保障中心廣州通信中心

隨著3月9日北斗3號倒數第2顆組網衛(wèi)星發(fā)射成功，我國按計劃2020年建成全球服務的北斗導航系統(tǒng)指日可待。根據國務院印發(fā)《交通強國建設綱要》和交通運輸部《數字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》的指引，以及我國大力推進北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) (BeiDouNavig ationSatelliteSystem，BDS)在國際海上航行應用新業(yè)態(tài)的要求，站在服務全球的思想高度，我們必然會對當前我國航海保障“無線電指向標-差分全球定位系統(tǒng)（RBN-DGPS）”（以下簡稱差分臺）發(fā)展產生新思考，同時加予豐富服務新內涵。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將不僅為我國萬物互聯(lián)、自動駕駛、無人船舶等新業(yè)態(tài)經濟發(fā)展堅定基礎，也為國際航海、海洋利用、海洋經濟發(fā)展突顯我國高水平航海保障能力，增強我國國際海事組織締約國地位，彰顯航海保障大國能力與擔當。筆者是南海航海保障中心的一員，多年來一直參與我國沿海差分臺系統(tǒng)維護、改造建設工作，在這里主要以開放包容的態(tài)度，適應技術發(fā)展趨勢與航海新業(yè)態(tài)需求角度，談幾點探索性的淺見。

1.我國沿海差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)的發(fā)展及特點

1.1 我國差分臺（RBN-DGPS）建設發(fā)展

據相關資料顯示，我國沿海RBNDGPS差分臺站主要是從1995年始規(guī)劃建設，至2000年前后完成。當時主要是基于美國GPS衛(wèi)星航導系統(tǒng)進行建造，共有20個臺站（不含港澳臺），其中北海7座，東海6座，南海7座。系統(tǒng)全面建成開通后，形成RBN-DGPS系統(tǒng)臺鏈從北方鴨綠江口到祖國南端西沙群島，全面覆蓋我國沿海港口、重要水域，自主提供了差分GPS定位導航服務。由于我國RBN-DGPS系統(tǒng)具有定位快精、覆蓋范圍廣、使用方便、不收費等優(yōu)點，其應用非常廣闊，有效地保障了船舶航行安全，實現了對傳統(tǒng)無線電導航技術的重大突破和變革。當然這也局限于依賴美國的GPS系統(tǒng)對全球用戶開放。

眾所周知，當今世界國際形勢變幻莫測，西方國家強權與霸凌主義處處可見，特別是2019年西方主要國家貿易保護主義抬頭，故意制造貿易爭端，破壞全球化發(fā)展。國際敵對勢力想盡辦法對我國經濟發(fā)展造成干擾，對我國國家安全形成破壞，國際強權政治與恐怖主義形勢依然嚴峻。因此，這不能不讓我們對航海保障能力建設問題要更深層次地思考。

盡管沿海RBN-DGPS差分臺站建設，不僅使我國擁有了現代化的海上較高精度導航定位系統(tǒng)，而且這也標志著我國無線電導航手段已進入世界先進行列。但是，目前，我國沿海RBN-DGPS差分臺站原有的建設已經服務了20多年，設備老化、環(huán)境變化，這對臺站服務效能受到了一定的影響。再就是國際形勢變幻莫測，為減少對美國GPS系統(tǒng)的依賴程度，我國沿海RBN-DGPS差分臺站于2018年前后又進行了基于我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的雙模改造工作。2019年沿海多個臺站已基本完成并使用運行提供服務，同時還增加了多個臺站建設，補充沿海存在的盲區(qū)，其目的也是盡可能地消除受制于美國GPS的影響，建立我國自主的系統(tǒng)。

1.2 我國差分臺（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)應用及特點

我國沿海RBN-DGPS系統(tǒng)廣泛應用于船舶進出港、海上交通安全管理、狹窄水道導航定位和航標定位、海洋測繪、航道測量、航道疏浚、海上石油勘探、海洋資源調查、海上救助、海洋捕撈、海洋漁業(yè)及其它海上作業(yè)生產。系統(tǒng)于2018年進行GPS/BDS雙模改造后，更具有接受衛(wèi)星雙重保障，可靠性更強和準確性更高的特點，這為更準確地進行了電子海圖的迅速開發(fā)，自動駕駛、無人船艇等新業(yè)態(tài)經濟發(fā)展提供了自主知識產權寶貴的技術支撐。特別是我們應用RBN-DGPS/BDS信號，實現了在船舶進出港引航中，對于特長、特大型船只，對于大霧、大風等惡劣天氣，RBN-DGPS/BDS結合精度高的電子海圖已經成為一種半自主的引航手段，成為海上航行、船舶進出港安全，提高港航作業(yè)效能的利器。我國北斗衛(wèi)星導航(BDS)系統(tǒng)將于2020年建成，并將向全球提供服務，雙模改造后差分臺（RBNDGPS/BDS）系統(tǒng)也必然對我國航運事業(yè)和國民經濟的發(fā)展產生深遠的影響，也為全球船舶航行安全，海洋經濟發(fā)展，展現中國航海保障新時代的保障能力，為國際履約工作貢獻中國航海保障新標準及新方案。

2.差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)的組成及維護

2.1 差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)

原差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)也就是“無線電指向標-差分全球定位系統(tǒng)”（Radio Beacon-Differential Global Position System），簡稱RBN-DGPS，是一種利用海上無線電指向標專用頻段播發(fā)DGPS偽距修正信息的助航系統(tǒng)。

DGPS實際上是把一臺GPS接收機放在位置已精確測定的點上，組成基準臺。基準臺接收機通過接收GPS或北斗衛(wèi)星信號，測得并計算出到衛(wèi)星的偽距，將偽距和已知的精確距離相比較，求得該點在系統(tǒng)中的偽距測量誤差，再將這些誤差作為修正值以標準數據格式通過播發(fā)臺向周圍空間播發(fā)。附近的DGPS/BDS用戶接收到來自基準臺的誤差修正信息，以此來修正自身的GPS測量值，從而大大提高其定位精度。

差分臺站系統(tǒng)的基本構造主要是由基準站、播發(fā)站、完善性監(jiān)控站、監(jiān)控中心以及相應的天線天饋系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)（市電/柴油機/UPS不間斷電源）、防雷系統(tǒng)（天線防雷/電源防雷/機房設備防雷）等。我國進行雙模改造后差分臺（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)同頻加入北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) (Be iDouNavigationSatelliteSystem，BDS)。

2.2 差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)維護的幾個注意問題

我國差分臺站是依國際燈塔協(xié)會（IALA）分配給我國的基準臺和播發(fā)臺的識別碼范圍由北向南按區(qū)域進行分配，各臺站的基準臺和播發(fā)臺有獨一的識別碼，各臺站所屬的位置有其獨特的地理環(huán)境屬性，由國家統(tǒng)籌及安全進行布局。筆者作為交通運輸部南海航海保障中心的一名工作人員，多年的維護工作讓我有一定的體會。對于做好差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)維護首先應當要了解幾個關鍵問題。RBN-DGPS臺站向用戶播發(fā)的差分信息采用最小移頻鍵控（MSK）調制方式，播發(fā)類別為調相單信道數據傳送（G1D），與目前的光纖和GSM/CDMA或IP數據傳輸模式有較大的區(qū)別。RBN-DGPS臺站接收機 (RS 基準站GPS MX9400R) 在已知點上產生偽距改正數差分修正信號，由串口輸出的改正數送到指向標調制器MSK。MSK（最小移頻鍵控）將改正數調制到指向標載頻送到指向標發(fā)射機，因此，我們在維護系統(tǒng)時，要認真關注系統(tǒng)參數的變化或修訂。在日常維護中既要注意系統(tǒng)駐波比、發(fā)射站的輸出功率、以及信號場強等的變化，更要特別注意產生的改正數的差錯、改正數輸出的差錯以及指向標調解器設置的差錯。

改正數輸出有特殊的類型，改正數類型 (即 RTCM Type9-3或Type 1)，注意對設置數的相應設定。指向標調制解調器的頻率和波特率可選擇頻率 (283.5-325.0 kHz)，波特率(25,50,100,200)。當長時間的電磁波干擾將引起內存感染，有出現內存感染，或懷疑這情況發(fā)生時，我們可以進行熱啟動，按系統(tǒng)保存的初始化值啟動；或冷啟，清空設備的靜態(tài)內存，所有初始值，包括起始坐標、高度等都要重新輸入，當前的設備一般情況下已有了原始的記憶，可不重輸，這必須要注意。RBN-DGPS/BDS臺站服務要求為海上接收場強在75μv/m時，作用距離300公里,這要求我們的日常維護必須要做到位。

3.差分臺（RBN-DGPS）系統(tǒng)的常見故障及排查

在我們的日常維護工作中，常常遇到天饋系統(tǒng)中天調的問題，這一問題常見于雷雨季節(jié)，雷電影響較為嚴重，一旦被雷擊壞，幾乎是只能更換了，因此，必須要做好日常的防雷工作，特別是我國南方地區(qū)。當然還有一些以下較為多見的情況。

一是無線電指向標接收機故障。當我們在檢測中發(fā)現SS較強，但SNR沒有時，我們可以判斷接收機能跟蹤到指向標的載波，但接收不到調制器MSK信號，應當進一步檢查指向標發(fā)射機和指向標調制器；如果SS或SNR都沒有，則可懷疑問題出在天饋系統(tǒng)，天線損壞是比較少的，可以目測可見，按照我們的慣例判斷，很大可能是傳輸的同軸電纜或電纜頭接觸不良或損壞，當然也有可能是信號線直接接地了。如果都檢查不是，那只有可能是頻率或波特率設置出錯。

二是MX指向標調制器沒有載波輸出，先用頻譜分析儀或頻率器測量頻率是否正確，用示波器證實載波是否存在，如果沒有載波就只能重啟設備或更換該設備了。如果指向標調制器有載波但沒有MSK輸出，重新啟動也沒有，那不用浪費時間，可以替換該設備了。

三是指向標交叉切換與及串口問題。指向標交叉切換檢查，首先先斷開RF連接器，確認MSK1送到TX1，MSK2送到TX2，可用軟件改變一下繼電器的狀態(tài)，檢查是否MSK1送到TX2，MSK2送到TX1；串口發(fā)現的問題是較為簡單的，MX混頻調制器一般有多個串口，舊系統(tǒng)中多數至少有一個是RS232,一個是RS422,對于串口問題，我們可以用當前的屏幕發(fā)送并接收命令來判斷該串口是否起作用來推斷，如果不能發(fā)送或接收命令，那只能檢查連接線或更換串口設備。

4.我國差分臺（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)雙模優(yōu)勢及應用

筆者在這里暫不談論BDS北斗與GPS系統(tǒng)的好壞與優(yōu)劣，只是居于對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)的理解以及本職工作的一些體會，進行粗淺探索，進一步依據國際航海保障發(fā)展的新需求，通過差分臺雙模（GPS/BDS）改造后，整理論述北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的一些特點與優(yōu)勢。

由于我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是分步實施，按國際電聯(lián)要求及國際慣例，衛(wèi)星所用頻率，按照誰先用誰優(yōu)先的原則。我國從1994年開始研發(fā)推進建設，北斗1至北斗3系統(tǒng)（進行了三代的接連組網，搶占有利頻段），目前我國北斗共已發(fā)射54顆衛(wèi)星，但其中有3顆退役，9顆在維護中。我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)比歐洲伽利略系統(tǒng)優(yōu)先使用較好頻段。

美國GPS系統(tǒng)是42年前（1978年）建設，而我國北斗導航系統(tǒng)是1994年開始研究建設，2014年北斗3開始服務，兩者相比，從40多年前的國際標準電子元器件晶體管等較為老舊的通信技術與現代國際上日新月異的通信網絡技術采用基礎完全不同，顯然北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)有著后發(fā)制人的優(yōu)勢。GPS系統(tǒng)與我國北斗系統(tǒng)的不同及北斗優(yōu)勢特點：一是GPS系統(tǒng)是采用雙頻模式，北斗系統(tǒng)是采用三頻可控模式，北斗更具有隱蔽性、高精準，并具有短信通信功能；二是GPS是無源定位，需要4顆衛(wèi)星才能準確定位，北斗是采用有源定位，只需要2顆衛(wèi)星就能完成定位。先不說定位的精度，在惡劣條件下、衛(wèi)星覆蓋缺失時，北斗顯然更有穩(wěn)定的可靠性；三是北斗有在亞洲衛(wèi)星覆蓋密度高的特點，在亞洲定位精度特別精準；四是北斗創(chuàng)新采用了新通信技術Ka頻段相控陣中速星間鏈路技術，頻段測量方式，也就是實現星星測距，建立星間鏈路，抗干擾性強，使系統(tǒng)一星通星星通，組成了全星大網運行。也據于此，同時實現了原子鐘星際同步，這為消除時鐘差造成的位置信息誤差提供了更為極至影響的定位精準度；五是北斗用戶端價格低廉，有向全球推廣的明顯優(yōu)勢。因此，我們要有足夠的信心，加大對北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用，在居于北斗系統(tǒng)的雙模改造后差分臺（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)更要有前瞻性的思考，在實際工作中以拓寬其在海事監(jiān)管、航海保障、海洋經濟、社會發(fā)展等方面的適用性。組織研發(fā)居于BDS系統(tǒng)自主產權的差分修正值更為精準的船用RBN一體化接收機設備，并大力建設RBN-BDS內河沿海系統(tǒng)，精準地解決航標漂移，特殊水文監(jiān)測，為無人船舶駕駛、橋梁防碰撞助航系統(tǒng)、自動智能靠離泊位碼頭終端設備提供基礎數據。

5.結束語

關于差分臺（RBN-DGPS/BDS）助航系統(tǒng)維護建設與適用性研究，我們還有很長的路要走，必須要以國際海事組織IMO、國際電信聯(lián)盟ITU、國際航標協(xié)會IALA、國際電工委員會IEC、國際海運事業(yè)無線電技術委員會RTCM等的標準與要求，進行探索總結，提出我國新方案新提案。墨子號衛(wèi)星的成功發(fā)射，讓我國量子通信又取得全球領先地位。我國通信技術的高速發(fā)展，使我們有百倍信心。為更好推動國家“交通強國”和“一帶一路”戰(zhàn)略實施，按照國務院印發(fā)的《交通強國建設綱要》和交通運輸部《數字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》要求，我們應積極推進北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用的“國際化”，進一步強化差分臺（RBN-DGPS/BDS）系統(tǒng)的廣泛應用，加大力氣做好船用終端系統(tǒng)和標準研究，同時促進國際海事應用，形成國際上認可的中國標準，抓住制定規(guī)則的主動權，實現我國航海保障大戰(zhàn)略，服務全球經濟發(fā)展。