北斗卫星导航系统现状及通信中的应用

李静 1 蒋炜 2 蓝天 1 赵光俊 1 董杰 1

1国网思极神往位置服务（北京）有限公司 北京市 102211

2国家电网有限公司 北京市 100031

摘要：现阶段，在北斗卫星导航系统发展的历程中，已经不仅仅局限于定位功能，开始在不同领域应用，在海上救援、电力防护等领域逐渐崭露头角。短报文通信功能使北斗成为全球首个通信一体化的全球导航定位系统，相关技术也不断发展，有望在未来进一步推广。

关键词：北斗卫星导航系统现状；通信；应用

引言

从整体上来看，北斗卫星导航系统由空间、地面、用户三部分构成，空间段即卫星，截至2019年11月底，空间段：6颗地球静止轨道卫星，23颗中圆地球轨道卫星，10颗倾斜地球同步轨道卫星；地面段包括地面监测，地面控制，注入站，地面监测进行数据的收集和整理，地面控制处理地面监测到的数据，来协调地面控制工作，注入站负责卫星间的数据传送，用户即北斗的接收终端。

1卫星导航数据的基本类型及应用

导航数据根据使用主体不同分为军用数据和民用数据，以是否可免费获取为标准分为开放数据和授权数据。以数据的来源为分类标准。卫星导航数据以数据的来源为标准可分为卫星原始数据、加工处理数据、应用数据三类。卫星原始数据是指卫星系统自动收集的最原始数据，这些数据由数字集合或者数字矩阵组成，并通过电磁信号发送到地球。加工处理数据，是指为了利用原始数据而对其加工处理所得到的产物。在这个阶段，原始数据会被分析和翻译，如地理参数的解释、修正、标准化处理等，原始数据转化为新的可用性更强的复杂数据。应用数据是指导航系统数据在具体应用过程中产生的数据，如导航系统应用终端、导航系统地面基准站、地基增强系统中产生的数据。以数据的使用为分类标准。可分为科研数据、授时数据、导航数据、其他应用数据等。科研数据是指用于科研的卫星导航数据，卫星导航数据可用于数据精度分析、数据质量分析，卫星定轨评估等。授时数据是用于高精度时钟同步的领域的数据。授时就是获取当前的时刻，而卫星授时就是获得接收机本地钟与卫星系统时间的偏差，进而依据偏差完成本地时间、频率的调整。北斗时钟授时一般经过北斗信号处理，本地时钟偏差解算，北斗时与UTC时转换后，将授时信息输出显示。目前我国的北斗授时数据主要应用于实现金融行业计算机网络时间同步和电力全网时间基准统一。导航数据是卫星导航系统用于提供定位、导航服务的数据。北斗导航数据应用于民航、地面交通、海上航行、农业作业等领域可以极大地提高效率和安全性，主要原因在于数据精确度高，不受地形和环境影响，且可全天候不间断地提供数据。其他数据是指卫星导航系统在其他领域应用的数据，如防震减灾，气象预警等方面的数据。北斗导航数据分为开放数据和授权数据两类，开放数据是向全球免费提供定位、测速、授时的数据；授权数据是为有高精度、高可靠性卫星导航需求的用户提供的数据。所有用户都可以免费获得开放数据，而授权数据精确度和可靠性更高，需授权才能获得。一方面，由于卫星导航数据的收集和处理需要大量金钱、人力、物力的投入，因此防止未经授权提取或者利用卫星导航数据是数据保护的主要方面。另一方面，无论是开放数据还是授权数据都或多或少涉及到国家安全、社会秩序、个人隐私等重大利益，应施以严密保护。

2北斗卫星导航系统应用现状简述

北斗的应用规模和范围随着北斗卫星导航系统功能和性能的不断提高与完善，将逐渐扩大，前景可观。在海上作业方面，中国船舶工业系统工程研究院的北斗渔船终端和运营平台、北斗疏浚船舶监控终端和运营平台等已经研制完成。2016年，该研究院根据市场需求开展多项北斗系列系统研制，例如北斗遇险救生终端以及基于北斗的“智能船”通导系统和电子通关系统等等。“十三五”初期，基于北斗的内河船舶监管示范工程，由交通运输部和中央军委装备发展部联合启动，取得良好成效，已经成功搭建完成北斗应急无线电示位标法定检验检测的环境。公路交通，铁路运输方面，北斗卫星导航系统可用于监控设施安全和车辆的运输过程，据统计，目前在全国约有480万辆危险品车、大客车、班线客车安装了北斗终端，监控管理各个车辆的效率和维护道路运输过程中的安全水平，均得到了有效提升。

3北斗卫星导航系通信中的应用

首先，北斗系统的定位盲区问题和高精度定位的实现问题完全可以通过与5G网络的“高速度、低延时”优势以及NB－IoT众多的应用终端“广覆盖、大连接”的位置信息进行定位位置标定、校准，提高定位准确性和时效性，同时也可以增强定位精度、定位稳定性。因此，使用结合北斗系统+NB－IoT技术的应用终端可以在5G网络支持下实现全天候高精度定位，不论是在城市市区，还是在城镇、较偏僻的地区，这种组合定位方式将十分有效，特别是智能交通运输、无人驾驶行业、智慧农业等对定位精度和时效性要求高的应用场合。其次，在5G的“泛在网、万物互联”的支持下，可以将NB－IoT应用终端的数据信息纳入5G+云平台的应用中，同时再结合北斗系统定位和北斗短报文功能，可以实现物联网应用终端的实时位置、实时状态等信息的可控化、可视化，又可以将相关采集数据传送到5G云平台，进行地图可视化监管，从而提高应用效率和突发情况排查故障的效率，降低运营、人工等应用成本，确保整个物联网应用终端系统的可靠性、稳定性和运行效率。尤其是对大规模分布式管理的应用场合，比如智能井盖、智能电表箱等场合，可以更高效的跟踪定位、控制监管，也能够改善用户体验。当然随着5G应用的数量级的提升，这对提高5G网络的利用效率和降低开发运营及应用成本也能够起到积极作用。另外，北斗系统的北斗短消息功能与移动物联网行业组合使用，能够通过北斗短消息功能双向通信的方式对应用平台进行监管、控制，对NB－IoT应用终端的正常运行提供另外一条完整的监管通道，实现独立的多通道、多模式系统监管，这对提高整个物联网应用终端系统安全性、可靠性起到至关重要的作用。假如在小区、厂区、园区或林区等物联网应用终端设备配备上至少一套“北斗系统+NB－IoT技术相结合的应用终端”，在遇到自然灾害、突发事件等紧急情况需要抢险救灾时，特别是在5G基站、NB－IoT基站等蜂窝移动通信无线业务无法使用的情况下，可以通过北斗系统的北斗短消息功能将故障区域和故障设备信息进行及时上报，供指挥控制中心远程应急处置，这将大大提高了整个系统的安全性、可靠性。

结语

总而言之，北斗系统复杂庞大，将全部相关系统和设施完全列入关键信息基础设施的范围进行重点保护，不利于工作的开展以及工作重点的明确。北斗领域何种重要程度的系统可以作为关键信息基础设施进行重点保护和监察？根据重要程度对紧急程度进行划分，以便提高问题处理效率，合理分配有限的资源。现已有《关键信息基础设施识别认定流程》《关键信息基础设施识别认定方法》《关键信息基础设施基线》等配套文件用于关键信息基础设施的界定，但是由于信息产业差异较大，目前的认定方法还需要进行改善和细化。需要根据北斗自身行业特点适当的使用相关政策及指导文件，明确北斗系统作为关键信息基础设施的边界问题，进行分级管理分级保护，更有利于抓住重点。

参考文献

[1]毕婷,陈雪鸿,杨帅锋.关键信息基础设施保护工作思考[J].中国信息安全,2019(06):92-94.

[2]冯燕春.关键信息基础设施边界识别刻不容缓[J].网信军民融合,2019(09):18-19.