北斗衛星導航系統在漁業船舶上的應用

摘要：隨著中國海洋漁業的不斷發展和從業人員持續增加，漁業安全生產受到社會廣泛關注，近些年北斗衛星定位導航系統在漁業生產領域廣泛應用，漁業主管部門利用北斗系統對漁船實施動態監管，精準實施海上搶險救助。漁民憑借北斗衛星的指引，在茫茫大海上能夠清晰找準回港的路。北斗系統降低了海上漁業生產作業風險，大幅提高了漁業生產效率，保障了漁民的生命財產安全。文章對北斗衛星定位導航系統、遼寧海洋漁業船舶動態管理系統、北斗船載終端設備在漁業船舶導航中的應用進行了闡述。

關鍵詞：北斗衛星;導航;漁業船舶

中圖分類號：S972.9文獻標志碼：C

中國是海洋漁業大國，海岸線3.2萬km，海洋面積300萬km2，漁船56萬艘，傳統漁民550萬人。海洋漁業是高風險行業，漁業船舶安全關系到千家萬戶，船舶導航技術的發展對保障漁船安全生產發揮了至關重要的作用，早期漁船的定位導航主要根據天體的位置進行判定，同時使用羅盤判定航行方向。隨著導航技術的發展，衛星定位導航系統已取代了原始的導航方法。中國自主建設的北斗衛星導航系統是聯合國衛星導航委員會認定的四大核心供應商之一，雖然起步晚卻后來居上，與美國GPS衛星定位系統共同成為世界最先進的衛星導航系統。

1 北斗衛星導航系統簡介

北斗衛星定位導航系統分3代：1994年北斗工程立項，2000年，我國自主完成了北斗一號衛星導航系統的建設，共有4顆北斗一號試驗衛星，服務中國區域[1];2012年完成了北斗二號導航系統建設，共有25顆北斗二號衛星，服務亞太地區;2020年完成了北斗三號導航系統建設，共有30顆北斗三號衛星，服務全球?？梢蕴峁┟赓M定位和授權服務，授權服務包括提供高精度的定位、測速、授時和通信以及系統完整性信息服務。北斗系統具有全天候、精度高、定位快、功能全、運行穩等特點，廣泛應用在交通運輸、漁業生產、氣象預報、通信授時、應急救災、安全保障等諸多行業領域，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

1.1 北斗衛星導航系統的組成

由空間端、地面端、用戶端三部分構成?？臻g端包括地球靜止軌道、同步軌道和中圓軌道三種多個衛星。地面端包括主控站、時間同步/注入站和監測站等多個地面站，以及星間鏈路運行管理設施[2]。用戶端包括衛星導航系統芯片、模塊、天線等基礎構件，以及終端產品、應用系統與運行軟件等。

1.2 北斗衛星導航系統的工作原理

北斗系統最重要功能是定位功能，定位的基本原理是依據 “三球交會”定律完成空間定位目標，也就是以空中三顆已知坐標參數和精確狀態的衛星作為圓心，以衛星分別到用戶終端設備之間的距離參數作為半徑，建立三個球面狀空間結構，這三個球面的交點即為用戶端地理位置，利用衛星通信技術測定衛星和用戶設備的距離通過自動解算實現精準定位。而有地面控制中心參與的定位，依靠兩顆衛星就可以實現定位，以空中兩顆已知坐標參數和精確狀態的衛星作為圓心，以衛星分別到用戶終端設備之間的距離參數作為半徑，建立兩個球面狀空間結構，通過測定衛星和用戶終端設備的距離為半徑的兩個球面，這兩個球面與用戶端所在的地球球面的交點即為用戶端地理位置，這種定位需要地面控制中心根據地球電子高程地圖庫提供地形圖，兩衛星圓弧線與地球表面地形圖的交點，可以得到用戶的二維位置。

1.3 北斗衛星導航系統的功能

1.3.1 定位導航 為全球提供全天候、高精度、連續、實時的定位和導航服務。用戶終端設備可免費獲得定位、授時服務，全球定位精度10m，測速精度0.2m/s，授時精度20ns;亞太地區定位精度5m，測速精度0.1 m/s，授時精度10ns[3]。

1.3.2 短報文通信服務 可提供雙向數字（報文）通信，中國及周邊地區單次通信能力為1000漢字，全球短報文通信服務單次通信能力為40漢字。

1.3.3 國際搜救服務 與全球其他衛星導航系統一起組成全球范圍搜救系統，同時建立用戶終端設備的反向鏈路，大幅度提高了搜救成功率和效率。

2 遼寧海洋漁業船舶動態管理系統簡介

遼寧海洋漁業船舶動態管理系統由北斗衛星、地面站、船載終端、運營服務中心、漁業主管部門監控臺站等組成。該系統以北斗衛星導航系統為基礎，整合移動通信、衛星通信、互聯網+、地理信息等技術，構建海洋漁業綜合信息服務網絡[4]。2012年遼寧省啟動遼寧海洋漁業船舶動態管理系統建設，建立船舶動態管理系統監控平臺，為較大馬力漁船安裝北斗船載終端，截至2019年底共為近1萬艘漁船安裝了北斗終端。漁業管理部門利用該系統實時掌握漁船海上動態，實施監控管理，接收漁船緊急報警，并通過系統的短報文與漁船實現文字通信，船岸之間建立了有效的聯絡機制，有效提高了海上作業漁船的安全保障。2021年，為了進一步提高海上生產漁船的安全保障能力，遼寧省農業農村廳印發了《遼寧省海洋漁業船舶北斗船載終端設備安裝使用管理辦法》，規定所有船籍港在遼寧的海洋漁業船舶必須安裝北斗船載終端設備，否則不得出海生產作業。同步啟動了2021年遼寧省海洋漁業船舶北斗船載終端設備安裝項目，對北斗船載終端的功能進行了優化升級，計劃年內為全省約4萬艘漁業船舶安裝新款北斗船載終端設備[5]。

遼寧海洋漁業船舶動態管理系統主要功能：漁業部門利用該系統對轄區漁業船舶進行監控和應急響應。遇有大風惡劣天氣，漁業部門利用系統發出預警，實時掌握管轄漁業船舶動態，指揮調動漁船避險。向漁業船舶開通定位導航、各種通告、遇險求救等服務。向漁船船載終端提供船、岸間的數字報文通信服務。向用戶提供漁市、物流、天氣、海浪、漁場、魚汛等信息服務。

3 北斗船載終端設備在漁業船舶導航中的應用

北斗導航系統建成以前，衛星定位一直被美國GPS系統壟斷，北斗系統打破了GPS一家獨大的局面，為世界船舶提供了一個更安全和精確的定位導航途徑。在遼寧省，2012年開始在漁業船舶上大規模安裝北斗船載終端，為漁業船舶提供安全精準全面的定位導航服務，下面簡要介紹一下北斗船載終端在船舶導航中的應用。

3.1 北斗船載終端的組成

主要由射頻前端、A/D轉換器、基帶信號處理和導航解算4個模塊構成。射頻前端接收衛星信號，前置放大器將衛星信號放大并變為中頻信號;A/D轉換器將中頻模擬信號經標準量化編碼轉化為數字信號;基帶數字信號處理模塊的功能是二維捕獲衛星信號、跟蹤載波相位和碼相位，偽距測算;導航解算模塊采取一定的算法消除模型誤差，解算偽距方程，解析出衛星接收機天線的地理位置，最終實現定位功能[6]。

3.2 北斗船載終端的主要導航功能

主要導航功能有：顯示船位和導航數據，緯度、經度、海拔高度，航向、航速，到航路點恒向線或大圓航線方案的航向及距離、預測航行時間。如果電羅經和計程儀數據可以接入，可以顯示流向和流速?？梢栽O置參數，定位精度、二維定位、三維定位、坐標系轉換。顯示衛星數據、編號、仰角、方位、工作狀態等?？梢源鎯?、設計海上航線及航路點。定位更新時間在1s以內，導航數據更新時間在3s以內。航行警報，偏離航線、錨位監控、到達航路點區域范圍、設備故障等報警功能。接口功能，配備輸入和輸出接口。

3.3 北斗船載終端的航線導航

使用北斗船載終端設備進行航線導航，航線是終端設備中存儲的一組包含起點、中點（一個或數個）和終點的坐標點，航線由若干個航路點組成。船舶航行時，依照船舶駕駛員預先輸入的航路點順序的航線航行，實時顯示導航參數，按順序駛過各個航路點，最終到達目的地，這即為航線導航。航線導航有編輯功能，可以隨時對航線進行清除、插入、置換等?？梢源鎯蛋贄l航線，設計航線時，可以先在海圖上或者現有航路點中選擇需要航路點，然后（手動或通過計算機）將航路點輸入到北斗終端設備中。航線導航時，顯示當前駛往航路點的名稱或編號、航向、距離等數據。通常有四種方法進行航線設計：一是用航點庫中已存在的航路點設計航線。二是用事先記錄在航線菜單上的航路點設計航線。三是直接用游標在終端設備電子海圖上標注位置設計航線。四是依據船舶實際航跡設計一條基準航線（按一定時間間隔存儲船位設計航線，船舶返航時使用）。

4 結束語

北斗衛星定位導航系統為船舶提供全天候、高精度、高效率的定位和導航服務，使船舶高效安全航行。以北斗衛星定位導航系統為技術支撐建立的遼寧海洋漁業船舶動態管理系統，使漁業部門掌握漁船海上實時動向，及時接收漁船緊急報警，中遠海短報文通信，切實保障了漁船海上生產作業安全。

參考文獻：

[1]戴連君，唐濤，楊娜.利用北斗單星三頻載波數據估算碼偏差的方法[J].北京交通大學學報，2012，36（2）：35-39.

[2]《中國北斗衛星導航系統》白皮書[J].衛星應用，2016（7）：72-77.

[3]劉建，李晶，劉法龍.北斗衛星導航系統在交通運輸行業的應用及展望[J].衛星應用，2019（3）：28-34.

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

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

[6]許江來，景新攀，崔帥.通信衛星車載模擬測試站快速設置跟蹤角度的改進設想[C].第八屆中國衛星導航學術年會論文集.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

作者簡介：真國建（1979.10-），男，大連市金普新區農業綜合行政執法隊工程師。研究方向：漁業水運工程。郵箱：1483698791@qq.com。