北斗卫星导航系统功能

第1篇：北斗卫星导航系统功能

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统

摘要：为提高我国海洋环境监测技术水平，保障海洋环境信息安全，文章基于我国自主研发的北斗卫星导航系统，设计海洋环境监测系统。研究结果表明：基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统包括北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台2个部分，具有实时定位、实时监测、数据处理、信息预警、电子围栏、数据总览和用户管理7项功能;终端集成微控制单元和传感器等模块，平台包括服务器等硬件和数据处理等软件;经实地部署和严格测试，系统功能和性能均达到设计要求，且安全、稳定、方便和实用。

关键词：短报文;传感器;定位;通信技术;数据安全

Key words：Short message，Sensor，Positioning，Communication technology，Data security

0 引言

随着全球陆地资源的日益匮乏，越来越多的国家把目光投向海洋，海洋经济成为沿海国家经济的重要支柱[1]。通过实时和长期的海洋环境监测掌握海洋环境信息，对于海洋权益维护、海洋防灾减灾和海洋生态环境保护等具有重要意义，为合理开发利用海洋资源提供可靠的科学依据[2-3]。

目前全球海洋环境监测技术不断向智能化发展，大量智能化设备被研发和应用，为更好地研究、开发利用和保护海洋提供更丰富的数据。我国海洋资源丰富，在海洋环境监测方面具有多年的研究基础和技术积累，也涌现一批先进的海洋环境监测设备，而智能化对设备通信的稳定性和安全性提出更高的要求。目前我国已有的海洋环境监测设备通常采用国际海事卫星或ARGO卫星等进行数据传输和管理，这些系统均由国外研发，保密性和自主性不高，不利于国家海洋安全[3-4]。

北斗卫星导航系统是我国具有自主知识产权的卫星导航系统，具有快速定位、精密授时和短报文收发等功能。其中，北斗短报文以北斗卫星为中继站进行数据中转，实现设备之间的双向通信，具有覆盖范围广、无通信盲区和数据传输加密等优势，完全可以替代国外卫星系统在海洋环境监测中的应用[4-6]。

本研究将短报文通信和移动通信相结合，设计基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统，可实现对海洋环境的远程、实时、自动和全天候监测，稳定性和安全性高。

1 系统功能和性能

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统包括北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台2个部分。北斗海洋环境监测终端具有定位、通信和数据采集等功能，将采集的数据通过短报文或移动通信网络传输至海洋信息综合服务平台;平台接收数据后，对数据进行实时处理和分析，形成相应的数据库并存储和发送(图1)。

系统主要具有7项功能。①实时定位：實时定位终端并在电子海图上动态显示;②实时监测：实时监测温度、盐度、pH值和叶绿素等多种海洋环境参数变化，尤其是水质变化，并可根据用户需求定制监测内容;③数据处理：实时和快速地解析、分析和存储采集的数据;④信息预警：当监测值超过预设的标准值时，系统自动向用户发送预警信息，同时对采集的数据进行比对分析，预测海洋环境变化趋势，辅助用户识别风险;⑤电子围栏：用户可将终端置于特定区域并通过平台设定，如终端移出设定区域，系统自动向用户发送警告信息;⑥数据总览：统计终端在一定时间内的位置信息和监测数据信息等，可对终端监测情况进行跟踪和回放，详细掌握海洋环境变化规律;⑦用户管理：个人用户管理包括个人用户的基本信息和权限等，设备管理包括设备的基本信息、绑定和解绑等。

北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台的性能如表1和表2所示。

2 系统设计

2.1 北斗海洋环境监测终端

北斗海洋环境监测终端集成微控制单元以及传感器、北斗、数据存储、移动通信、人-机交互和电源等模块(图2)。

微控制单元的主控芯片采用STM32F103R8T6，其是ST旗下常用的增强型系列微控制器，通常可用于电机驱动、应用控制、手持设备和GPS平台等。该芯片芯体为32位，存储器容量为64 KB，最高主频可达72 MHz，完全满足系统性能需求。

移动通信模块采用SIM800L，其是LGA封装的四频GSM/GPRS模块，性能稳定，外观精巧，性价比高。该模块采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1 800/1 900 MHz，可实现语音和短信等数据的传输，且功耗较低。

北斗模块采用FB3511，其适用于无人区以及电力、气象、水利、地质和石油等领域的數据传输。该模块集成RDSS射频收发芯片、功放芯片和基带电路，可实现双向北斗短报文通信，支持北斗或GPS单模定位以及双模联合定位。

传感器模块根据实际需求集成相关传感器，通过预留硬件接口，可扩展最多4个类型的传感器。

2.2 海洋信息综合服务平台

为节约成本，平台硬件采用第三方托管的形式，主要包括服务器、存储器和防火墙等。①服务器采用RH5885H V3，其配置为12个英特尔至强E7-4850 V4处理器(主频2.1 GHz，16核)和48个32 G的DDR4 RDIMM内存，采用Windows Server 2008操作系统;②存储器采用Ocean Stor 5300 V3，其配置为混合闪存、30 T硬盘、32 G内存和4端口Smart IO I/O模块(SFP+，8 GB FC)，采用SQL Server 2008数据库系统;③防火墙采用USG 6370，其配置为4G SDRAM内存，吞吐量为4 GB/s(IPSec吞吐量为3 GB/s)，具有入侵和病毒防御、数据防泄漏、上网行为管理和审计、基于应用的QoS优化、负载均衡智能策略管理以及Anti-DDoS等功能(图3)。

平台开发采用B/S架构，界面友好，方便用户与系统的交互。平台软件包括数据处理、实时监控、统计报表、异常报警和用户管理5个模块。①数据处理模块接收数据，并对数据进行解析、分析和存储;②实时监控模块在电子海图上实时显示终端位置、监测数据和电子围栏等信息;③统计报表模块可对终端的历史轨迹进行回放，也可将监测数据按类别或时间进行总览，并以图表的形式直观展示;④异常报警模块对预警信息和电子围栏等进行设置，一旦监测数据超出预警值或终端移出电子围栏，即自动向用户发送信息，经用户处理后自动更新;⑤用户管理模块用于管理个人用户和设备。

3 结语

在青岛市近海海域实地部署基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统，并严格按照规范对海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台进行多次联调测试。测试结果表明系统运行良好，实现对海洋环境数据的采集、传输、分析、存储、管理、查询和显示等，功能和性能均达到设计要求。

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统具有安全、稳定、方便和实用等特点，适用于对海洋环境和海水养殖等的远程自动化监测，具有广阔的市场需求。与此同时，将我国自主研发的北斗卫星导航系统应用到海洋环境监测领域，有利于我国提升海洋环境监测技术水平和保护海洋环境信息安全，且对于北斗卫星导航技术的推广具有很好的示范意义。

参考文献

[1] 王铁流，冯正乾，周尚.基于SIM900的无线远程海洋监测终端机的设计[J].电子测量技术，2012，35(12)：108-111.

[2] 王传君.基于GPRS_IP通信技术的海洋环境实时监测系统[D].大连：大连海事大学，2008.

[3] 王世明.基于北斗卫星导航系统的海洋监测浮标通信系统设计与应用[J].全球定位系统，2016，41(4)：102-105.

[4] 彭伟，徐俊臣，杜玉杰，等.基于北斗系统的海洋环境监测数据传输系统设计[J].海洋技术，2009，28(3)：13-15.

[5] 解来滨.基于BD2和GPRS的海水多参数监测系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[6] 刘丹.小型多参数海洋环境监测浮标系统研究[D].上海：上海海洋大学，2012.

作者：杨军平于晓丰武斌宗干王敏

第2篇：北斗卫星导航用户终端供电系统的设计

摘要：给出卫星导航用户终端的电源系统设计。

关键词：卫星系统;用户终端;电源系统

北斗导航系统是我国完全自主知识产权的军民用卫星导航系统，于2003年完成3颗卫星的发射并经过半年的调试工作，系统已经以超高指标的性能投入运行。不同于伪码单向测距的GPS系统，北斗导航系统是一个主动双向测距的询问一应答系统。用户设备不仅要接收来自于地球同步卫星的、地面中心控制系统的询问信号，还要向卫星发射应答信号，因此，用户终端必须配备大功率发射机。但是，作为一个便携式的定位终端，用户总是希望它尽可能小巧、轻便、同时有尽可能长的工作时间。这就给供电系统的设计带来了挑战：一方面，尺寸要尽可能小;另一方面，还要有足够高的效率;同时还要避免产生明显的EMI辐射，以免影响微弱的卫星射频信号。另外，由于北斗系统中复杂的数据处理和管理任务全部集中于地面中心管理站，用户终端设备的任务大大地简化了，待机情况下的系统功耗可以很低，但在向同步卫星发射应答信号的时候系统功率又非常大。因此，供电系统必须迅速响应在很大范围内变化的负载，必须能够在散热条件非常有限的情况下承受峰值功率所带来的热应力。本文着重讨论了用户终端中电源部分的设计，并给出了一套切实可行的方案。

北斗卫星导航系统示意图

北斗导航系统

北斗卫星导航系统由空间卫星、地面中心管理站、用户终端三部分组成，整个系统是一个双向闭环系统，具有实时性强、定位兼容通信、远距离传送信息等功能，图1是该系统的示意图。

空间卫星部分

空间卫星部分由2至3颗地球同步卫星组成，负责执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。北斗卫星导航系统目前使用两颗卫星，备份星已于去年5月底完成发射。

地面中心管理站

地面中心管理站主要由无线电信号的发射和接收，整个工作系统的监控和管理，数据存储、交换、传输和处理，时频和电源等功能部件组成。地面中心管理站连续地产生和发射无线电测距信号，接受并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，分别送给有关用户。所有计算和处理集中在地面中心管理站。

用户终端部分

用户终端能够接收地面中心站经卫星转发的测距信号，并向两颗卫星发射应答信号，此信号经卫星转发到中心站进行数据处理。用户终端分为通用型用户终端、通信型用户终端、授时型用户终端、指挥型用户终端等。其中通用型用户终端还包括：车载型用户终端、船载型用户终端、手持型用户终端和遇险报警型终端等。用户终端由射频收发前端、基带处理器、嵌入式系统和电源管理系统几部分组成。

电源系统设计

电源管理系统包括电池管理单元、DC/DC转换器以及相应的控制和管理软件。电池管理单元为锂电池组提供充，放电保护、充电控制和电量检测等功能。DC/DC转换器为终端内各部分电路提供合适的工作电源。

电源采用4节串连的锂电池组，规格是：1700mAh，14.4V，配有专用的外部充电器。采用DC/DC对电池电压进行调节，为系统内各个模块提供电源。整个系统的供电要求如表l所列。

逻辑部分供电方案的选择和设计

逻辑电源包括+5V、+3.3V逻辑电源和+1.8V、+1.5V内核电源。从表1可以看出，功率主要集中在+5V和+3.3V这两路电源上，+1.8V和+1.5V所占的功率份额很小。从转换效率、尺寸和成本等方面综合考虑，+5V和+3.3V两路宜采用高效率降压转换器，两路内核电源采用微型LDO从3.3V降压得到即可。

在选择+5V和+3.3V降压转换器方案时有一个问题需要着重考虑，北斗系统的定位终端在使用时会有多种不同的工作模式。不同工作模式的功率各不相同，在进行定位运算时功率会高达近10瓦(不包括射频功放)，而待机模式仅有数十毫瓦。为了尽可能延长电池的工作寿命，DC/DC转换器应在各种工作模式下均具有高转换效率。重载时最好工作于PWM模式，这样产生的噪声比较小，对于通讯部分的干扰小;轻载时最好转为PFM模式，以降低电源电路的静态电流，延长待机时间。转换器还应具有足够高的开关频率，以便缩小功率元件的尺寸，降低电源部分所占的印刷板空间。

根据这些条件考察各公司的DC/DC转换器产品，Maxim公司的MAXl775最终被选中。该器件很好地满足了所有上述条件。首先，它具有高集成度，集成了两路高效率降压转换器，可同时提供+5V和+3.3V两路输出。开关频率高达1.25MHz，允许采用很小的功率元件，同时又保持了很高的转换效率(单路90%以上)。另外，该器件特有的定导通/定关断控制方式可以随着负载自动切换PFM/PWM工作方式，很好地兼顾了轻载和重载效率，在很宽的负载范围内具有高效率。因此，我们选择MAXl775作为系统的主逻辑电源。图2是基于MAXl775设计的+5V/+3.3V/+1.5V/+1.8V四输出DC/DC转换电路。

射频功放电源方案

北斗导航系统是一个询问一应答系统。用户终端在大部分时间内处于接收状态，只有在收到地面中心管理站通过卫星发来的询问信号后才发射应答信号，射频功放才会工作。这就要求驱动功放的电源是一个峰值功率非常高而平均功率极低的脉冲式工作的电源。发射信号时要求功放电源提供的峰值功率高达30瓦以上。峰值功率的持续时间不长，约250ms左右，但也不算短，无法象GSM手机中那样，靠大容量的储备电容来支持。不发射时功放应处于关断状态。射频功放电源的输入、输出条件如下：

输入：1 1V-18V(4节Li+最低电压为1 1V，采用交流适配器工作时为18V);

输出：11V/3A，开通时间250ms，关闭时间约2分钟。

从上述工作特点可以看出，功放电源的峰值功率很高，但由于工作占空比很低，它在整机能耗中所占的份额很小。由于散热空间有限，如此高的峰值功率必然带来很高的热应力。如何在很小的空间内提供高功率输出，同时将热应力控制在可以接受的水平，保证电路安全、可靠地工作，是功放电源设计的关键所在。

在为功放电源选择方案时首先应考虑是采用开关型调节器还是线性调节器。开关调节器具有效率高、热耗散小的优点，但会产生开关噪声和EMI，会对敏感的射频电路造成干扰。同时，开关调节器中的功率元件较多，要产生30W的峰值功率输出，电路中的每个功.率元件，包括磁性元件、电容器、开关等都要具备足够的功率容量，整个电路的尺寸会比较

大。相对于不到0.1W的平均输出功率而言显得得不偿失。

线性调节器的峰值功率主要取决于调整管的峰值功率，最终受限于调整管芯片到外壳的热阻Rojc，而平均功率取决于整个电路的散热能力Rojc。这样，如果采用线性调节方案，我们就可以按照峰值功率要求选择具有合适的R0jc的调整管，而根据平均功率要求进行电路的散热设计。最终得到一个既满足高峰值功率要求，又具有最小尺寸的最优化设计。对于一个平均功率水平很低(不到0.1W)而峰值功率很高(30W)的脉冲式电源，线性方案应比开关方案更具有尺寸方面的优势，而且，线性方案还具有噪声小、无EMI等优点，对于敏感的射频电路非常有利。但是，线性方案也有其无法回避的缺点：效率低、耗散功率大。尤其是在输入电压位于高端时(18Vin)，耗散功率会高达21W!受空间所限，要将如此高的耗散功率所产生的热量同时散发出去显然不可能，但考虑到占空比极低的工作特点，我们可以利用功率元件的封装和线路板的热容将峰值功率所产生的热量暂时容纳起来，然后在更长的关断期内将这些热量散发出去。由于平均耗散功率很低(不到0.05W)，靠电路板散热就足够了，关键是调整管封装及电路板要有足够的热容来容纳峰值耗散功率所产生的热量，保持结温在最坏情况下也不超出安全范围。D2Pak封装的功率元件完全可以满足该要求，因此，决定选用线性调节方案。

为射频功放供电的线性调节器应满足下列条件：

·必须具有低压差(LDO)。以便在电池的整个工作寿命期限内能够发送足够功率的应答信号;

·功率元件的封装必须具有足够低的热阻R0ie。以便输出峰值功率时功率元件具有尽可能低的结温，

·功率元件的封装还须具有足够高的热容。以便容纳峰值功率产生的热量，并保持结温在安全范围以内。

集成低压差线性调节器(LDO)将控制电路和功率元件集成在一个芯片上，使整个电路非常简单。但以下几个因素使其无法在本应用中使用：

·满足该应用电压和功率要求的LDO，例如LMl084系列，基本上都采用双极型功率元件，都会有最低1.5V左右的压差，无法充分利用电池的全部容量;

·双极型功率元件的二次击穿问题使其工作于高热应力条件时不可靠;

·集成LDO中的控制部分最高工作结温只有125~C，限制了其安全工作范围。

因此，采用控制电路和功率元件分离的分离式方案，用低Ros(oN)的P-MOSFET作功率元件，这应该是一个比较优化的设计。

根据前述对于功率元件热阻、封装和RDS(ON)的要求，选择D2Pak封装的P-MOSFETIRF9540作为功率元件构建分离式线性调节器。IRF9540具有0.117Q的低导通电阻，3A输出时最低压差只有0.35V，采用四串锂离子电池时每节电池可以用到2.8V，能够充分利用电池的全部容量。而且，D2Pak封装的IRF9540具有良好的散热能力，Rojc为1.1℃/w，能够提供很高的峰值功率。封装上带有金属散热片，提供比较大的热容，来缓冲高峰值功率带来的热量。

图3给出了11V/3A的功放驱动电源的电路实现。其中，双运放LM358中的一个被用作误差放大器，控制Q2输出稳定的11v。另一个运放被用作温度监视器，采用热敏电阻RT监视Q2的温度，防止在软件失效的情况下致使Q2连续导通而损坏。此设计经试验检验完全能够满足要求，在最坏情况下能够保证电路安全、稳定的工作。

结语

作为一个依靠电池供电的便携式手持设备，电源系统的设计需要满足高效率、小尺寸的要求。北斗终端的逻辑部分功耗占据了其总功耗的绝大部分，因而我们选择高频、高效的开关型DC/DC。射频功放尽管峰值功率很高，但工作占空比很低，平均功耗占总功耗的份额很低，因而可以考虑采用效率不高，但尺寸及其他方面性能更好的线性调节方案。线性调节方案必然会带来热应力高的问题，必须仔细分析电路的动态热响应，保证其工作在安全范围内。

参考文献：

1.MAXl 775数据手册，www.maxim-ic.com.cn

2.LM1084数据手册，www.national.com

作者：温景阳　徐继红

第3篇：基于北斗卫星导航系统的森林消防信息系统的构建

摘要：文章基于北斗卫星导航系统的应用，分析森林消防信息系统信息化建设中存在的诸多问题，通过对森林灾害发生到应急处理结束过程的研究，将森林消防信息系统处置森林火灾的过程分成环境监测、灾害预警、信息传输、应急处置、应急保障和支持等环节，从森林消防信息系统构建的目标、原则、建设内容和“软硬件”系统等方面提出了切实可行的设计思路，依此构建出基于北斗卫星导航系统的空天地一体的森林消防信息系统和灾害监测平台。

关键词：北斗卫星导航系统;森林消防;信息系统

0 引言

突发性公共事件不再是一个“是否会”发生的事件，而是一个“何时”发生的事件。突发森林灾害是危害大、救援难、面积广、及时性强的自然灾害，在应对森林火灾的对策和措施上，目前世界各国采取的都是空、天、地一体相结合的模式。但是，各国在具体的应急管理体制、机制和相关制度，尤其是早期预警和应急响应处置技术手段有不同应用。减少森林火险、加强早期预警、加强应急响应与处置是我国森林火灾应急管理的重点，而这一切的核心，都取决于“信息”—早期预警信息获取、信息有效及时的传递、科学决策的信息支持、应急处置的信息保障等[1]。因此，基于北斗卫星导航系统构建森林消防信息系统，能够将多元森林消防应急力量联合形成一个有机联系的整体，科学、安全、有效地扑救森林火灾[2]。

1 北斗卫星导航系统的组成与功能特点

我国自主研发的北斗卫星导航系统，旨在建构一个开放兼容、自力更生、可靠稳定、先进技术的全球卫星导航系统。该系统为卫星导航应用创造良好的产业支撑，促进卫星导航产业的形成，促进和保障国家卫星导航在国民经济和社会产业中得到推广和应用[3]。

1.1 系统的组成

空间段：由3颗地球静止轨道卫星组成，分布于地球的上空，可在某工作卫星失效时予以接替。地球段：由中心控制系统和标校系统组成。用户段：用户的终端，如天线、芯片、模块等。北斗卫星导航系统能够为使用者提供准定位、高精度、导航、授时、短信通信等全天候服务的能力。

1.2 系统的特点

一是系统性能指标先进，全球范围定位、测速、授时精度都达到世界先进水平，亚太地区性能更优;二是功能强大，其定位导航和短信通信功能，可提供精确的定位导航、各地的通信、国际搜救等相关服务;三是自力更生系统，具有安全、可靠、稳定、保密性强的特点。

因此，将北斗卫星导航系统与森林火灾监测仪器直接相连，经由北斗卫星导航系统提供超准确度的定位于导航服务，能准确获得各处森林火灾监测仪的位置和时空信息，实时将森林火灾预警信息传输到监测中心，及时做森林火灾预警，为当地森林消防争取宝贵时间。同时，森林火灾地区可以通过北斗卫星导航系统的短报文功能及时发出求救信息，前线救援人员和指挥部队也可以通过北斗卫星导航系统的短报文功能进行通信交流，保证了救援时间和救援物资的充分利用。

由此可见，北斗卫星导航系统不仅在森林火灾早期预警信息获取、灾害信息传递方面大有可为，而且在灾后救助、科学决策方面也有广阔天地。

2 我国森林消防信息系统建设中的主要问题

我国应急管理体系逐步建设以“一案三制”为主心骨。2018年3月，我国应急管理部批准设立，这意味着我国的应急资源得到集中有效利用，减灾、救灾、防灾整体能力有所提高。但是，由于历史欠账较多，我国应急管理的水平与能力距国家现代化的治理体系需求还有一定差距，森林消防应急管理系统建设的能力和水平也难以同新时代森林消防日益增长的安全需求完全适应[4-5]，这主要表现在以下几方面。

2.1 森林消防信息化基础建设薄弱

虽然我国森林消防基础设施建设步伐在加快，但由于过去多年遗留问题以及各地区发展水平和经济水平的差异显著，森林消防的基础设施建设依然薄弱。除部分省区外，森林消防预测预报系统与森林火灾通信与控制调度系统仍然不完善，林区通信基础薄弱，林区无线通信覆盖率不高，信息化设施基础建设落后是当前存在的重要议题。

2.2 森林消防信息系统建设标准不一

虽然我国各级森林消防指挥中心建设热情较高，但在某些程度上还存在重复建设、硬软件建设失衡和“信息孤岛”现象，缺乏国家相应的规范和技术支持，在匹配兼容的平台体系上不够成熟。一个地区消防诸多工作都会反映在消防效果上，应对消防能力的储备和各管理部门的有序有效协调都会影响到消防效果，人员配合、物资配给和后勤保障等方面与消防效果的好坏紧密联系。因此，对许多相关标准和管理技术进行深入的研究具有必要性和重要性。

2.3 森林消防信息系统建设综合性不强

森林消防信息具有种类繁多、互补性强、相关性强的特点。目前，各应用系统的数据诸多处于独立的状态，各信息系统之间的连接不畅，需充分利用跨境信息应用的潜力。相比于业务应用系统，基于信息中心平台的综合应用系统，在软件支撑和系统运行环境上相对薄弱，规划建设稍显滞后，限制了消防信息的快速共享和流动，森林消防信息的整体作用和价值还未得到充分发挥。

2.4 森林消防指挥信息不对称、共享性不够

指挥中心与森林火灾现场的通信不对称，无线通信系统只能将实时信息返回到前指，而不能通过实时图像将信息反馈到基指，对现场情况了解不够详细和准确，这可能影响判断导致救援的延误。

在森林消防信息管理能力方面相对较弱，不能够对气象、地理、队伍力量、车辆、灭火技术、灭火预案等森林消防信息有效管理，森林消防通信指揮系统联网无法在区域内实现，在综合调度能力方面相对薄弱，这在一定程度上阻碍了重大林火区域内和区域间快速协作和应急准备的实现。

3 森林消防信息系统构建的目标、原则与内容

3.1 森林消防信息系统构建的目标

构建森林消防信息系统要致力于快速处置森林火灾，降低其对森林火灾带来的破坏;要利于保护森林生态多样性，为生态文明建设奠定良好的基础。对于构建森林消防信息系统，须实现空、天、地一体化，以森林消防信息的“早期预警、快速传递、全面支持”为目标，以实现快速、高效处置森林火灾[6]。

3.2 森林消防信息系统建设原则

(1)针对性：根据具体的山情、林情和社会条件，根据具体情况因地制宜地设计，保证其功能最大限度地发挥效益。(2)层次性：须结合当地实际情况，从天、空、地“一体化”，流动点与固定点“相结合”来获取森林消防信息，根据不同地区具体情况制定相应的森林火灾应急救援预案，才能在紧急情况下，有效调动各方救援力量，把紧张有限的资源充分发挥作用，将损失降到最低。(3)科学性：运用北斗卫星导航技术等现代化技术手段，仔细分析森林火灾多年来发生的规律，合理、科学、恰当地总结归纳不同类型的森林火灾。

3.3 森林消防信息系统的建设内容

在我国发现森林火灾主要有3种方法：(1)卫星过境时确定热点地区，一经发现热点信息，应立刻将相关热点信息发送至相应区域消防部门，消防部门在对其确认后立刻进行反馈，在最短的时间内制定消防预案;(2)经地勤人员发现火情，一经发现立刻报告相关消防部门，相关部门立刻调动人员与设备进行现场扑救;(3)飞行巡逻队巡护时发现，一旦发现火情，根据情况，若能在空中直接灭火的，部门应按有关规定实施直接灭火，如需其他飞机协助灭火时，相关部门按程序调动直升机参与，经地空配合，有效控制森林火灾火情。

森林火灾信息系统以北斗卫星导航系统为基础，主要建设内容：(1)建设和完善以语音通信网络、计算机网络、视频传输网络为主体的通信平台，依托网络的高带宽环境，实现语音、数据、视频一体化设计，推动其进入高速通信网络。(2)推进建设森林消防业务应用系统的信息化，构建综合性的信息化应用支撑平台，实现主要森林消防业务的网上运转和网络化管理。(3)进一步推进建设森林消防应急指挥系统，进一步拓宽灭火救援通信指挥手段，同时提高灭火救援辅助决策能力和模拟训练水平。(4)要加强信息网络安全技术支持和安全管理，建立健全可靠可信的信息安全保障体系，规范信息结构运行体系，建立资金、组织、人才、机制、风险控制和信息安全的综合保障机制。

4 技术实现方案

基于北斗卫星导航系统的森林消防信息系统建设[7]主要包括“硬件”和“软件”建设两方面内容。

4.1 森林消防信息系统“硬件”建设

4.1.1 森林火灾监测仪器的布网

广为人知的“天网”工程，是指为实现对城市有效管理与治安的有效防治的需要，发挥影像采集、GIS地图、控制、传输、显示等诸多软件与设备的功能，对固定区域内的信息进行实时记录和监控的系统。在森林消防信息系统“硬件”建设中，也需要建设“天网工程”，让火灾监测仪器或固定于森林某处，或安装于流动监测车上，恰当地分布在森林各处，实时监控和记录信息，并在森林火灾发生时发出预警信息。

4.1.2 空、天、地一体的信息采集系统

森林消防信息采集系统强调的是“空、天、地三位一体”，除传统的地面人员、车辆，流动的与固定的信息采集方式外，要加强建设空中的有人机、无人机信息采集手段，尤其是基于北斗卫星导航系统为主体的天基信息采集技术，全方位地采集森林消防的相关信息。

4.1.3 高效、畅通的信息传输中继平台

森林火灾发生时，基于公网的数据和图像信息传输往往会出现壅塞甚至中断，须有高效、畅通的信息传输平台进行应急通信。因此，建设高效、畅通的天基的北斗卫星通信或空中的有人机、无人机通信中继平台尤为必要。

4.1.4 计算机网络与终端

计算机网络与终端是森林消防信息化建设的基础。要确保森林消防信息系統信息畅通，需要进一步提髙计算机网络的带宽，同时对计算机网络的拓扑结构做进一步优化，为消防业务应用与实施提供快速的计算机网络通信平台，为提高其稳定性、可靠性、安全性，需进一步强化各级局域网的建设、优化与升级。

4.1.5 视频传输系统

森林火灾警情发生时，火灾现场的具体发生情况需要在第一时间被指挥中心了解和掌握，将火情的信息以图像的形式及时、直观地提供给指挥员，方便森林消防力量能够被森林防火指挥中心及时组织调度，从而提髙救援反应能力，最大限度减少损失。此外，还可把火灾现场发生情况存储、记录下来，为分析起火原因提供便利，并利于总结灭火的经验教训。

4.2 森林消防信息系统“软件”建设

建设森林消防系统的“软件”包括管理数据、管理设备、动态监控、三维可视化、预警、应急管理等子系统的建设，具体内容如表1所示。

5 结语

森林消防信息系统的构建，其作用是利于森林火灾的快速处置，减少森林火灾带来的破坏，为应急决策提供依据。本文基于北斗卫星导航系统的应用，综合分析森林消防系统信息化建设中存在的相关问题，通过对森林灾害发生到应急处理结束过程的研究，将森林消防信息系统在森林火灾处置的过程分为环境监测、灾害预警、信息传输、应急处置、应急保障和支持等环节，从森林消防信息系统构建的目标、原则，建设内容和“软硬件”系统等方面提出了切实可行的设计思路，依此构建出基于北斗卫星导航系统的空天地一体的森林消防信息系统和灾害监测平台，供相关人员参考。

[参考文献]

[1]罗政.北斗卫星导航系统在应急预警信息发布中的应用[J].数字通信世界，2020(2)：27-28.

[2]张志.基于信息系统的森林消防应急指挥问题研究[C].北京：风险分析和危机反应中的信息技术—中国灾害防御协会风险分析专业委员会第六届年会论文集，2014.

[3]云泽雨.北斗卫星导航系统在航海保障领域应用发展[J].数字通信世界，2017(11)：21-23

[4]吴清荣，杨泽寒.北斗卫星导航系统在地震监测中的应用研究[J].河南科技，2015(12)：28-29.

[5]郭殊.关于应急管理机制的法律思考[N].北京日报，2014-01-13.

[6]张玉鑫.对东北航空护林发展问题的思考[J].经营管理者，2015(33)：147.

[7]张宝柱，孙继生.对我国航空护林发展问题的思考[J].森林防火，2004(4)：38-40.

(编辑王永超)

作者：淡芳芳肖文军罗明

第4篇：北斗卫星导航系统及应用综述

0引言

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

1 北斗卫星导航系统基本信息介绍

中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

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。“北斗”导航卫星分别在1559MH z～1610MH z、1200MH z～1300MH z两个频段各设计有两个粗码、两个精密测距码导航信号, 具有公开服务和授权服务两种服务模式[1]。

“北斗二号”导航卫星系统体制第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统在体制上的差别主要是: 第二代用户机可免发上行信号,不再依靠中心站电子高程图处理或由用户提供高程信息,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定位, 系统的用户容量不受限制,并可提高用户位置隐蔽性。

图1.1北斗卫星导航定位系统定位原理图

1. 2 北斗卫星导航系统的系统组成

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)、(140°E, 0,°36000km)、(110. 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°。其轨道如图1. 2所示。

图1.2北斗双星导航系统卫星轨道

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。根据应用环境和功能的不同, 北斗用户机分为普通型、通信型、授时型、指挥型和多模型用户机5种,其中,指挥型用户机又可分为一级、二级、三级3个等级。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。 1.3 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[2]。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。

2 北斗卫星导航系统的功能优势

北斗卫星导航系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。 2.1 北斗卫星导航系统具有的三大功能

(1)快速定位：系统可为服务区内用户提供全天候、高精度、快速实时定位(可在1秒之内完成)、服务，定位精度为20～100m;

(2)短报文通信：系统用户终端具有双向数字报文通信功能，注册用户利用连续传送方式可以传送多达120个汉字的信息;

(3)精密授时：系统具有单向和双向两种授时功能。根据不同的精度要求，利用授时终端，完成与CNSS之间的时间和频率同步，提供100ns(单向授时)和20ns(双向授时)的时间同步精度。 2.2 北斗卫星导航系统具备的优势

(1)同时具备定位与通信双重功能，无需其它通信系统支持，而GPS、GLONASS只能定位;

(2)覆盖范围较大，没有通信盲区。北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区，不仅可为中国、也可为周边国家服务;

(3)特别适合集团用户大范围监控与管理;

(4)独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计。它不仅能使用户知道自己的所处的位置，还可以告诉别人自己的位置所处的地方，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等; (5)自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用; (6)接收终端不需铺设地面基站，用户终端相对便宜。

(北斗卫星导航定位系统的潜力主要体现在定位通信综合领域上。目前仅需要定位的用户，对北斗的需要不迫切;对于既需要定位又需要把位置信息传递出去的用户，北斗卫星导航定位系统是非常有用的。)

3 北斗卫星导航系统的应用

3.1 北斗卫星导航系统的应用范围

“北斗”卫星导航试验系统自2003年正式提供服务以来，在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾和国家安全等诸多领域得到广泛应用，产生显著的社会效益和经济效益。特别是在南方冰冻灾害、四川汶川和青海玉树抗震救灾、北京奥运会以及上海世博会中发挥了重要作用。

1)在交通运输方面，基于“北斗”卫星导航试验系统的“新疆公众交通导航监控系统”、“公路基础设施安全监控系统”以及“港口高精度实时定位调度监控系统”等应用推广工作，取得了良好的示范效果。

2)在海洋渔业方面，基于“北斗”卫星导航试验系统的海洋渔业综合信息服务平台，为渔业管理部门提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港管理等服务。

3)在水文监测方面，基于“北斗”卫星导航试验系统的水文监测系统，实现多山地域水文测报信息的实时传输，提高灾情预报的准确性，为制订防洪抗旱调度方案提供重要的保障。

4)在气象测报方面，成功研制一系列气象测报型“北斗”终端设备，形成实用可行的系统应用解决方案，解决中国气象局和各地气象中心气象站的数字报文自动传输问题。

5)在森林防火方面，“北斗”卫星导航试验系统成功应用于森林防火系统，其定位与短报文通信具有较好实际应用效果。

6)在通信时统方面，成功开展“北斗”双向授时应用示范，突破光纤拉远等关键技术，研制出一体化卫星授时系统。

7)在电力调度方面，成功开展基于“北斗”卫星导航试验系统的电力时间同步应用示范，为电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件。

8)在救灾减灾方面，基于“北斗”卫星导航试验系统的导航定位、短报文通信以及位置报告功能，提供全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，显著提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。

“北斗”卫星导航系统建成后将为民航、航运、铁路、金融、邮政等行业提供更高性能的定位、导航、授时和短报文通信服务。 3.2 北斗卫星导航系统的应用特点

北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站(控制中心)与标校站和用户终端设备三大部分组成, 它具有快速二维定位、双向简短报文通信和精密授时三大基本功能。该系统基于“二球交会”原理进行定位, 即以2颗卫星的已知位置坐标为圆心,各以测定的本星至用户机的距离为半径,形成2个球面,用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。地面控制中心存储的电子高程地图库提供1个以地心为球心,以球心至用户机的距离为半径的球面。求解圆弧线与该球面的交点, 并根据用户在赤道平面北侧的实际情况,即可获得用户的二维位置坐标[3]。北斗卫星导航定位系统主要应用特点如下[4-5] : 1) 系统覆盖我国全部国土及周边区域

北斗系统是覆盖我国本土及其周边地区的区域性卫星导航定位系统,覆盖范围为东经70°～145°,北纬5°～55°,可以无缝覆盖我国全部国土和周边海域, 在中国全境范围内具有良好的导航定位可用性。 2) 系统定位、授时精度能满足导航定位需要

北斗系统的二维水平定位精度(1δ)为20m(不设标校站区域100m),双向授时精度20ns(单向授时精度100ns),与GPS系统的民用精度基本相当,能满足用户导航定位和授时要求。北斗系统的注册用户分为3个服务等级,对应的定位响应时延分别为:一类用户5s,二类用户2s,三类用户1s北斗系统具有单向和双向2种授时功能,根据不同的精度要求,定时传送最新授时信息给用户端,供用户完成与北斗卫星导航定位系统之间时间差的修正。 3) 系统双向报文通信功能应用优势明显

北斗系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间的双向报文通信能力。系统一般用户1次可传输36个汉字,经核准的用户利用连续传送方式1次最多可传送120个汉字这种简短双向报文通信服务,可有效地满足通信信息量较小、但即时性要求却很高的各类型用户应用系统的要求。这很适合集团用户大范围监控管理和通信不发达地区数据采集传输使用。对于既需要定位信息又需要把定位信息传递出去的用户,北斗卫星导航定位系统将是非常有用的。需特别指出的是,北斗系统具备的这种双向简短通信功能,目前已广泛应用的国外卫星导航定位系统(如GPS、GLONASS系统) 并不具备。

4)系统有源定位体制使用户定位的隐蔽性、实时性较差,用户容量受限

北斗系统是主动式有源双向测距二维导航系统, 在地面控制中心进行用户位置坐标解算。北斗系统的有源定位工作方式使用户定位的同时失去了无线电隐蔽性,这在军事上是不利的。另外,北斗系统对地面控制中心的依赖性大,一旦其地面中心控制系统受损,系统就不能继续工作了;用户设备必须包含发射机,因此其在体积、重量、功耗和价格方面远比GPS接收机来得大、重、耗电与贵。北斗系统从用户发出定位申请, 到收到定位结果,整个定位响应时间最快为1s，即用户终端机最快可在1s后完成定位。这1s的定位时延对飞机、导弹等高速运动的用户来说时间嫌长。北斗系统适合为车辆、船舶等慢速运动的用户提供服务。北斗系统导航定位实时性较差,对于高动态载体(如飞机、导弹等),该缺陷是显而易见的。北斗系统是主动双向测距的询问)应答系统,系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率。因此,北斗系统的用户设备工作容量是有限的。北斗系统可为以下用户机每小时提供54万次的服务:一类用户机(适合于单人携带使用)10000～20000个,5～10min服务一次;二类用户机(适合于车辆、舰船使用)5500个,10～60s服务一次。

“北斗”系统的上述应用特点,决定了该系统适合在中国全境范围内,在测绘、电信、水利、交通运输、勘探等使用要求相对较低的民用领域进行导航定位、报文通信和授时服务等应用。目前该系统在军事领域的应用,受到了一定的制约。 3.3 北斗卫星导航系统的应用现状

北斗卫星导航定位系统运营以来,在军民用领域上发挥了重要作用,迄今为止,已为用户提供定位服务超过亿次,通信服务超过千万条,在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益。所研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度管理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程,已取得了明显的经济效益[6-7] 。

但是,北斗系统作为我国自行研制的、具有鲜明应用特点的卫星导航定位系统, 总的来说,目前的实际应用并不理想。主要表现在: 1) 系统应用不充分,与世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位不相称

北斗系统工作容量可达百万户,而目前注册在线的终端用户却不足千分之一, 卫星资源闲置严重。该系统的快速定位、双向报文通信和精密授时0功能,特别是双向报文通信功能未得到充分应用,该导航定位系统在许多民用领域中的用途还未被认知。中国工程院戚发韧院士经过对北斗系统进行详实的调研后提出:中国研制成功的第一个拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统,目前在民用领域资源利用并不充分,几近闲置。他在调研报告中明确写到:北斗系统本应拥有上百万用户的能力,目前却只有几千个用户,国家投入几十亿元,但利用很不充分,造成了资源的严重浪费。北斗卫星导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未形成产业化的现状,与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称。

2) 用户终端设备价格偏高,在市场上无法与GPS系统形成竞争

北斗系统目前的有源定位技术体制决定了其用户终端设备需能收能发,在技术应用上有通信功能,应用优势明显,这是无可怀疑的。但这种体制也使用户终端制造成本增加,加上终端设备用户少,所以目前市场价格偏高,多数用户难以接受。用户终端设备价格昂贵的北斗系统在市场上是无法与GPS系统进行竞争的。 3) 用户终端设备研制开发滞后,跟不上应用需求

北斗系统用户终端设备研制开发严重滞后于系统建设。究其原因,一是用户终端设备研制起步较晚,没有做到与系统建设同步研发;二是用户终端研制难度大,没有集中力量对其重点进行攻关,各研制单位各自为战,技术上不交流,形不成合力;三是国内器件、部件生产基础差,而进口芯片价格昂贵。在2002年北斗系统开始试运行时,系统民用终端设备尚不成熟。至今国内仍有十几家单位在投入资金研制北斗用户终端,但提高性能价格比的成效并不大,有的单位甚至不得不退出研发。目前能生产北斗系统民用终端的厂商有

五、六家,产品价格较高,各有优缺点。北斗系统民用终端设备生产厂商各自为战的研制生产方式,在当前用户量不大、生产批量上不去的情况下,成本下不来;而成本下不来,市场用户就上不去,形成一个恶性循环。用户终端设备生产方式存在的高成本是影响北斗系统推广应用的问题之一。

4) 北斗民用市场的自由化和无序竞争,影响了北斗系统应用市场的健康发展

由于国家没有北斗系统民用开发规划和应用市场准入机制,市场完全是无序的自由竞争,一些企业单位对北斗系统市场认识和估计过于乐观,为早日抢到市场,自发投入不少资金开发北斗民用终端。到目前为止,真正获得成功、设备产品质量较好的厂家只有几个。有一些企业单位在产品技术质量还不成熟的情况下, 就急于推销自己的产品收回投资,采用低价竞争方式抢占市场,结果是实际运行故障频发用户服务又跟不上,动摇了用户选用或继续使用北斗系统的信心,增加了对北斗系统应用的怀疑情绪,影响了北斗系统健康发展和推广应用。 3.4 北斗卫星导航系统应用的主要制约因素

目前, 影响、制约北斗系统在民用领域获得广泛应用的因素主要是[8] : 1) 系统用户终端设备价格昂贵

前面已分析到,造成北斗系统用户终端设备价格昂贵的主要原因,一是目前系统本身所采用的有源定位技术体制,二是终端设备生产量少、关键元器件依赖进口使生产成本居高不下。关于北斗系统的技术体制改进和完善问题,已在中国第二代卫星导航系统的研制计划中基本得到了考虑。在后续分析的推动北斗系统民用产业化发展的对策与建议中,提出国家应投入资金,组织有关部门联合攻关, 解决北斗系统用户终端设备关键元器件国产化问题。 2) 系统应用缺乏国家政策的有力支持

北斗系统是国家花费巨资建设起来的的军、民两用区域性卫星导航定位系统。作为一个新兴产业,北斗系统要发展壮大,与国家政策的支持是分不开的。但是,我国至今缺少一个对国家安全有着重要意义的有关卫星导航定位产业的国家级政策,当然更缺少相应的管理办法和运营措施。这影响了企业和科研部门对北斗导航系统应用的投入,直接导致了用户终端产品品种少、水平低、价格贵。卫星导航应用产业已成为全球信息化产业中发展最快的产业之一,而中国的这项产业目前大多数在经营国外的产品,大量用户成为了外国产品的消费者。北斗系统应用研发与服务的企业只有寥寥几家,用户少得可怜。 3) 政策缺位直接导致系统应用推动乏力

北斗卫星已经升空5年,可它作为一种新技术新业务,很少有人大力去普及推广,广大用户特别是信息化人员,对其知之甚少,在各种媒体和市场上,也难以找到相关的宣传资料。很多企业和用户,甚至不知道谁是民用卫星导航产业的主管部门。北斗系统在应用系统的开发试验上,需要大量的资金投入,开发运营企业难以在资金上长久维持,用户就更做不到花费巨资,为自己建设应用小平台。没有国家资金的介入,公司的资金杯水车薪。

4 北斗卫星导航系统与GPS功能特点的比较

1.覆盖范围：北斗卫星导航系统主要覆盖我国本土的区域性、全天候导航系统。覆盖范围东经约70°～140°，北纬5°～55°。GPS是覆盖全球的、全天候导航系统; 2.卫星数量和轨道特性：北斗卫星导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，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°;

3.定位原理：北斗卫星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;

4、定位精度：北斗卫星导航系统为三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。GPS三维定位精度P码已由16m提高到6m，C/A码已由25～100m提高到12m，授时精度约20ns;

5、用户容量：北斗卫星导航系统由于是主动双向测距的询问—应答系统。用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率，因此，北斗卫星导航系统的用户容量是有限的。GPS是单向测距系统。用户只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此，GPS的用户容量是无限的。

5 北斗卫星导航定位系统存在的问题与不足

1.定位服务区是区域性的。不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位;

2.同时容纳的用户数量有限。北斗卫星导航系统同一时间要接收地面用户群发来的信息，用户群的个体数量是受限制的;而GPS只发信号，多少用户接收都没关系，数量可以无限;

3.无法为快速移动物体提供准确的定位服务。北斗卫星导航系统用户的定位申请要送回中心控制系统，中心控制系统解算出用户的三维位置数据之后再发回用户，其间要经过地球同步卫星走一个来回，再加上卫星转发，中心控制系统的处理，时间延迟就更长了，因此，对于高速运动体，加大了定位的误差，军事方面应用受到限制;

4.主控站位置容易暴露受攻击、干扰。北斗卫星导航系统是基于中心控制系统和卫星而进行的工作，且定位解算由中心控制系统完成，对中心控制系统依赖性强。一旦中心控制系统受损，系统就不能继续工作。而GPS正在发展星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行;

5.管理复杂、层次多，容易出错。地面控制中心要同时分析处理几万到几十万的用户资料，判断密码、定位、以及返回的情报，而且这些用户单位所属各不一样，应急的级别也不一样，处理起来决不是容易的事; 6.地面用户的设备体积大、造价高。

6 提高北斗卫星导航系统的建议

提高北斗卫星导航系统的性能，可以从以下几点着手。第一，扩大北斗卫星定轨观测网，提高广播星历精度;第二，优化北斗卫星导航电文内容，便于用户接收使用;第三，播发北斗与其他系统之间的时差信息，扩大北斗的应用市场;第四，研发北斗卫星自主导航技术，提高抗毁能力;第五，研发MEMS化北斗卫星，建设全新北斗星座。

7 结语

北斗卫星导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉，且能实现一定区域的导航定位、通信等多种用途，可满足我国当前陆、海、空运输导航定位的需求，是一个相对成功的、实用的、投资少的起步系统。但同时应清楚的认识到，北斗卫星导航系统仅是我国自主设计建立的简易导航系统，还存在很多的不足之处。因此，必须在发展北斗卫星导航系统的基础上，借鉴国外GPS、GLONASS 的成功经验，开发具备先进性、适用性、军民两用、抗干扰性、抗继毁性等特征的，适合我国国情的更加完善的卫星导航定位系统。

第5篇：关于北斗卫星导航系统科普现状问卷调查

关于北斗卫星导航系统科普现状问卷调查您好，非常感谢您百忙之中抽空协助我们做好此次问卷调查工作!为了做好北斗卫星导航系统的科普宣传，为后期“北斗”的普及和完善出谋划策，特此进行问卷调查，您的看法和意见对我们非常宝贵，感谢您的支持和帮助!

(确实不会做的题目，请选择“不清楚”，我们需要您最客观的回答!)

您的年级：您的专业：

1.您对北斗是否了解?()

A. 非常了解 B.听说过 C. 不了解但有兴趣D.不感兴趣

2. 如果您对北斗导航系统有所了解，你是通过什么途径了解的?()

A.报刊杂志 B.电视 C.网络 C.老师、朋友介绍 D.一点都不了解

3“北斗”是否是地球同步卫星?()

A.是 B.否 C.不清楚

4北斗导航系统工程的总工程师是谁?()

A.沈荣俊 B孙家栋. C.谭述森 D.不清楚

5.北斗的英文简称是什么?()

A.COMPASSB.GLONASS C.Galileo D.不清楚

6.我国的北斗卫星导航系统发展到什么阶段了?()

A. 亚太地区区域有源 B.亚太地区区域无源 C. 全球区域无源 D.不清楚

7.北斗卫星系统的组成部分不包括下面哪个?()

A.车辆 B.地面支持系统 C.用户D.不清楚

8.北斗接收机在哪些地方收不到信号?()

A.金属网内 B.玻璃罩内 C.塑料袋内D.不清楚

9.您觉得北斗卫星导航系统不能运用在那个方面?()

A.国防、救灾抢险B.交通运输、旅游 C.精准农业D.外科手术

10.在发生地震等灾害后地面的通信设施几乎被完全破坏，唯一能用的就是北斗系统特有的短报文通信功能，您对于这个功能感觉如何?()

A.能在关键时刻发挥很大作用，前景非常好 B.感觉一般 C.不感兴趣

11.过些年“北斗”推出其终端产品后，您是否愿意使用北斗产品?()

A.非常愿意B.如果好用才愿意C.不愿意

12.您觉得用台历的形式展示北斗的相关知识与图片如何?()

A.很不错，形象直观 B.觉得不怎么样

13..为做好北斗的科普宣传，您觉得科普介质的载体选择哪种更好?()

A.文字内容 B.图画 C.图文并茂

14.您希望科普知识更多体现哪些方面的内容?()

A.北斗之用 B.北斗之路 C.为北斗的研究做出贡献的科学家 D.以上信息的综合请说明理由：

15.谈谈您对科普媒介编创的建议或意见

(最后，再次衷心地感谢您花费宝贵时间答完这份问卷!)

第6篇：基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析

作者: 张帆，陈杨

指导教师:刘瑞华

(中国民航大学新航行系统研究所，天津，300300)

摘要

利用卫星仿真工具包STK，结合国外全球导航系统的技术经验和北斗卫星导航系统目前公布的技术资料，对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性、定位精度等方面进行了详细的仿真与分析。STK逼真的图形显示使得北斗卫星导航系统的星座仿真具有良好的可视化效果，通过对卫星可见性及定位精度的分析，结果表明北斗卫星导航系统是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，能为用户提供高精度的导航定位服务。所做工作为北斗卫星导航系统的建设与应用提供了一定的参考意义。关键词：北斗卫星导航系统;卫星仿真工具包;星座设计;卫星可见性;精度因子中图分类号：V324.2+4 文献标识码：A

联系人：张帆

联系电话：13820636920 联系人：陈杨联系电话：13752019819 电子邮箱：ychen2_04@163.com

Analysis and Simulation of BeiDou Navigation Satellite System

Based on STK

ZHANG Fan CHEN Yang

LIU Rui-hua

( Institute of CNS/ATM, Civil Aviation University of China，Tianjin，300300)

ABSTRACT Combines the technology of the foreign Global Navigation System and some current information, this thesis makes some simulation and analysis on constellation design, satellite visibility and positioning accuracy for Beidou Navigation Satellite System by the Satellite Tool Kit(STK). It shows that Beidou Navigation Satellite System can provides not only global navigation, but also strong Local navigation ability which can be quite efficient and convenient. In addition, this thesis can provide great reference significance to the construction and application of the Beidou Navigation Satellite System. KEYWORDS：Beidou Navigation Satellite System; Satellite Tool Kit(STK); constellation design; satellite visibility; dilution of precision 1 引言

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

基金项目：国家高技术发展计划(863计划)(2006AA12Z313)

1 目前，我国北斗卫星导航系统正处于星座组网建设阶段，根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力;2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。因此，对系统进行模拟仿真是我们开展后续工作的前提。鉴于上述背景，本文借助国际著名的仿真分析平台Satellite Tool Kit(以下简称STK)对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性及定位精度等方面进行详细的仿真和分析。

2 星座设计及仿真

目前世界主要卫星导航系统均采用Walk- er星座布局。Walker星座由一组运行于相同轨道周期和倾角的圆轨道卫星组成，记为Walker T/P/F每个轨道上的卫星等间距均匀分布，各轨道面间的升交点经度间距也以相同角度平均分布，因此T(卫星数量)=s(同轨道面的卫星个数)×P(轨道面个数)。两条相邻轨道间卫星相对相位由相位参数F确定，F为最东方的卫星至最西方卫星轨道间的“缝隙”数量(360°/T)，F为0到P-1的整数。

卫星导航与卫星通信系统相比，对星座有着大不相同的机和限制，其中最明显的就是需要多重覆盖(即导航应用中需要更多同时可见的卫星)。以GPS系统为例，GPS导航解算最少需要4颗用户可视的卫星，以提供用户确定三维位置和时间所必需的最少4个观测量。因此，GPS星座的一个主要限制是必须一直提供至少4重覆盖。为可靠地保证这种覆盖水平，实际的GPS星座设计为提供4重以上的覆盖，这样即使有一颗卫星出现故障，也能至少维持4颗卫星可见。

对于卫星无线电导航系统(RNSS系统)星座的选择，理论和实践表明，高度在2000km以下的低轨卫星星座是不合适的。分析表明2000km高度的Walker星座卫星数是20000km的Walker星座卫星数的4倍[1]，这将使系统的成本和维持费用猛增。对于高度为20000km的MEO Walker星座，无论卫星总数是24颗，27颗还是30颗，采用3个轨道平面的可用度最高。欧盟伽利略卫星导航系统在进行星座设计时所得出的结论和经验如下[2]：

1)为达到中高等级的性能指标，至少需要24颗卫星。卫星高度对性能指标的影响随卫星数量的增加而减弱。当全球星座卫星数大于等于27颗时，已无需考虑卫星高度对精度的贡献;

2)30颗MEO卫星的星座方案为优，选Walker 30/3/1的星座设计为最优方案。当半长轴大于等于25000km时，均能使垂直与水平精度优于5.5m(可用度优于99.7%);

3)为了进一步提高可用度，应增加在轨备份卫星，而不必进行星座修改。

参考文献[3]指出，北斗卫星导航系统在空间段由5颗GEO卫星和24~30颗MEO卫星组成，位于轨道倾角为55o的3个轨道平面内，运行周期12小时55分钟，是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统。

综合以上讨论的各种因素，选择5GEO+ 30MEO的星座方案，利用STK软件对星座进行建模仿真[4]。在STK自带的卫星数据库中可以查到Beidou1A~Beidou1C这3颗北斗双星导航系统的GEO卫星以及北斗MEO卫星Beidou2A的卫星数据，以其中的Beidou2A为种子星展开Walker 30/3/1星座。同时，考虑到中国及周边地区区域导航的要求，建立两颗位于(86°E、0°N、36000km)和(120°E、0°N、36000km)的GEO卫星。为了保证卫星轨道仿真计算的精度，在计算模型中选取高精度地球引力势模型、大气阻力模型(Harris Priester大气模型)、太阳光压模型等，采用高阶Runge-Kutta- Fehlberg算法积分求解卫星运动方程[5]，最终仿真北斗卫星导航系统的星座分布三维视图，星下点轨迹二维投影分别如图1及图2所示，其中Beidou1A~Beidou1E为5颗GEO卫星，Beidou2A 101~Beidou2A

110、Beidou2A 201~Beidou2A 210及Beidou2A 301~Beidou2A 310分别为对应3个轨道面的30颗MEO卫

2 星。

图1 5GEO+30MEO卫星空间星座图

图2 5GEO+30MEO卫星星下点轨迹图

3 卫星可见性分析

为了及时捕获卫星信号，需预先估计出卫星相对于某一地面站点的进出场时间、可视卫星数目等对于充分了解其运行状况，合理开展相关卫星捕获等具有重要意义[6]。建立某地面站Beijing，其位置信息为(116.388°E、39.9062°N)，分析其在仿真时段内卫星的跟踪状况。

1)单颗卫星跟踪分析。利用STK提供的Access Tool分析工具，以Beidou2A卫星为例仿真时段设定为2007年7月1日12:00至2007年7月2日12:00，时间跨度为24小时。在报告栏选择Access即可获得Beijing站捕获Beidou2A卫星的跟踪时段信息，如表1所示。

表1 Beidou2A卫星对Beijing站进出场时间

Access

Start Time (UTCG)

Stop Time (UTCG)

Duration/s

2/7/2007 05:36:15.607

2/7/2007 12:00:00.000

23024.393 表1中，Access值对应为1，表示在该时段Beidou2A卫星只经过Beijing站上空一次，起始时刻为当天UTC时间5:36:15.607，截至12:00:00，历时23024.393s。

2) 整个星座的跟踪分析。对所有35颗北斗导航卫星进行跟踪分析，可以得到所有卫星对Beijing站的进出场时间，如图3所示。可以看出，大部分卫星在一天内出现1~2次，这

3 也符合北斗卫星导航系统12小时55分钟的运行周期。

图3 35颗北斗导航卫星对Beijing站进出场时间图

3)可见卫星数目分析。利用STK链路工具，新建一个链路分析。将上述Beijing站和北斗导航卫星星座作为链路中的两个对象添加至当前链路，就可以分析仿真时段内任意时刻Beijing站的可见卫星数目，如图4所示。

图4 可见卫星数目图

图4表明，在几乎所有时刻，该地面站点均能同时接收来自北斗系统的13颗以上的卫星，且最多可达18颗。也就是说，满足多重覆盖的要求。

在STK中，卫星的可见性还反映在图形窗口中，三维图形中，可以看到卫星的在轨运行状态，当卫星对地面站可见时，卫星和地面站之间有一条线进行连接，当该卫星不可见时，连线消失，如图5所示。通过三维图形显示，直观形象地描述了地面站对北斗卫星导航系统的可见性。

图5 卫星可见性三维空间显示图

4 定位精度分析

对于大多数用户而言，最关心的是位置精度和给定精度下的可信度。利用北斗卫星导航系统进行定位，其精度主要决定于以下两个因素：其一是所测卫星在空间的几何分布，通常称为卫星分布的几何图形;其二是观测量的精度。位置精度用以下公式表示[7]：

Accuracy=UERE×DOP

(1) 其中，Accuracy为位置精度，UERE为用户等效距离误差，DOP为精度因子，其数值越小，用户定位精度越高。等效距离误差是根据卫星至接收机的路径上的各种因素(如钟差、电离层延迟等)预测的伪距观测值的变化值，精度因子反映卫星的空间几何分布，它是星座大小和轨道参数的一个函数。通常有平面位置精度因子HDOP、高程精度因子VDOP、空间位置精度因子PDOP、接收机钟差精度因子TDOP和几何精度因子GDOP。利用以上各项精度因子，便可以从不同的方面对定位精度做出评价。

利用STK的覆盖分析模块，可以分析单个或星座对象的全局和区域覆盖问题。在进行覆盖分析时，STK不仅可以提供详尽的分析报告和图表，能对覆盖的变化进行同步仿真，而且还会充分考虑所有对象的访问约束，避免计算误差。

对于地面站Beijing，计算仿真时段内该站点各DOP值，并绘制其随时间变化的曲线，如图7和图8所示。

图7 GDOP、VDOP和HDOP随时间变化曲线图

图8 PDOP和TDOP随时间变化曲线图

此外，对全球范围进行覆盖分析，考察DOP值随地理位置的空间变化情况。空间分辨率取1°×1°，分析几何精度因子GDOP随经纬度的变化，如图9和10所示。

图9 GDOP随纬度变化曲线图

图10 GDOP随经度变化曲线图

从图中可以看出，在全球范围内北斗卫星导航系统的GDOP值均在1.7以内，总体上曲线起伏较小，说明北斗卫星导航系统具有良好的系统连续性。GDOP值随经度变化较纬度方向略为显著。在中低纬度地区的GDOP值相对较小且稳定，整体上在1.65左右。由于存在5颗增强区域导航性能的GEO卫星，故在我国及周边地区的经度范围内GDOP较之其他经度范围略小，处于1.30左右，其他经度范围内，GDOP水平在1.60左右。

因此，上述分析表明北斗卫星导航系统的设计在全球范围内具有良好的覆盖品质，同时是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，能为用户提供高精度的导航定位服务。 5 结束语

STK作为一款先进的卫星工具，具有强大的计算能力、逼真的图形显示、全面的分析功能以及可靠的数据报表等特性。本文借助它对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性分析以及定位精度等方面进行了详细的仿真与分析。卫星星座和星下点轨迹的显示具有良好直观的可视化效果。星座中各卫星的进出场时间(跟踪)以及可见卫星数目的仿真对合理有效地开展相关信号捕获工作具有重要意义。从定位精度分析所得的图表报告中可以直观的了解到北斗卫星导航系统在全球范围内具有良好的覆盖品质，是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，能为用户提供高精度的导航定位服务。

北斗卫星导航系统目前仍处于建设阶段，本文利用STK提供了强大的卫星仿真平台对北斗系统进行了仿真分析，仿真精度还有待于系统完全建成，并投入运行后得到进一步验证。本文所做工作对开拓北斗卫星导航系统应用领域具有一定意义，同时可以为具体的空间任务设计提供相应的参考依据。

参考文献

[1] Paul Massatt, Micheal Zeitzew. The GPS Constellation Design-Current and Projected[C].Proceedings of The National Technical Meeting "NAVIGATION 2000".Long Beach.California,1998:569-574 [2] 系统级的作证文件.欧洲全球导航卫星系统(GNSS-2)比较研究(八)[R].周傲松译.中国空间技术研究院.2001 [3] 谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考[J].宇航学报,2008,29,(2):392-396 [4] 杨颖王琦.STK在计算机仿真中的应用[M].北京,国防工业出版社,2005:87-120 [5] 柴霖,袁建平,方群,等.基于STK的星座设计与性能评估[J].宇航学报,2003,24,(4): 421-423 [6] 代明鑫,张文明,王雪松.基于STK的SAR卫星轨道预报设计与仿真[J].现代防御技术,2008,36(1):5-9 [7] 周广勇,李良良. 基于STK的全球卫星导航定位系统DOP值仿真[J]. 地理空间信息,2009,7(3):102-104

第7篇：北斗卫星森林防火系统

北斗卫星森林防火系统 2008年02月17日

1. 北斗运营系统介绍(北斗卫星的运营系统，如同中国移动及联通)

2. 北斗运营系统是基于我国自主知识产权的"北斗导航系统"而建立起来的卫星通信导航系统，能够全天候、全天时提供卫星导航和通信服务。系统主要由空间卫星、网管中心和用户终端等部分组成。

空间卫星：空间卫星部分由2~3颗地球同步卫星组成，负责执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。

网管中心：完成与卫星之间上、下行数据的处理;对各类用户发送的业务请求进行响应处理，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，通过网管中心，分别送给有关用户;此外网管中心还负责用户的注册、管理和运营。

用户终端：完成用户端与卫星之间上、下行数据的处理;发送用户业务请求，接收用户数据;提供必要的显示及数据接口。根据使用终端的客户类型，用户终端分为车载型用户终端、船载型用户终端、遇险报警型用户终端、手持型用户终端、通信型用户终端、授时型用户终端、管理型用户终端、双模型用户终端和增强型用户终端。

北斗运营系统具有四大功能：快速定位;实时导航;简短通信;精密授时。 A.快速定位地面中心站发出的测距信号(具体为格式化的帧结构及其伪码)含有时间信息，经过卫星-用户终端站-卫星，再回到中心站，由出入站信号的时间差可计算出距离，可在秒级之内完成。

B.实时导航对运动用户提供前进距离和方位的业务称之为导航。北斗运营系统的全部数据处理均集中于地面中心站，中心站不但具有庞大的数字化地图数据库和各种丰富的数字化信息资源，而且可以根据用户终端站的定位信息，参考地图数据库迅速地计算出用户前进目标的距离和方位，向用户终端站发出防碰撞的紧急报警，通知有关部门对出事地点进行紧急营救等等。

C.简短通信北斗运营系统是双向闭合环路系统，每个用户终端都有专用识别码，用户终端通过该专用识别码发送和接收信息。通过网管中心，用户终端与固定用户之间也可以进行信息的发送和接收。

D.精密授时授时与通信、定位都是在同一信道中完成的。地面中心站产生标准时间和标准频率，通过询问信号将时标的时间码送给终端站。

北斗运营系统可以根据不同行业的不同应用需要，提供包括定位信息、导航服务、信息通信、精密授时和GPS差分信息广播在内的基本服务业务，以及群、组呼、遇险安全告警、同陆地用户双向信息通信、同其他移动终端(CDMA/GSM等终端)的双向信息通信等增强服务业务在内的多种应用服务。例如针对需要大区域、大量自动数据采集系统的应用要求，基于北斗运营系统的通信服务功能，可以建立与水文自动测报系统应用模式相似的自动数据采集系统;根据现代物流应用需求，结合北斗系统所提供的强大的定位导航和通信服务功能，可以实现车辆调度监控指挥系统、集装箱调度监控系统以及船舶调度监控系统等多种应用系统;针对森林防火部门对林火扑救指挥以及日常管理的应用要求，利用北斗系统所提供的定位和通信功能，可以实现基于北斗运营系统的森林防火调度指挥应用。

2.系统应用分析

在森林防火扑救指挥中，不仅需要有精确的定位设备对火源、火场进行精确定位，还要为参加林火扑救的队伍进行精确的定位导航，以保证在林火发生时能使得扑救队伍能够选择最佳路径在最短时间内抵达火场并实施扑救;此外，还要为扑救队员与森林防火指挥中心之间提供有效的通信手段，已保证指挥中心下达的各种指挥调度信息能够及时准确的传达到各级扑救指战员，同时也要使得扑救一线的火场火势以及其他信息能够及时有效地上报到指挥中心，为指挥人员进行科学合理的决策提供准确的信息。此外，在森林防火的日常巡护巡查过程中，也需要行之有效的定位工具和通信手段，保持流动巡护人员及时准确到位，并与指挥中心保持流畅的通信联络以及时传递巡查过程中发现的各种有效信息。简而言之，无论是林火发生时的扑救指挥还是日常管理中的巡查，都需要有精确的定位工具和有效的通信手段，保证森林防火中心与森林防护人员保持密切的联系，并随时掌握一线人员的动态位置。

众所周知，GPS手持设备可以为森林防火队员和巡护人员提供高精度的定位导航信息，卫星电话、甚高频对讲机或超短波电台可以为防火人员提供移动通信手段，但由于甚高频以及超短波通信的通信距离及受地形限制的因素，极大的制约了其使用范围，无法保证防火人员能够与指挥中心之间保持畅通无阻的通信，而卫星电话设备造价高，通信费用高昂，也极大的限制了其在森林防火中的广泛应用。由于通信手段的限制，尽管一线防火人员配备了高精度的定位导航设备，也无法使得指挥部门实时动态地掌握前方人员的位置，进而不能有效的实施指挥调度控制，不能实现科学高效的林火扑救。

北斗运营系统是同时提供定位和通信功能的卫星系统，将其应用于森林防火中，它不仅可以解决甚高频或超短波通信中的通信有效距离受限制的问题，还可以为防火队员提供高精度的位置信息，实现定位导航;在使用北斗系统卫星终端进行定位的过程中，终端在获得本地位置信息的同时，防火指挥中心通过北斗指挥型终端也可以监收到该终端的位置信息，或者通过登录到网管中心获得该终端同样的位置信息。北斗系统卫星终端的最大特点是其可以同时提供数据通信与定位功能，这不同于以往的任何设备，仅提供定位功能或仅提供通信功能，定位和通信功能被集成在一个设备当中;北斗系统卫星终端设备小型化、集成度高、设备紧凑简单、低功耗和操作简单等特点，并且可采用电池供电，与其他卫星电话设备相比，设备和通信费用相对都比较便宜，因此可以在森林防火部门进行广泛应用;北斗系统卫星终端有车载、机载以及手持等各型终端，可非常简便可靠地安装在扑救车辆、航空护林飞机上，并提供给防火队员个人使用，从而使得森林防火部门能够全面动态的掌握所有相关车辆、飞机以及人员的状态信息，更加及时有效地实现科学合理的调度指挥和控制。由此可见，北培系统可以为森林防火部门提供有效的定位和通信手段，非常适合在森林防火中应用。依托北斗系统，结合森林防火部门用户需求，可以为森林防火指挥部门实现并提供及时、高效、可视化的人员、车辆、飞机调度监控系统。此系统不仅可以在森林火灾发生时，能够实现森林火灾的快速定位，及时了解详实的火场及其周围的地理和资源环境，在辅助决策系统的支持下，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的最优配置，缩短扑火出动时间，提高扑火效率，把森林火灾造成的损失尽可能地减少到最低限度，还可以为森林防火的日常管理提供服务。

3.通信组网方案

3.1点到点通信组网方案

对于中小规模用户，所管理的人员车辆及飞机有限，数据量较小，可采用点到点传输结构模式，即监控中心与管理中心采用无线卫星通信方式交换信息，完成对车辆和飞机的调度监控。

管理型用户终端与手持/车载/机载终端构成一点对多点的传输模式，其中：手持/车载/机载终端采用普通型用户终端，由防火队员随身携带或安装在车辆/飞机上;移动目标调度监控中心与指挥型用户终端(即主控站)相连接。所有手持/车载/机载终端车辆状态和数据信息以及通信电文发送到移动目标调度监控中心由管理型用户终端接收所有数据和信息;管理型用户终端所发出的指令或信息以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

3.2专线通信组网方案

对于中大规模用户，其所管辖的人员、车辆和飞机较多，人员、车辆和飞机调度、监控的数据量大，因此用专线如(DDN、帧中继、VPN、PSTN等)连接传输模式，即设立森林防火指挥部的移动目标调度监控中心与管理中心通过专线连接完成与车载/机载终端的数据信息传输，完成对人员、车辆和飞机的调度监控。

移动目标调度监控中心与网络管理中心通过专线连接完成与手持/车载/机载终端的数据信息传输，其中：手持/车载/机载终端采用普通型用户终端，与车辆/飞机的传感器相连接，由防火队员随身携带或分别安装于车辆/飞机上;移动目标调度监控中心与网络管理中心通过专线直接连接。所有手持/车载/机载终端将车辆/飞机状态和数据信息以及通信电文发送到网络管理中心，再由网管中心将所有数据信息通过专线发送到移动目标调度监控中心;移动目标调度监控中心所发出的指令或信息将通过专线发送到网络管理中心，然后再以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

4.系统功能

4.1移动目标的定位、地图轨迹显示

实现人员、车辆和飞机的实时定位功能，可设定为自动间隔定位、被动定位等;通过与地理信息系统功能相结合，可以将人员、车辆和飞机的位置信息直观反映在电子地图上。同时，可以根据用户的需求，将人员、车辆和飞机的动态轨迹展现在电子地图上。 4.2火源、火场快速定位

通过使用终端的定位功能，可以对火源、火场进行快速定位。在林火扑救指挥中通过使用终端设备，可以实现火源、火场的快速定位，进而将火源、火场的定位信息与专用GIS系统相结合，可以为指挥部门提供直观的电子地图显示，同时通过辅助决策及专家系统，及时准确模拟火灾行为，预测火势发展，从而形成科学合理的扑火兵力部署及扑火调度决策。 4.3移动目标行进方向、速度

使用系统终端，与专用GIS系统相结合，方便指挥部实时动态了解扑火力量的兵力部署和行进方向、速度。 4.4移动目标的智能监控

通过短信息功能，移动目标调度监控中心发出控制指令，通播所有车载/机载/手持终端或指定某一手持/车载/机载终端车辆位置、车辆状态等信息传送到监控中心;通过系统的通信功能，可以实现某些自动监测设备工作状态数据的自动回传。

4.5移动目标调度控制

移动目标调度监控中心可以根据人员、车辆和飞机当前所处的位置，根据需要发出相关调度控制指令给所辖手持/车载/机载终端，实现人员、车辆和飞机的调度指挥。指挥部可以通过终端双向数据通信功能，完成指挥调度任务的下达，同时，前线队伍也可将指令执行情况通过终端返回。在扑救任务完成时，顺利指引扑火队员的返回，以避免出现不必要的损失。

4.6移动目标信息通信

移动目标调度监控中心与人员/车辆/飞机之间可以进行双向信息通信，相互传递有价值的信息报文，以满足森林防火的要求。通过系统终端，可以借助其双向通信功能实现指挥部与前线队伍的双向数据通信。

4.7导航、选择最佳路径

通过电子地图可实现对各扑火力量的动态监控，指挥部还可以实现对扑火队伍的导航和最佳路径选择，指引扑火队伍以最快速度抵达火场周围。同时，根据前期到达火场的扑火队伍的行进轨迹，指挥部可以指引后续队伍沿同一路径抵达火场。移动目标调度监控中心可以预先设置人员、车辆行进路线或飞机的航线，当人员、车辆或飞机偏离预定线路时，控制中心将触发偏航告警，同时将告警信息显示出来。

4.8移动目标紧急告警

手持/车载/机载终端设置紧急告警按钮，当人员、车辆或飞机发生紧急情况，需要救助时，可通过简单按钮操作发送紧急告警信息，及时通知移动目标调度监控中心或安全、救援单位当前人员/车辆/飞机所处位置以及遇险性质，并显示在电子地图(GIS)上，以方便有关部门高效实施救援和抢险工作。 4.9火源地抵达告警

当人员、车辆或飞机即将抵达火源地后，由防火队员、车辆驾驶员或飞行员在本地终端上触发报警按钮，火源地抵达告警信息将自动回传到移动目标调度监控中心，并在电子地图上显示人员、车辆或飞机位置轨迹信息并弹出告警信息。 4.10图片传输

利用系统终端的通信功能，可以将火场实际情况的图片回传到指挥部，供领导决策使用。 4.11强大的数据管理

具有用户历史定位、通信数据库，轨迹文件等，以便存档备查。通过轨迹回放，再现历史情况，为各种分析提供科学依据。 4.12自动漫游

对车辆进行同屏多窗口监控时，每个窗口可对一个运动目标实施动态监控，实现自动漫游功能。

4.13面积测量

在火场周围适当部署北斗系统终端，通过其快速定位可以对火场面积进行及时测算。通过轨迹生成可完成对过火场地的圈定，在火灾过后对过火面积进行精确的测量计算。 4.14防火设施的规划、验收

在林火预防中通过使用北斗系统的快速定位功能，并与森林防火部门专用的地理信息系统相结合，可以促进防火通道的科学规划和建设。在防火通道建设验收过程中，也可以利用系统的精确定位功能，结合其轨迹生成能力，以较高效率和准确度完成防火通道的验收工作，节省大量的人力和物力。

通过对防火设备进行定位并在电子地图上显示，可以准确的对防火设备布局进行分析，为防火设备的规划提供科学依据。为了望塔的建设提供精确的规划图与建设中的精确定位。

4.15日常巡查管理、车辆管理

通过使用终端的定位功能，可以完成对了望哨以及护林巡查人员的流动定位，监督巡查人员是否巡查到位;可以完成对车辆的管理和调度,为日常管理工作中提供方便。

4.16治沙造林、林业勘察

该系统可应用于林业资源管理方面，例如治沙造林规划、验收。林业勘察方面勘察点的快速、精确定位，野外作业的双向通信。

5.系统应用特点

5.1 自主知识产权、国内政策主导

北斗系统是基于我国自主的第一代卫星导航定位系统而建立的，我国拥有该系统的自主知识产权，受我国政策的主导。因此，相比于国外GPS/Inmarsat-C/OmniTracs等系统，北斗森林防火信息管理应用系统将保证国内用户的利益不受国外政策和形势的变化而影响。

5.2 高并发处理能力、覆盖区域范围大

系统具有高并发处理能力;系统覆盖范围为北纬5度至55度、东经70度至145度，覆盖中国大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖。 5.3 终端体积小、功耗低

系统终端设备高度集成化，安全稳定，设备体积小，便于安装和维护;同时终端设备发射功率小，节电理想。

5.4 实时监控

查询移动目标的导航信息(经度、纬度、速度等)并在电子地图上直观地显示出来。

5.5 双向通信

监控中心可与移动目标进行数字报文通信。移动目标通过相应的终端，将报告信息反馈到监控中心，或发送个人信息、E-mail等。 5.6 动态调度功能

调度人员能在任意时刻由监控中心发出文字调度指令，调度所辖防火队员、车辆、飞机作业，并得到确认信息。

5.7 数据存储、分析功能

实现路线规划及优化，预先或实时规划防火队员、车辆/飞机的运行路线、运行区域，估计到达时间(ETA)等。依据储存的轨迹信息，可随时随地调阅各个移动目标的以往运行轨迹，并可根据要求复现或查询途中各项记录信息。

5.8 数据共享

提供灵活、完善地数据库查询接口，实现与其它信息管理系统的无缝连接，组成完整的企业、部门信息管理系统。

5.9 系统兼容

系统采用模块化设计，底层平台与上层应用系统分离，可兼容网络、GSM、集群通讯等多种通讯网络。采用开放接口终端控制模块，兼容各种主流监控终端设备。

第8篇：北斗卫星森林防火系统方案

二〇一二年八月二十八日

一、北斗卫星系统介绍

北斗卫星系统是基于我国自主知识产权的"北斗导航系统"而建立起来的卫星通信导航系统，能够全天候、全天时提供卫星导航和通信服务。系统主要由空间卫星、地面中心站和用户终端等部分组成。

地面中心站：地面中心站连续地产生和发射无线电测距信号，接收并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，通过空间卫星分别送给有关用户。所以，一切计算和处理集中在地面中心站。

北斗卫星系统具有三大功能：快速定位、短报文通信、精密授时。

快速定位：地面中心站发出的测距信号(具体为格式化的帧结构及其伪码)含有时间信息，经过卫星-用户终端站-卫星，再回到中心站，由出入站信号的时间差可计算出距离，可在秒级之内完成。

短报文通信：北斗卫星系统是双向闭合环路系统，每个用户终端都有专用识别码，用户终端通过该专用识别码发送和接收信息。通过网管中心，用户终端与固定用户之间也可以进行信息的发送和接收。

精密授时：精密授时与通信、定位都是在同一信道中完成的。地面中心站产生标准时间和标准频率，通过询问信号将时标的时间码送给终端。

北斗卫星系统可以根据不同行业的不同应用需要，提供包括定位信息、导航服务、信息通信、精密授时和GPS差分信息广播在内的基本服务业务，以及群、组呼、遇险安全告警、同陆地用户双向信息通信、同其他移动终端(CDMA/GSM等终端)的双向信息通信等增强服务业务在内的多种应用服务。例如：针对需要大区域、大量自动数据采集系统的应用要求，基于北斗卫星系统的通信服务功能，

可以建立与水文自动测报系统应用模式相似的自动数据采集系统;根据现代物流应用需求，结合北斗系统所提供的强大的定位导航和通信服务功能，可以实现车辆调度监控指挥系统、集装箱调度监控系统以及船舶调度监控系统等多种应用系统;针对森林防火部门对林火扑救指挥以及日常管理的应用要求，利用北斗系统所提供的定位和通信功能，可以实现基于北斗卫星系统的森林防火调度指挥应用。

二、应用可行性分析

流畅的通信联络以及时传递巡查过程中发现的各种有效信息。

简而言之，无论是林火发生时的扑救指挥还是日常管理中的巡查，都需要有精确的定位工具和有效的通信手段，保证森林防火中心与森林防护人员保持密切的联系，并随时掌握一线人员的动态位置。

北斗运营系统是同时提供定位和通信功能的卫星系统，将其应用于森林防火中，它不仅可以解决甚高频或超短波通信中的通信有效距离受限制的问题，还可以为防火队员提供

高精度的位置信息，实现定位导航;在使用北斗系统卫星终端进行定位的过程中，终端在获得本地位置信息的同时，防火指挥中心通过北斗指挥型终端也可以监收到该终端的位置信息，或者通过登录到网管中心获得该终端同样的位置信息。北斗系统卫星终端的最大特点是其可以同时提供数据通信与定位功能，这不同于以往的任何设备，仅提供定位功能或仅提供通信功能，定位和通信功能被集成在一个设备当中;北斗系统卫星终端设备小型化、集成度高、设备紧凑简单、低功耗和操作简单等特点，并且可采用电池供电，与其他卫星电话设备相比，设备和通信费用相对都比较便宜，因此可以在森林防火部门进行广泛应用;北斗系统卫星终端有车载、机载以及手持等各型终端，可非常简便可靠地安装在扑救车辆、航空护林飞机上，并提供给防火队员个人使用，从而使得森林防火部门能够全面动态的掌握所有相关车辆、飞机以及人员的状态信息，更加及时有效地实现科学合理的调度指挥和控制。由此可见，北培系统可以为森林防火部门提供有效的定位和通信手段，非常适合在森林防火中应用。依托北斗系统，结合森林防火部门用户需求，可以为森林防火指挥部门实现并提供及时、高效、可视化的人员、车辆调度监控系统。此系统不仅可以在森林火灾发生时，能够实现森林火灾的快速定位，及时了解详实的火场及其周围的地理

和资源环境，在辅助决策系统的支持下，制定合理的扑火方案，实现扑火力量的最优配置，缩短扑火出动时间，提高扑火效率，把森林火灾造成的损失尽可能地减少到最低限度，还可以为森林防火的日常管理提供服务。

北斗手持型终端

指挥型终端

三、通信组网方案

3.1 点到点通信组网方案

对于中小规模用户，所管理的人员车辆有限，数据量较小，可采用点到点传输结构模式，即指挥中心通过指挥型终端采用无线卫星通信方式交换信息，完成对车辆的调度监控。

指挥型用户终端与手持/车载终端构成一点对多点的传输模式，其中：手持/车载终端采用普通型用户终端，由防火队员随身携带或安装在车辆上;指挥中心与指挥型用户终端相连接。所有手持/车载终端车辆的状态和数据信息以及通信电文发送到移动目标调度指挥中心由指挥型用户终端接收所有数据和信息;指挥型用户终端所发出的指令或信息以广播方式播发至所有手持/车载终端或单独发送到某一指定手持/车载终端。

3.2 专线通信组网方案

对于中大规模用户，其所管辖的人员、车辆较多，人员、车辆调度、监控的数据量大，因此用专线如(DDN、帧中继、VPN、PSTN等)连接传输模式，即设立森林防火指挥部的指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线连接完成与手持/车载终端的数据信息传输，完成对人员、车辆的调度监控。

指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线连接完成与手持/车载终端的数据信息传输，其中：手持/车载终端采用普通型用户终端，与车辆机的传感器相连接，由防火队员随身携带或分别安装于车辆上;指挥中心与北斗民用运营商的运营平台通过专线直接连接。所有手持/车载终端将车辆机状态和数据信息以及通信电文发送到北斗民用运营商

的运营平台，再由运营平台将所有数据信息通过专线发送到指挥中心;指挥中心所发出的指令或信息将通过专线发送到北斗民用运营商的运营平台，然后再以广播方式播发至所有手持/车载/机载终端或单独发送到某一指定手持/车载/机载终端。

四、系统功能

4.1 移动目标的定位、地图轨迹显示

实现人员、车辆的实时定位功能，可设定为自动间隔定位、被动定位等;通过与地理信息系统功能相结合，可以将人员、车辆的位置信息直观反映在电子地图上。同时，可以

根据用户的需求，将人员、车辆的动态轨迹展现在电子地图上。

4.2 火源、火场快速定位

4.3 移动目标行进方向、速度

使用系统终端，与专用GIS系统相结合，方便指挥部实时动态了解扑火力量的兵力部署和行进方向、速度。 4.4 移动目标的智能监控

通过短信息功能，指挥监控中心发出控制指令，通播所有车载/手持终端或指定某一手持/车载终端的位置、状态等信息传送到指挥中心;通过系统的通信功能，可以实现某些自动监测设备工作状态数据的自动回传。

4.5 移动目标调度控制

指挥中心可以根据人员、车辆当前所处的位置，根据需要发出相关调度控制指令给所辖手持/车载终端，实现人员、车辆的调度指挥。指挥中心可以通过终端双向数据通信功能，完成指挥调度任务的下达，同时，前线队伍也可将指令执行情况通过终端返回。在扑救任务完成时，顺利指引扑火队员的返回，以避免出现不必要的损失。 4.6 移动目标信息通信

指挥中心与人员/车辆之间可以进行双向信息通信，相互传递有价值的信息报文，以满足森林防火的要求。通过系统终端，可以借助其双向通信功能实现指挥部与前线队伍的双向数据通信。

4.7 导航、选择最佳路径

通过电子地图可实现对各扑火力量的动态监控，指挥中心还可以实现对扑火队伍的导航和最佳路径选择，指引扑火队伍以最快速度抵达火场周围。同时，根据前期到达火场的扑火队伍的行进轨迹，指挥中心可以指引后续队伍沿同一路径抵达火场。指挥中心可以预先设置人员、车辆行进路线，当人员、车辆偏离预定线路时，控制中心将触发偏航告警，同时将告警信息显示出来。

4.8 移动目标紧急告警

手持/车载终端设置紧急告警按钮，当人员、车辆发生紧急情况，需要救助时，可通过简单按钮操作发送紧急告警信息，及时通知指挥中心或安全、救援单位当前人员/车辆所处位置以及遇险性质，并显示在电子地图(GIS)上，以方便有关部门高效实施救援和抢险工作。 4.9 火源地抵达告警

当人员、车辆即将抵达火源地后，由防火队员、车辆驾驶员在本地终端上触发报警按钮，火源地抵达告警信息将自动回传到指挥中心，并在电子地图上显示人员、车辆位置轨迹信息并弹出告警信息。 4.10 强大的数据管理

具有用户历史定位、通信数据库，轨迹文件等，以便存档备查。通过轨迹回放，再现历史情况，为各种分析提供科学依据。

4.11 自动漫游

对车辆进行同屏多窗口监控时，每个窗口可对一个运动目标实施动态监控，实现自动漫游功能。

4.12 面积测量

在火场周围适当部署北斗系统终端，通过其快速定位可以对火场面积进行及时测算。通过轨迹生成可完成对过火场地的圈定，在火灾过后对过火面积进行精确的测量计算。 4.13 防火设施的规划、验收

4.14 日常巡查管理、车辆管理

五、系统应用特点

5.1 自主知识产权、国内政策主导

北斗系统是基于我国自主的第一代卫星导航定位系统而建立的，我国拥有该系统的自主知识产权。因此，相比于国外GPS/Inmarsat-C/OmniTracs等系统，北斗森林防火信息管理应用系统将保证国内用户的利益不受国外政策和形势的变化而影响。

北斗系统是受我国政策的主导。国家发展改革委与国防科工委2007年11月16日颁布《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》，要求：加快形成建立以北斗卫星导航系统为核心的民用导航产业体制;建立统筹协调机制，研究制定北斗卫星导航系统民用应用政策，促进北斗卫星导航系统的产业化应用;对于涉及国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制，鼓励其他行业和领域采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制。2009年11月，国家有关部门对“第二代卫星导航专项应用与产业化推广计划”进行了正式的批复，这标志着北斗大规模民用产业化推进工作，已经拉开了序幕。

5.2 高并发处理能力、覆盖区域范围大

系统具有高并发处理能力;系统覆盖范围为北纬5度至55度、东经70度至145度，覆盖中国大陆所有地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖。

5.3 系统稳定、可靠性高

“512”汶川地震中来自汶川县城的第一条灾区信息就是通过北斗卫星传输出来的。地震后，汶川县城内所有的手机、网络通信瘫痪，灾情无法掌握。中国卫星导航应用管理中心为救援部队紧急配备了一千多台终端机，这种终端机不但能接收北斗卫星的导航信号，还可以用短报文的形式与指挥中心取得联系。指挥人员在监控中心随时通过监控屏幕关注每个救援小组的位置信息，必要时以短报文形式发出指令。救援队伍在赶往灾区的过程中，通过卫星定位可得知自己所处的位置，并判断离救援目的地的距离，从而选择最佳路线，保证以最快的速度到达灾区开展救援工作。在玉树地震救援中，北斗卫星系统同样发挥了非常大的作用。

从2003年12月15日、北斗卫星导航试验系统建成并正式开通运行以来，已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产

生显著的经济效益和社会效益。系统现有用户数量约十万，累计提供定位服务2.5亿次，通信服务1.2亿次，授时服务2500万次，系统运行可靠性达到99.98%。

5.4 实时监控

查询移动目标的导航信息(经度、纬度、速度等)并在电子地图上直观地显示出来。 5.5 双向通信

监控中心可与移动目标进行数字报文通信。移动目标通过相应的终端，将报告信息反馈到指挥中心，或发送个人信息、E-mail等。 5.6 动态调度功能

调度人员能在任意时刻由指挥中心发出文字调度指令，调度所辖防火队员、车辆作业，并得到确认信息。 5.7 数据存储、分析功能

实现路线规划及优化，预先或实时规划防火队员、车辆的运行路线、运行区域，估计到达时间(ETA)等。依据储存的轨迹信息，可随时随地调阅各个移动目标的以往运行轨迹，并可根据要求复现或查询途中各项记录信息。

5.8 数据共享

提供灵活、完善地数据库查询接口，实现与其它信息管理系统的无缝连接，组成完整的企业、部门信息管理系统。 5.9 系统兼容

六、结语

该系统的设计应当采用当前先进、成熟的技术，充分参考我国各地森林火灾监控监测预警以及应急指挥的各种手段，结合各地的自然情况和森林防火工作实际情况，能实现对森林火灾的自动监控、火险预警、信息通信和应急指挥等。系统搭建后应当能够极大地消除森林火灾的监控盲区，大大缩短发现火灾的时间，并能在必要时为森林火灾的扑救指挥提供强大的通信支持和辅助决策服务，从而为有效遏制森林火灾的发生、提高综合防控能力、改善防火基础设施、完善防火信息标准化体系、加大森林防火工作的科技含量打下良好的基础。

第9篇：中国北斗卫星工作原理

中国北斗卫星工作原理，他的未来发展前景?

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航

系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务。

工作原理：

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯 “格洛纳斯”、欧盟伽利略等其他卫星导航器兼容的终端组成。首先由中心控制系统向卫星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，然后根据用户的申请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，因此由上面两个延迟量可以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，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

发展前景：

中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射十六颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。