北斗卫星导航系统综述范文

北斗卫星导航系统综述范文第1篇

随着科技的不断发展, 越来越多的前沿技术应用到农业生产的过程中, 而在这其中农用无人机作为更具科技含量的农业作业模式, 在农业科技化进程中发挥着越来越重要的作用。相对于传统的人工作业模式来说, 农用无人机在农业生产过程中的运用, 不仅具有更好的作业效果, 同时其在提高作业效率, 保障作业安全上面也具有的较大的优势。

1 北斗卫星导航系统简介

北斗卫星系统是由我国自行研制的全球卫星导航系统, 作为全球四大卫星导航系统之一, 北斗卫星导航系统可以在全球范围内, 为各类用户提供实时准确的定位导航以及授时服务。尤其需要指出的是, 北斗卫星导航系统在包括短报文通信能力在内的关键技术功能上甚至要优于GPS导航系统。

因此, 作为具有战略地位的全球化卫星定位导航系统, 北斗卫星系统无论是在军事领域还是在农用领域都对我国的经济发展和国防安全具有至关重要的意义, 在我国的地理信息安全及军农用定位导航上都具有不可替代的重要价值。

2 农用无人机发展现状

农业植保作为农用无人机应用的重点方向, 不断推动着无人机技术在农业植保方面的发展。早在上个世纪国外就通过运用农用飞机来完成对植保作业的技术实施, 随着无人机技术的不断发展, 越来越多的无人机技术开始在农业植保方面发挥着重要的作用。相对于发达国家的农用无人机应用上已经形成了较为完善和成熟的应用体系, 我国在上个世纪50年代才首次将飞机作为植保作业的重要技术手段进行运用。而近年来随着我国经济和科技水平的不断发展, 越来越多的将无人机作为主要技术手段的航空植保公司不断出现, 未来随着北斗导航技术在农用无人机应用上的不断完善, 我国的航空植保服务行业也将进入发展的快车道, 无人机技术将在农业生产中占据着越来越重要的作用。

3 北斗系统在农用无人机上应用前景分析

3.1 优势

(1) 与西方国家农业生产往往以规模化种植不同, 由于我国的国情以及地理特征, 从而使得在进行航空植保作业时, 传统的大型飞机在实际的作业效果和费用支出上往往存在着较大的缺陷, 这也直接影响到我国航空农业发展。在这一背景下, 对小型农用无人机的发展和利用将更具优越性。尤其是作为我国自主研发的北斗卫星定位系统, 随着该系统的不断优化和完善, 无论是在作业效果还是费用支出上都相较于GPS来说更具发展空间;

(2) 与GPS技术主导的农用无人机一样, 植入北斗卫星导航系统的农用无人机在远程控制上将更具高效性和可靠性。尤其是相对于GPS在进行农业作业时往往会由于在这信号盲区从而无法进行操作, 北斗卫星导航系统将可以实现全面覆盖, 包括在对农用无人机技术更具应用需求的偏远山区, 北斗卫星系统也可以为其提供高效的定位导航服务;

(3) 农用无人机作为更具科技含量的农业机械化技术手段, 将通过科技手段来使得传统农业作业中的潜在危险得以弱化。同时农用无人机提高作业效率上也具有了较大的优势, 而这将对我国现阶段所存在的农村劳动力缺乏问题, 有一定程度的缓解。这些目标的实现, 都需要以北斗卫星导航系统为代表的先进科技来进行保障和实施。

3.2 政策的推动

作为精准农业体系得以实施的核心技术, 北斗卫星系统通过对空间变化的信息化分析, 从而对我国农作物生产过程中的实施情况进行监控和分析, 并针对农作物生长阶段的各个方面的影响因素, 包括农业病虫害、生产环境温湿度等方面, 进行实时诊断和分析, 实现提高农业资源利用率、改善农生长环境, 从而为进一步优化我国农业经济和环境效益提供技术支持。这也使得包括农业部在内的相关单位, 针对北斗导航系统在我国精准农业应用方面进行了一系列的政策和资金支持, 将包括以农用无人机为代表的北斗导航定位系统农业自动化工具顺利列入国家级补贴项目, 从而为北斗卫星导航系统在我国农业领域的发展提供了政策支持。

4 北斗系统在农用无人机上应用政策建议

为了进一步推动北斗导航系统在我国农业领域的发展, 不断强化我国的农业信息安全, 可以从以下方面进行实施和完善:

首先是充分利用以GPS为代表的国外先进卫星导航系统农用化发展经验, 从而不断推动北斗卫星导航系统在我国农用领域的发展以及使用范围的不断扩大。建立国家级协调机制, 从而由上到下不断推进北斗导航系统的农用化道路;

其次是作为与军事领域应用截然不同的农用领域, 无论是在功能需求还是使用体验上都与北斗卫星导航系统在军事领域应用上具有了较大的差异性, 尤其是在农用无人机的应用上, 需要北斗卫星导航系统更具针对性, 从而可以满足农用无人机在农业生产使用过程中的需求。目前虽然北斗系统的农用终端研发领域不断的发展, 但在针对农业领域的终端研发上, 依然存在着较大的发展空间, 这就需要相关部门不断加大对北斗产品的规范和研发, 从而使得北斗系统在农用无人机应用上可以实现对GPS系统的完美替代。

5 结语

作为我国自主研发的北斗系统, 但经过多年的完善和发展并取得了较大的进步, 但其在农用终端的可靠性稳定性上依旧存在着较大的发展空间, 尤其是相比较在农用无人机应用上广泛使用的GPS系统, 无论是技术的成熟性还是用户群体的认知度, 北斗系统都存在着较大的后发劣势。因此我们需要认识到, 无论是从我国的国防安全需要, 还是对我国农业信息化安全的防范都需要北斗系统克服万难, 从而实现对GPS系统的弯道超车。

摘要：农用无人机作为更具科技含量的农业作业模式, 在农业科技化进程中发挥着越来越重要的作用。随着我国北斗卫星导航系统的不断成熟和完善, 基于北斗系统的农用无人机导航系统将对我国的农业信息化安全提供必要的技术支持。通过对北斗卫星导航系统与农用无人机的分析, 继而论证了北斗系统在农用无人机上的应用前景与政策建议, 希望为农用无人机今后发展起到一定的推动作用。

关键词：北斗卫星,农用无人机,政策建议

参考文献

[1] “农用无人机”喷洒农药试验与应用分析[J].简翔成.南方农机.2018 (11)

[2] 植保农用无人机在我场 (安徽大圹圩农场) 推广应用[J].陈从贵.农民致富之友.2018 (10)

北斗卫星导航系统综述范文第2篇

2010年1月17日凌晨, 北斗二代卫星导航系统的第三颗卫星成功发射。这也预示着北斗二代进入了加速组网阶段。2010年11月1日00:26我国成功将第四颗“北斗二代”导航卫星送入太空。

1“北斗”定位系统的定位原理及系统组成

1.1“北斗”卫星导航系统的定位原理

“北斗一号”卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同, GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航, 由用户设备独立解算自己的三维定位数据, 而“北斗一号”卫星导航定位系统则采用主动式双向测距二维导航, 由地面中心控制系统解算供用户使用的三维定位数据。“北斗”卫星是中国“北斗”导航系统空间段组成部分, 由两种基本形式的卫星组成, 分别适应于GEO和MEO轨道。“北斗”导航卫星由卫星平台和有效载荷两部分组成。卫星平台由测控、数据管理、姿态与轨道控制、推进、热控、结构和供电等分系统组成。有效载荷包括导航分系统、天线分系统。GEO卫星还含有RDSS有效载荷。因此, “北斗”卫星为提供导航、通信、授时一体化业务创造了条件。

1.2 系统组成

北斗双星导航系统主要由空间部分、地面中心控制系统和用户终端3个部分组成。空间部分由轨道高度为36000km的2颗工作卫星和1颗备用卫星组成 (一个轨道平面) , 其坐标分别为 (80°E, 0°, 36000km) 、 (1 40°E, 0°, 3 60 00 km) 、 (1 10.5°E, 0°, 36000km) 。卫星不发射导航电文, 也不配备高精度的原子钟, 只是用于在地面中心站与用户之间进行双向信号中继。卫星电波能覆盖地球表面42%的面积, 其覆盖的经度为100°, 纬度为N81°~S81°。

地面中心控制系统是北斗导航系统的中枢, 包括1个配有电子高程图的地面中心站、地面网管中心、测轨站、测高站和数十个分布在全国各地的地面参考标校站, 主要用于对卫星定位、测轨, 调整卫星运行轨道、姿态, 控制卫星的丁作, 测量和收集校正导航定位参量, 以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位。用户终端为带有定向天线的收发器, 用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向中心站发射通信请求, 不含定位解算处理功能。

时间系统和坐标系统:时间系统采用UTC (世界协调时) , 坐标系统采用1954年北京坐标系和1985年中国国家高程系统。未来的北斗卫星导航系统 (COMPASS) 将由分布在3个轨道面上的30颗中等高度轨道卫星 (MEO) 和均匀分布在一个轨道面的5颗地球同步卫星构成。非静止轨道上, 每个轨道面10颗卫星, 其中1颗为备用, 轨道倾角为56°。卫星轨道半长轴约为2.7万km。

2 北斗卫星导航系统的工作过程

地面控制中心向卫星I和卫星II同时发送询问信号, 经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号, 并同时向两颗卫星发送响应信号, 经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号, 然后根据用户申请的服务内容进行相应的数据处理。对定位申请, 中心控制系统测出两个时间延迟:即从中心控制系统发出询问信号, 经某一颗卫星转发到达用户, 用户发出定位响应信号, 经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟;和从中心控制系统发出询问信号, 经上述同一卫星到达用户, 用户发出响应信号, 经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的, 可以由上述两个延迟量计算出用户到第一颗卫星的距离, 以及用户到两颗卫星距离之和。从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面, 和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上;另外, 中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值, 又知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。因此, 中心控制系统利用数值地图可计算出用户所在点的三维坐标, 并与相关信息或通信内容发送到卫星, 经卫星转发器传送给用户或收件人。北斗卫星导航定位系统的工作步骤如下。

(1) 地面控制中心向2颗卫星发送询问信号; (2) 卫星接收到询问信号, 经卫星转发器向服务区用户播送询问信号; (3) 用户响应其中1颗卫星的询问信号, 并同时向2颗卫星发送回应信号; (4) 卫星收到用户响应信号, 经卫星转发器发送回地面控制中心; (5) 地面控制中心收到用户的响应信号, 解读出用户申请的服务内容; (6) 地面控制中心利用数值地图计算出用户的三维坐标位置, 再将相关信息或通信内容发送到卫星; (7) 卫星在收到控制中心发来的坐标资料或通信内容后, 经卫星转发器传送给用户或收件人。

3 北斗卫星导航系统与GPS系统的比较

3.1 卫星数量和轨道特性的对比

北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星颗卫星的赤道角距约60°。GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星, 轨道赤道倾角55°, 轨道面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道, 绕地球一周11小时58分。

3.2 定位原理的对比

北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算, 供用户三维定位数据。GPS是被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。“北斗一号”的这种工作原理带来两个方面的问题, 一是用户定位的同时失去了无线电隐蔽性, 这在军事上相当不利, 另一方面由于设备必须包含发射机, 因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。

3.3 定位精度的对比

北斗导航系统三维定位精度约几十米, 授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m, C/A码目前己由25m~100m提高到12m, 授时精度日前约20ns。二代“北斗”可以称为“中国的GPS”, 不过它仍然会比GPS多一个通讯为发展我国二代“北斗”的关键技术提供了准备。定位的“北斗”一号备份卫星上新装载了用于卫星定位的激光反射器, 能够参照其他星, 把自身位置精确定格在几个厘米的尺度以内。这颗卫星已定位成功, 表明这种技术是有效而可靠的。

摘要：本文基于笔者从事导航系统应用的相关工作经验, 以北斗与GPS导航定位系统之间的对比为研究对象, 论文首先分析了北斗卫星导航系统的工作原理, 进而从卫星数量、轨道特性、定位原理、用户容量和定位精度等方面探讨了二者之间的差别, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：GPS,北斗,导航,定位,对比

参考文献

[1] 吕伟, 朱建军.北斗卫星导航系统发展综述[J].科技资讯, 2007 (3) .

北斗卫星导航系统综述范文第3篇

【摘 要】 为确保船舶航行安全并对航道环境进行实时监测，基于卫星和通用无线分组业务技术（GPRS）设计航标灯智能监测系统。该系统能实现航标灯位置监测、状态参数测量、航道水位深度测量，并通过GPRS通信装置将监测数据实时传回系统监控服务器进行分析并发出预警信号，实现对航标灯及其周围环境的远程监测。航标灯智能遥测遥控系统达到对航标灯及航道环境实时监控，对危险环境提前预警、对出现的故障及时进行维护的目的，使得船舶在航道行驶时的航行安全、航标灯的遥测遥控和质量维护等诸方面技术问题都能得到较好解决，具有成本低、可靠性高、实时智能监测等特点。

【关键词】 航标灯；通用无线分组业务技术（GPRS）；遥测遥控；卫星通信

0 引 言

航道标识是船舶航行安全很重要的保障之一，船舶在航行时需要有正确的航标对其航线和方向进行指引和警告，而航标灯就是这些航标中最常见也是最重要的一种。航标灯是为了让船舶在夜晚和能见度比较低的天气情况下能安全航行。在夜晚，航标灯可以发出预先设置的闪烁频率及发光色彩，对过往船舶进行引导和提醒，以使船舶航行时避开暗礁或者浅滩等障碍。舟山位于我国东部黄金海岸线与长江水道的交汇处，拥有扇形海运网络，有6条国际主航线经过，属于海上开放门户，江海联运交通情况复杂，因此航运安全是头等大事。航标灯是保障航运系统安全重要的导航设施，确保航标灯正确、可靠的工作是航道监管的首要任务。目前，遥测遥控技术应用于航标灯方面的研究比较多，但在利用该技术以航标灯自身为载体对周围环境和航道实现实时监测并即时进行数据传输的智能控制方面的研究较少，因此设计开发一套高效、可靠且运行成本低的航标灯远程监测系统成为广大航道维护人员十分关注的问题。根据目前舟山江海联运航道航标灯的实际布局情况，以卫星通信技术、无线通信技术、物联网传感器技术作为技术支撑，设计出一套航標灯智能遥测遥控系统解决方案。

1 系统整体设计

航标灯智能监控系统的监控原理是通过北斗卫星定位模块实现对航标灯的定位，确定航标灯的相对精确位置，航标灯自带太阳能发电装置，可保证每天对航标灯的全天候监控。航标灯终端数据采集模块使用AT89C52单片机技术，利用水深测量传感器、光敏传感器、温度传感器等设备，将获取的船舶位置、航道水深及采集到的其他环境参数通过通用无线分组业务技术（General Packet Radio Service，GPRS）网络发送到岸上监控中心的地理信息系统（GIS）服务器，并与先前存储在服务器中的航标灯信息进行比对。监控中心可根据传回的数据实时了解各航标灯的位置信息、航道参数及工作状态参数，有针对性地对航标灯进行维护，根据航标灯周围环境参数变化发出警告并采取有效措施，达到实时监控航标灯及航道环境的目的。航标灯智能监控系统见图1。

2 航标灯智能遥测遥控终端设计

航标灯智能终端是航标灯监测系统的核心设备，主要由AT89C52单片机处理器、北斗卫星接收模块、GPRS无线传输模块、传感器数据采集模块、自供电电源等部分组成。北斗卫星接收模块用来获取航标灯的位置信息，传感器数据采集模块用来实时获取水深、光亮度、温度等环境参数，GPRS模块用来传输各种数据信息到中心服务器，自供电电源用来给系统供电。同时，终端系统设置程序监视定时器，当系统程序运行出现错误或停机时，系统程序会自动重新运行。

2.1 北斗卫星通信模块

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航定位系统。该系统由空间段、地面段和各类用户等组成。北斗卫星技术的不断发展和覆盖范围的扩大，使其广泛应用于我国远洋运输船舶通信。[1]北斗卫星导航系统是基于北斗二代（DB-2）的北斗卫星接收模块，主要由接收天线、射频模块、A/D采样模块、基带信号处理模块、时钟模块等组成。采用基于DB-2基带芯片的设计保证了卫星接收系统体积小、功耗低、高精度、低成本的要求，可以有效完成航标灯监测系统的位置监测设计目标。

2.2 GPRS通信模块

GPRS是一种以GSM为基础的数据传输技术，其通过利用全球移动通信系统（GSM）网络中未使用的时分多址（TDMA）通道进行数据传输。作为先进且较为经济的无线数据传输技术，GPRS在现有GSM网络的基础上，通过增加相应的功能和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，实现远程数据传输。GPRS不仅能批量且双向传输数据，同时还能与用户随时保持联系。特点是：网络信号覆盖范围广、传输速率高、接入时间短、使用成本较低，通过TCP/IP协议与互联网进行数据传输。系统选用SIMCOM公司推出的sim900a模块，其是一个双频GSM/GPRS通信模块，采用省电技术设计，内嵌TCP/IP协议，方便数据传输。

2.3 航标灯智能数据采集模块

航标灯是船舶航运安全的重要保障，航标灯周边气候变化剧烈，工作环境复杂且难以及时维护，因此建立一个航标灯智能远程监测系统具有非常重要的意义。航标灯智能远程监测系统设计的主要目的就是基于卫星和GPRS通信技术，对航标灯位置信息、航道深度、工作状态等进行实时监测，使得监管部门及时掌握航标灯周围的环境变化情况和发现潜在的隐患，从而能够提前作出应对措施，并对紧急情况能迅速采取行动。

此次系统设计由AT89C52单片机、传感器模块、水位检测模块、LED显示模块、报警电路模块等5个部分组成。以AT89C52单片机作为核心控制装置，再结合报警电路、显示电路、A/D转换电路及其他相关的电路共同组成航标灯控制系统。[2] 另外，传感器模块、水位检测模块、LED显示模块、报警电路模块等4个部分构成航标灯数据采集系统。AT89C52单片机作为控制核心，采集来自于水位传感器信号，信号经单片机处理给出水位高低识别数据信息，经驱动发出水位高低提示或报警，并通过键控或程序设定单片机监测的基准水位。系统可进行全天候监测工作，为船舶安全通行保驾护航。航标灯智能终端系统结构见图2。

系统工作流程：首先对系统进行初始化，完成复位、上电及预设初始值；然后开始启动转换电路；接着由检测模块进行实时水位值的检测；最后交由A/D转换电路将模拟量转化成数字量。显示模块完成实时水位值的显示，单片机将检测到的实时水位值与预设值进行比较：若实时水位值低于预设水位值，报警电路工作；反之，报警电路不工作。卫星接收模块用来获取航标灯的位置信息，GPRS模块即时将上述获取的数据和报警信息向监控中心报告，中心计算机能对航标灯终端系统进行远程控制和查询航标灯终端的工作状态，便于及时发现故障并进行维护，更好地保障航行船舶的安全。

3 系统监控服务器端

航标灯智能监控系统的服务器可实现电子地图管理、航标灯通信终端管理、数据统计分析、报警管理等。服务器接入互联网，通过通信管理模块定时接收每个通过GPRS传输过来的各项航标灯参数信息并予以存储，同时在电子地图上显示出航标灯位置，实时显示水位变化、状态参数并绘制曲线。航标灯智能遥测遥控系统总流程见图3。服务器可以根据航标灯的状态参数、位置及水位等信息来判断航标灯位置是否偏离可控范围、航道水深是否在安全区间、各项参数是否异常等。管理维护人员可以根据所获信息进行后续的决策和行动。

4 结 语

本文设计了基于北斗卫星通信的航标灯远程监控系统，航标灯数据采集终端由北斗卫星接收模块、GPRS数据传输模块、单片机控制单元和传感器模块及其他外围电路组成。北斗卫星模块接收到的位置信号和各个传感器检测到的航标灯状态信息、航道水深等数据通过GPRS模块实时传输到后台控制中心服务器端，服务器通过GIS管理模块显示并分析每个航标灯的位置信息、航道水深、状态参数及可视化数据图形并存入数据库，从而及时发现航标灯自身及其周围环境存在的异常状况。航标灯监控系统能对航标灯的状态、环境进行有效监控，从而使航标灯得到及时维护，最大限度地保护行驶在舟山水域及各岛屿之间航道上的船舶的安全，使江海联运航道上的航标灯系统得到最大化利用。

参考文献：

[1] 邱望智.基于GPS/北斗卫星的列车导航定位研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[2] 孔磊.基于51单片机的航标灯控制器设计与实现[J].电子世界，2017（9）：178-181.