北斗卫星在航海上的应用
摘要
十二五期间，海事系统以科学发展观为统领，以海事业务发展的需求为导向，坚持与时俱进、创新发展，实施“科技强局”战略，依靠科技进步提升海事管理水平，2011年至2014年年共取得“VTS研究与开发”、“水面无人智能测量平台”、“卫星遥感海事监管关键技术”和 “无线电指向标-差分北斗卫星定位系统”等88项获奖科技成果，这些成果的应用为海事科学发展提供强有力的技术支撑。由于北斗系统不需要其它系统的支持就可以具备通讯与定位的功能，并且融合了卫星增强系统，使其可以更广泛地应用，适合集团大范围地资料获取、监控管理以及用户资料传输，此外北斗系统由我国拥有自主知识产权，因而用起来更加可靠和安全，具有很好的保密性，目前国内的交通运输产业和一些大型企业已经开始逐步装备我国自主研发的北斗卫星导航定位系统。把北斗系统与GPS系统进行了对比，分析了北斗系统的优缺点，并指出了北斗系统的发展与改进方向。本文介绍了北斗系统的主要功能及其在航海技术上的应用。北斗系统是一个全天候、区域性的卫星导航定位系统，它的主要功能是利用地球同步卫星为用户提供快速导航定位、简短数字报文通信以及精密授时服务。
关键词：北斗系统 导航 通信 航海 卫星
Abstract
During 12th Five-Year, the maritime system with Scientific Outlook on Development as a guide to the maritime business development oriented, adhere to the times, innovation and development, the implementation of the "strong science and Technology Bureau" strategy, relying on scientific and technological progress to enhance the management level of maritime affairs, from 2011 to 2014 years a total of VTS research and development "and" unmanned intelligent measurement platform "," the key technology of satellite remote sensing in maritime administration "and" radio beacon differential Beidou satellite positioning system "88 science and technology achievement awards, provide strong technical support for the application of these results for maritime scientific development. The Beidou system does not need other support system can have communication and positioning function, and the integration of the satellite augmentation system, which can be widely used for the group, large-scale data acquisition, monitoring management and user data transmission, in addition to the Beidou system by China with independent intellectual property rights, so it is more reliable and security, has good security, the current domestic transportation industry and some large enterprises have begun to gradually equip the Beidou satellite navigation and positioning system developed in china. The Beidou system is compared with the GPS system, the advantages and disadvantages of the Beidou system are analyzed, and the development and improvement direction of the Beidou system are pointed out. The main functions of the Beidou system and its application in navigation technology are introduced in this paper. Beidou system is a all-weather and regional satellite navigation and positioning system. Its main function is to provide quick navigation and location, short message communication and precise time service for users by using geosynchronous satellite.
Key words: Beidou system navigation and communication navigation satellite
目录
引言 3
第1章 绪论 4
1.1研究的意义和目的 4
1.2北斗系统对我国的意义和北斗系统的现状 5
1.3论文研究的工作及研究成果 5
第2章 北斗系统的组成和主要技术指标 5
2.1北斗系统的组成 5
2.2北斗系统的主要技术指标 6
2.3北斗系统与GPS的比较 9
一、 组成卫星 9
二、 覆盖范围 10
三、 定位精度 10
四、 主要功能 10
五、 优缺点 11
第3章 北斗系统的基本工作原理 11
3.1北斗系统的的基本工作原理 11
3.2北斗系统的误差分析 11
第4章 北斗系统在航海领域的应用 12
4.1 北斗系统在船舶航行中的应用 12
4.1.1定位导航 12
4.1.2监控指挥 12
4.1.3船舶避碰 13
4.2北斗系统在航航技术上的渗透 13
4.3 北斗系统的应用实例 14
第5章 北斗系统发展建议 15
5.1 北斗系统在发展中的不足 15
5.2 对北斗系统的发展提出的建议 15
参考文献 17
引言
早期航海者的勇敢世人皆知，他们不断的通过伟大的创新来弥补旧时代落后的航海技术。其中早期的北欧海盗在航行时，船长十分熟悉海面和海中自然物，如鸟类、鱼类、水流、浮木、海草、水色、冰原反光、云层、风势等。9世纪时，北欧著名航海家弗勒基，总是在船上装了一笼乌鸦，当觉得船即将靠近陆地的时候，他就会放飞笼中的鸟儿。如果鸟儿在船的周围漫无目的的飞翔，说明离陆地还远；如果乌鸦朝某个特定的方向飞去，他就会开船追随鸟飞去的方向，而这往往是驶向陆地的方向。当然，这种方法仅仅在距陆地比较近的情况才起作用。那时航海者在海上总是保持与岸边比较近的距离航行，通过他们能够看到陆地特征来判断航向是否正确。通常他们白天进行航行，晚上就停泊在港内或抛锚在海面上。像中世纪盛期欧洲各城市的商船大多采用沿岸航行，他们宁愿沿着西班牙、法国和意大利的地中海海岸作迂回航行。也不肯在通过直布罗陀海峡后，向东直航。总之，没有一个船主敢冒险出海到望不见陆地的洋面上去，因为他们认为，那碰到暗礁和浅滩的船难的危险程度，总不如沉没在大海里可怕。而他们不敢穿洋直航，有三个原因：一是怕迷失方向；二是害怕远洋中的风暴；三是害怕遭到海盗袭击。但归根到底还是第一个原因！后来导航技术有了进步，虽然仍有第二、三个原因的存在，但船只却敢作穿洋航行了。因此，在远洋航行中，确定船只的方位是第一位的。最初航海者通过白天观察太阳的高度，夜间观察北极星的方位来判断所处的纬度，依靠天体定位，航海家使用一种很简单的仪器来测量天体角度，称之为“雅各竿”。观测者有两根竿子在顶端连接起来，底下一根与地平线平行，上面一根对准天体（星星或太阳），就能量出偏角。然后利用偏角差来计算纬度和航程。这种技术被称做“纬度航行”，在测量纬度比较成功， 但确定经度却非常困难。尽管如此，“纬度航行”的方法仍在西欧被很普遍地采用，把自己置于与目的地相同的纬度线上，然后保持在这条线上航行，就能直到目的地。不过这并不是完全科学的，即使在今天，利用天文定位误差仍会在1-2海里左右，那时几乎没有象样的航海工具，误差之大可以想象。最著名的是哥伦布西航，他自认为先南下与印度相同的纬度后，再直线往西航行就可到达，可实际上发现的只是加勒比海巴哈马群岛的一个小岛，尽管他临死时都坚持自己到达的是印度。
作为中国正在实施的自主研发并且独立运行的全球卫星导航系统，北斗卫星导航系统与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。其中空间端由30颗非静止轨道卫星以及5颗静止轨道卫星组成；地面端主要由主控站、注入站以及监测站等地面站组成；用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略等其它卫星导航系统兼容的终端组成。中国此前已经成功发射四颗北斗导航试验卫星和十颗北斗导航卫星，并将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统以建成独立自主、开放兼容、稳定可靠、技术先进、可覆盖全球的导航系统为最终建设目标。北斗卫星导航系统促进了我国卫星导航产业链的行程，完善了国家的卫星导航应用产业支撑、推广与保障体系，推动了卫星导航在国民经济社会各行各业的广泛应用。北斗卫星导航系统可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、授时与导航服务，并且同时提供短报文的通信服务。中国以后生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，这将会进一步提高定位的精度。目前，北斗卫星导航系统已经开始向中国及周边地区提供连续的导航地位与授时服务。[1]
第1章 绪论
1.1研究的意义和目的
本文介绍了北斗系统的主要功能及其在航海技术上的应用。北斗系统是一个全天候、区域性的卫星导航定位系统，它的主要功能是利用地球同步卫星为用户提供快速导航定位、简短数字报文通信以及精密授时服务。
由于北斗系统不需要其它系统的支持就可以具备通讯与定位的功能，并且融合了卫星增强系统，使其可以更广泛地应用，适合集团大范围地资料获取、监控管理以及用户资料传输，此外北斗系统由我国拥有自主知识产权，因而用起来更加可靠和安全，具有很好的保密性，目前国内的交通运输产业和一些大型企业已经开始逐步装备我国自主研发的北斗卫星导航定位系统。把北斗系统与GPS系统进行了对比，分析了北斗系统的优缺点，并指出了北斗系统的发展与改进方向。
1.2北斗系统对我国的意义和北斗系统的现状
由于全球定位系统中的导航卫星研制难度高、花费时间长、耗费金钱多，因此全球定位系统导航卫星属于“导航卫星俱乐部”的成员。当前，在世界上能够研制全球卫星定位系统的国家或组织只有四个：中国、美国、俄罗斯和欧盟。这四个国家或组织被称为这一“俱乐部”的四大成员。中国研制的全球卫星定位系统“北斗”（英语：The BeiDou Navigation Satellite System），于1994年开始研发，2000年组建第一个覆盖中国的区域试验导航系统，2012年建成覆盖亚太地区的导航系统，预计在2020年将建成覆盖全球的导航系统。我国已在国产北斗芯片、模块、天线等关键技术方面取得全面突破，已掌握卫星导航芯片核心技术自主知识产权，北斗芯片跨入40纳米新时代。在产业发展上，我国已形成包括基础产品、应用终端、运行服务等较为完整的北斗产业体系，正在从行业应用拓展到大众应用。与此同时，国家相关部门正稳步推进北斗系统走出去战略，积极与其他全球卫星导航系统、相关国际组织，特别是“一带一路”沿线国家和地区开展实质合作，积极促进北斗系统服务全球、造福人类。我们有理由相信，“众星拱北斗”不仅是人间天象，也必将是大国崛起之象征。
1.3论文研究的工作及研究成果
作为中国正在实施的自主研发并且独立运行的全球卫星导航系统，北斗卫星导航系统与美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。本文介绍了北斗导航定位系统的发展、组成、工作原理与工作流程。介绍了北斗系统的主要功能及其在航海技术上的应用。北斗系统是一个全天候、区域性的卫星导航定位系统，它的主要功能是利用地球同步卫星为用户提供快速导航定位、简短数字报文通信以及精密授时服务。由于北斗系统不需要其它系统的支持就可以具备通讯与定位的功能，并且融合了卫星增强系统，使其可以更广泛地应用，适合集团大范围地资料获取、监控管理以及用户资料传输，此外北斗系统由我国拥有自主知识产权，因而用起来更加可靠和安全，具有很好的保密性，目前国内的交通运输产业和一些大型企业已经开始逐步装备我国自主研发的北斗卫星导航定位系统。把北斗系统与GPS系统进行了对比，分析了北斗系统的优缺点，并指出了北斗系统的发展与改进方向。
