北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在漁業(yè)船舶上的應(yīng)用

摘要：隨著中國(guó)海洋漁業(yè)的不斷發(fā)展和從業(yè)人員持續(xù)增加，漁業(yè)安全生產(chǎn)受到社會(huì)廣泛關(guān)注，近些年北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在漁業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，漁業(yè)主管部門(mén)利用北斗系統(tǒng)對(duì)漁船實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)管，精準(zhǔn)實(shí)施海上搶險(xiǎn)救助。漁民憑借北斗衛(wèi)星的指引，在茫茫大海上能夠清晰找準(zhǔn)回港的路。北斗系統(tǒng)降低了海上漁業(yè)生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大幅提高了漁業(yè)生產(chǎn)效率，保障了漁民的生命財(cái)產(chǎn)安全。文章對(duì)北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、北斗船載終端設(shè)備在漁業(yè)船舶導(dǎo)航中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星;導(dǎo)航;漁業(yè)船舶

中圖分類(lèi)號(hào)：S972.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

中國(guó)是海洋漁業(yè)大國(guó)，海岸線(xiàn)3.2萬(wàn)km，海洋面積300萬(wàn)km2，漁船56萬(wàn)艘，傳統(tǒng)漁民550萬(wàn)人。海洋漁業(yè)是高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，漁業(yè)船舶安全關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)，船舶導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展對(duì)保障漁船安全生產(chǎn)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，早期漁船的定位導(dǎo)航主要根據(jù)天體的位置進(jìn)行判定，同時(shí)使用羅盤(pán)判定航行方向。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)已取代了原始的導(dǎo)航方法。中國(guó)自主建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)認(rèn)定的四大核心供應(yīng)商之一，雖然起步晚卻后來(lái)居上，與美國(guó)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)共同成為世界最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)分3代：1994年北斗工程立項(xiàng)，2000年，我國(guó)自主完成了北斗一號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，共有4顆北斗一號(hào)試驗(yàn)衛(wèi)星，服務(wù)中國(guó)區(qū)域[1];2012年完成了北斗二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，共有25顆北斗二號(hào)衛(wèi)星，服務(wù)亞太地區(qū);2020年完成了北斗三號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，共有30顆北斗三號(hào)衛(wèi)星，服務(wù)全球?？梢蕴峁┟赓M(fèi)定位和授權(quán)服務(wù)，授權(quán)服務(wù)包括提供高精度的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信以及系統(tǒng)完整性信息服務(wù)。北斗系統(tǒng)具有全天候、精度高、定位快、功能全、運(yùn)行穩(wěn)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在交通運(yùn)輸、漁業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、通信授時(shí)、應(yīng)急救災(zāi)、安全保障等諸多行業(yè)領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成

由空間端、地面端、用戶(hù)端三部分構(gòu)成?？臻g端包括地球靜止軌道、同步軌道和中圓軌道三種多個(gè)衛(wèi)星。地面端包括主控站、時(shí)間同步/注入站和監(jiān)測(cè)站等多個(gè)地面站，以及星間鏈路運(yùn)行管理設(shè)施[2]。用戶(hù)端包括衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)芯片、模塊、天線(xiàn)等基礎(chǔ)構(gòu)件，以及終端產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)與運(yùn)行軟件等。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理

北斗系統(tǒng)最重要功能是定位功能，定位的基本原理是依據(jù) “三球交會(huì)”定律完成空間定位目標(biāo)，也就是以空中三顆已知坐標(biāo)參數(shù)和精確狀態(tài)的衛(wèi)星作為圓心，以衛(wèi)星分別到用戶(hù)終端設(shè)備之間的距離參數(shù)作為半徑，建立三個(gè)球面狀空間結(jié)構(gòu)，這三個(gè)球面的交點(diǎn)即為用戶(hù)端地理位置，利用衛(wèi)星通信技術(shù)測(cè)定衛(wèi)星和用戶(hù)設(shè)備的距離通過(guò)自動(dòng)解算實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。而有地面控制中心參與的定位，依靠?jī)深w衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)定位，以空中兩顆已知坐標(biāo)參數(shù)和精確狀態(tài)的衛(wèi)星作為圓心，以衛(wèi)星分別到用戶(hù)終端設(shè)備之間的距離參數(shù)作為半徑，建立兩個(gè)球面狀空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)測(cè)定衛(wèi)星和用戶(hù)終端設(shè)備的距離為半徑的兩個(gè)球面，這兩個(gè)球面與用戶(hù)端所在的地球球面的交點(diǎn)即為用戶(hù)端地理位置，這種定位需要地面控制中心根據(jù)地球電子高程地圖庫(kù)提供地形圖，兩衛(wèi)星圓弧線(xiàn)與地球表面地形圖的交點(diǎn)，可以得到用戶(hù)的二維位置。

1.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的功能

1.3.1 定位導(dǎo)航 為全球提供全天候、高精度、連續(xù)、實(shí)時(shí)的定位和導(dǎo)航服務(wù)。用戶(hù)終端設(shè)備可免費(fèi)獲得定位、授時(shí)服務(wù)，全球定位精度10m，測(cè)速精度0.2m/s，授時(shí)精度20ns;亞太地區(qū)定位精度5m，測(cè)速精度0.1 m/s，授時(shí)精度10ns[3]。

1.3.2 短報(bào)文通信服務(wù) 可提供雙向數(shù)字（報(bào)文）通信，中國(guó)及周邊地區(qū)單次通信能力為1000漢字，全球短報(bào)文通信服務(wù)單次通信能力為40漢字。

1.3.3 國(guó)際搜救服務(wù) 與全球其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一起組成全球范圍搜救系統(tǒng)，同時(shí)建立用戶(hù)終端設(shè)備的反向鏈路，大幅度提高了搜救成功率和效率。

2 遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星、地面站、船載終端、運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心、漁業(yè)主管部門(mén)監(jiān)控臺(tái)站等組成。該系統(tǒng)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)，整合移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、互聯(lián)網(wǎng)+、地理信息等技術(shù)，構(gòu)建海洋漁業(yè)綜合信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[4]。2012年遼寧省啟動(dòng)遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)建設(shè)，建立船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，為較大馬力漁船安裝北斗船載終端，截至2019年底共為近1萬(wàn)艘漁船安裝了北斗終端。漁業(yè)管理部門(mén)利用該系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握漁船海上動(dòng)態(tài)，實(shí)施監(jiān)控管理，接收漁船緊急報(bào)警，并通過(guò)系統(tǒng)的短報(bào)文與漁船實(shí)現(xiàn)文字通信，船岸之間建立了有效的聯(lián)絡(luò)機(jī)制，有效提高了海上作業(yè)漁船的安全保障。2021年，為了進(jìn)一步提高海上生產(chǎn)漁船的安全保障能力，遼寧省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳印發(fā)了《遼寧省海洋漁業(yè)船舶北斗船載終端設(shè)備安裝使用管理辦法》，規(guī)定所有船籍港在遼寧的海洋漁業(yè)船舶必須安裝北斗船載終端設(shè)備，否則不得出海生產(chǎn)作業(yè)。同步啟動(dòng)了2021年遼寧省海洋漁業(yè)船舶北斗船載終端設(shè)備安裝項(xiàng)目，對(duì)北斗船載終端的功能進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，計(jì)劃年內(nèi)為全省約4萬(wàn)艘漁業(yè)船舶安裝新款北斗船載終端設(shè)備[5]。

遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)主要功能：漁業(yè)部門(mén)利用該系統(tǒng)對(duì)轄區(qū)漁業(yè)船舶進(jìn)行監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)。遇有大風(fēng)惡劣天氣，漁業(yè)部門(mén)利用系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，實(shí)時(shí)掌握管轄漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)，指揮調(diào)動(dòng)漁船避險(xiǎn)。向漁業(yè)船舶開(kāi)通定位導(dǎo)航、各種通告、遇險(xiǎn)求救等服務(wù)。向漁船船載終端提供船、岸間的數(shù)字報(bào)文通信服務(wù)。向用戶(hù)提供漁市、物流、天氣、海浪、漁場(chǎng)、魚(yú)汛等信息服務(wù)。

3 北斗船載終端設(shè)備在漁業(yè)船舶導(dǎo)航中的應(yīng)用

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建成以前，衛(wèi)星定位一直被美國(guó)GPS系統(tǒng)壟斷，北斗系統(tǒng)打破了GPS一家獨(dú)大的局面，為世界船舶提供了一個(gè)更安全和精確的定位導(dǎo)航途徑。在遼寧省，2012年開(kāi)始在漁業(yè)船舶上大規(guī)模安裝北斗船載終端，為漁業(yè)船舶提供安全精準(zhǔn)全面的定位導(dǎo)航服務(wù)，下面簡(jiǎn)要介紹一下北斗船載終端在船舶導(dǎo)航中的應(yīng)用。

3.1 北斗船載終端的組成

主要由射頻前端、A/D轉(zhuǎn)換器、基帶信號(hào)處理和導(dǎo)航解算4個(gè)模塊構(gòu)成。射頻前端接收衛(wèi)星信號(hào)，前置放大器將衛(wèi)星信號(hào)放大并變?yōu)橹蓄l信號(hào);A/D轉(zhuǎn)換器將中頻模擬信號(hào)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)量化編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊的功能是二維捕獲衛(wèi)星信號(hào)、跟蹤載波相位和碼相位，偽距測(cè)算;導(dǎo)航解算模塊采取一定的算法消除模型誤差，解算偽距方程，解析出衛(wèi)星接收機(jī)天線(xiàn)的地理位置，最終實(shí)現(xiàn)定位功能[6]。

3.2 北斗船載終端的主要導(dǎo)航功能

主要導(dǎo)航功能有：顯示船位和導(dǎo)航數(shù)據(jù)，緯度、經(jīng)度、海拔高度，航向、航速，到航路點(diǎn)恒向線(xiàn)或大圓航線(xiàn)方案的航向及距離、預(yù)測(cè)航行時(shí)間。如果電羅經(jīng)和計(jì)程儀數(shù)據(jù)可以接入，可以顯示流向和流速?？梢栽O(shè)置參數(shù)，定位精度、二維定位、三維定位、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。顯示衛(wèi)星數(shù)據(jù)、編號(hào)、仰角、方位、工作狀態(tài)等?？梢源鎯?chǔ)、設(shè)計(jì)海上航線(xiàn)及航路點(diǎn)。定位更新時(shí)間在1s以?xún)?nèi)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新時(shí)間在3s以?xún)?nèi)。航行警報(bào)，偏離航線(xiàn)、錨位監(jiān)控、到達(dá)航路點(diǎn)區(qū)域范圍、設(shè)備故障等報(bào)警功能。接口功能，配備輸入和輸出接口。

3.3 北斗船載終端的航線(xiàn)導(dǎo)航

使用北斗船載終端設(shè)備進(jìn)行航線(xiàn)導(dǎo)航，航線(xiàn)是終端設(shè)備中存儲(chǔ)的一組包含起點(diǎn)、中點(diǎn)（一個(gè)或數(shù)個(gè)）和終點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，航線(xiàn)由若干個(gè)航路點(diǎn)組成。船舶航行時(shí)，依照船舶駕駛員預(yù)先輸入的航路點(diǎn)順序的航線(xiàn)航行，實(shí)時(shí)顯示導(dǎo)航參數(shù)，按順序駛過(guò)各個(gè)航路點(diǎn)，最終到達(dá)目的地，這即為航線(xiàn)導(dǎo)航。航線(xiàn)導(dǎo)航有編輯功能，可以隨時(shí)對(duì)航線(xiàn)進(jìn)行清除、插入、置換等。可以存儲(chǔ)數(shù)百條航線(xiàn)，設(shè)計(jì)航線(xiàn)時(shí)，可以先在海圖上或者現(xiàn)有航路點(diǎn)中選擇需要航路點(diǎn)，然后（手動(dòng)或通過(guò)計(jì)算機(jī)）將航路點(diǎn)輸入到北斗終端設(shè)備中。航線(xiàn)導(dǎo)航時(shí)，顯示當(dāng)前駛往航路點(diǎn)的名稱(chēng)或編號(hào)、航向、距離等數(shù)據(jù)。通常有四種方法進(jìn)行航線(xiàn)設(shè)計(jì)：一是用航點(diǎn)庫(kù)中已存在的航路點(diǎn)設(shè)計(jì)航線(xiàn)。二是用事先記錄在航線(xiàn)菜單上的航路點(diǎn)設(shè)計(jì)航線(xiàn)。三是直接用游標(biāo)在終端設(shè)備電子海圖上標(biāo)注位置設(shè)計(jì)航線(xiàn)。四是依據(jù)船舶實(shí)際航跡設(shè)計(jì)一條基準(zhǔn)航線(xiàn)（按一定時(shí)間間隔存儲(chǔ)船位設(shè)計(jì)航線(xiàn)，船舶返航時(shí)使用）。

4 結(jié)束語(yǔ)

北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)為船舶提供全天候、高精度、高效率的定位和導(dǎo)航服務(wù)，使船舶高效安全航行。以北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)為技術(shù)支撐建立的遼寧海洋漁業(yè)船舶動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，使?jié)O業(yè)部門(mén)掌握漁船海上實(shí)時(shí)動(dòng)向，及時(shí)接收漁船緊急報(bào)警，中遠(yuǎn)海短報(bào)文通信，切實(shí)保障了漁船海上生產(chǎn)作業(yè)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴連君，唐濤，楊娜.利用北斗單星三頻載波數(shù)據(jù)估算碼偏差的方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，36（2）：35-39.

[2]《中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)》白皮書(shū)[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2016（7）：72-77.

[3]劉建，李晶，劉法龍.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用及展望[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2019（3）：28-34.

[4]肖揚(yáng).遼寧省漁船管理信息化體系建設(shè)研究[D].遼寧：大連海事大學(xué)，2015.

[5]于文武.北斗船載終端在遼寧漁業(yè)上的應(yīng)用升級(jí)[J].商情，2019（2）：257，265.

[6]許江來(lái)，景新攀，崔帥.通信衛(wèi)星車(chē)載模擬測(cè)試站快速設(shè)置跟蹤角度的改進(jìn)設(shè)想[C].第八屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2017：1-4.

Application of Beidou Satellite Navigation System in fishery vessels

ZHEN Guojian

（Comprehensive Agricultural Administrative Law Enforcement Team of Dalian Jinpu New District， Dalian 116600， Laoning China）

Abstract：With the continuous development of China's Marine fishery and the continuous increase in the number of employees， the safety of fishery production has been widely concerned by the society. In recent years， the Beidou satellite positioning and navigation system has been widely applied in the field of fishery production. Fishery authorities use the Beidou system to implement dynamic supervision on fishing vessels and precise maritime rescue and rescue.Guided by the Beidou satellite， fishermen can clearly find their way back to port in the vast ocean.The BDS has reduced the risks of Marine fishery production， greatly improved the efficiency of fishery production， and ensured the safety of fishermen's lives and property.This paper expounds the application of Beidou satellite positioning and navigation system， Liaoning ocean fishery ship dynamic management system and Beidou shipborne terminal equipment in fishery ship navigation.

Keywords：Beidou satellite;Navigation;Fishing vessel

作者簡(jiǎn)介：真國(guó)建（1979.10-），男，大連市金普新區(qū)農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法隊(duì)工程師。研究方向：漁業(yè)水運(yùn)工程。郵箱：1483698791@qq.com。