北斗定位导航系统的特点及在指挥控制系统中的

摘　要：本文首先介绍了北斗定位导航系统主要功能、原理及其特点，探讨了北斗定位导航系统在军事指挥控制系统中的应用。

关键词：北斗定位导航系统；军事；指挥控制系统
1.引言
　　北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗导航系统的包括北斗一号和北斗二号2代系统。北斗一号已经投入使用，是一个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。目前北斗二号定位导航系统正在建设中。
2.“北斗一号”卫星导航定位系统介绍
2.1“北斗一号”卫星导航定位系统的组成
　　“北斗一号”卫星导航定位系统（以下简称“北斗一号”）是由两颗地球静止卫星和一颗在轨备份卫星，地面中心定位控制站以及几十个分布于全国的参考标校站组成。
2.2“北斗一号”卫星导航定位系统的主要功能
　　“北斗一号”采用双星有源导航定位体制，只能提供低动态和静态导航定位服务，可以全天候、全天时提供区域卫星导航信息。服务范围包括中国大陆、台湾、南沙及其它岛屿、中国海、日本海、太平洋部分海域及我国部分周边地区。
　　“北斗一号”卫星导航定位系统为用户提供快速导航定位、简短数字报文通信和授时服务。系统的主要功能体现在三个方面:
　　(1)定位：快速确定用户所在地的地理位置、向用户及主管部门提供导航信息；
　　(2)通讯：用户间、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信；
　　(3)授时：中心控制系统定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。
2.3“北斗一号”卫星导航系统的定位原理
2.3.1系统组成部分在定位解算中的作用
　　“北斗一号”采用双星定位体制，由2颗地球静止卫星对用户双向测距，由1个配有电子高程图库的地面中心站进行位置解算。定位由用户终端向中心站发出请求，中心站对其进行位置解算后将定位信息发送给该用户。
2.3.2定位原理的几何解释
　　“北斗一号”采用的定位原理是基于三球交会原理，即以2颗卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成2个球面，用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上。中心站电子高程地图库提供的是一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。
2.3.3定位解算的工作过程
　　“北斗一号”具体定位解算工作过程是：
　　(1)首先由中心控制系统向两颗卫星同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。
　　(2)用户响应任一卫星的询问信号，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。
　　(3)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（定位或授时）。
3北斗定位导航系统在指挥控制系统中的应用
3.1技术特点
　　“北斗一号”是我国自行研制的区域性有源卫星定位通信系统，它不受其他国家或组织的控制，可以无使用限制地对我国领土、领海及周边地区的北斗用户进行定位及定时、授时服务。另外“北斗一号”可以实现用户间、用户与中心控制站间的简短报文通信，因此可应用范围广。在安全性方面“北斗一号”可以利用中心站对下级用户进行管理，其定位信息和短报文信息都是经过加密的，特别适合军事使用。
　　总的来说“北斗”卫星导航系统有以下特点：
　　(1)“北斗一号”能对所有授权用户的定位信息真伪进行界定，地面中心站可以有效地对所有用户进行严格区分、管理和调度，对于非法用户不提供定位和简短报文服务；
　　(2)“北斗一号”不但能够向用户提供定位信息，还能实现用户间简短报文通信，甚至可以利用该系统进行数据组网；
　　(3)“北斗一号”具有特有的管理机和用户机模式，管理机不但能够实现用户机包括定位、简短报文的全部功能，还能够对其下辖的用户机进行管理，并且可以通过获取用户的定位、简短报文等信息实时监控用户机的状态；
　　综合“北斗一号”的特点决定了其在军事领域的广泛应用前景。
3.2军事应用
　　在美国近期几场高技术局部战争中，卫星定位导航技术的应用体现于海陆空力量的指挥控制、战场机动、补给支援、火力协同、战场救援和保障精确打击等各个环节。
3.2.1配备于各种作战单元，增强方位识别与战场机动能力
　　配备了卫星定位导航设备的地面部队，能够准确地实施夜间机动作战和确定射击方位。特别是在不利于部队的部署与协同陌生地带，可以利用卫星定位导航设备指示的位置信息标出进攻通道。此外特种部队及特工人员可以携带各种便携式卫星定位导航设备在战场内实施作战、侦察，对目标方位实施精确测定及召唤火力打击等行动。
3.2.2应用于指挥自动化系统，实现对各种作战的指挥与协同
　　在现代战争中，由于武器系统的发展和作战样式的变化，为了迅速捕捉战机，作战指挥自动化系统得到了广泛的应用。装有雷达、红外及光电传感器的各种监视与侦察平台，监视着整个战场的情况。这些传感器产生的目标信息必须借助于导航系统所提供的位置、航向与姿态信息，才能转换到公共坐标系，最后形成实时敌我态势。导航系统的作用就是提供位置信息，然后通过通信系统通知指挥部和己方其他单位。
3.2.3应用于军队的补给支援
　　传统补给的常规空投方式是采用普通降落伞来投放物资，其投放精度取决于飞机高度和空投时风向及风速情况。低空投放落点精度高，但飞机暴露在敌人火力的打击范围内，而高空投放则落点精度低。
　　采用卫星定位导航制导的降落伞空投与常规空投相比，优点包括：第一，增强空投灵活性，飞机飞近空投区投下物品即可离去，其余工作由降落伞自主完成。这样飞机在空投区域停留时间短暂，提高了飞机及飞行员安全性；第二，在相对较高的高空进行投放，却能确保空投精度，使飞机远离敌人地面火力攻击；第三，落点准确，地面部队能够判断物品降落的确定地点，快速找到物资，及时得到补给。
3.3技术实现
　　“北斗一号”应用在指挥控制系统中，主要体现在三个方面：
　　(1)部队定位和导航；
　　(2)物资搜寻和搜救；
　　(3)远程或应急通信。
3.3.1功能
　　指挥控制系统在接入北斗定位导航系统后，系统能够：
　　(1)在战时可以不受GPS导航系统关闭的限制，采集部队位置，估算部队开进速度，并 且通过电子地图在计算机屏幕上直观地显示部队位置信息、行进方向等信息，并实现定位点显示、行进轨迹显示和历史回放等功能。
　　通过该系统，指挥控制人员不但可以获得自己当前位置，还可以获得所辖部队的位置信息，方便部队部署，提高了部队的协同能力。
　　(2)当部队由于地形或距离的影响处于短波、超短波等常规通信手段无法沟通的情况下，通过简短报文为部队提供应急远程通信手段，指挥系统中心通过简短报文对下属部队发出命令，并接收下属部队上报的战场情况。
　　没有配备指挥系统的部队通过手持式北斗用户机向指挥控制系统发送简短报文，配备指挥系统的部队可以通过该系统向友邻部队发送简短报文。
　　(3) 物资搜寻部队通过接收附着在空投物资上的无人职守北斗单元向指挥控制系统发出的位置信息，及时搜寻到补给。
　　另外通过在飞机、车辆上安装北斗无人职守单元，在发生飞机或车辆损失的情况下，极大提高对人员搜救的成功率，提高部队生存能力。
3.3.2实现方法
3.3.2.1系统构成
　　(1)指挥控制中心由指挥型北斗用户机、北斗卫星终端、指挥信息系统构成。北斗卫星终端通过指挥型北斗用户机获得指挥控制中心自身定位信息，以及其下辖用户机位置信息，并提供定位信息接口、简短报文发送接口等功能。
　　(2)单兵手持终端，在通常情况下作战小分队或侦察单兵可以使用手持式北斗用户机直接定位获得当前位置或通过简短报文的形式向指挥控制中心上报情况。
　　(3)由北斗用户终端、控制模块和电源模块组成无人职守单元附着于空投物资。
　　系统的基本连接图如下所示：












3.3.2.2软件设计
　　系统软件采用C/S结构，包含北斗接口软件、用户管理软件、命令发送软件和图形显示软件。所有软件均采用VC++6.0开发，数据库使用Oracle 9i，操作系统Windows XP。
　　(1)北斗接口软件：负责对指挥型北斗用户机进行控制，并向业务软件提供定位、信息查询、信息收发等接口。该软件还可以对北斗机的波束、天线高度、当地海拔高度等参数进行设置。
　　北斗接口软件通过网络连接指挥控制系统服务器，将所连接的指挥型北斗用户机的下属用户信息保存在数据库中。
　　(2)用户管理软件。根据数据库中所辖用户机的信息，对特定用户机和部队或物资进行关联管理。
　　(3)定位管理软件。指挥人员通过定位管理软件由北斗接口软件向北斗用户机发出申请后，直接将定位信息以军标或部队番号形式在电子地图上显示。
　　(4)命令发送软件。指挥人员通过命令发送软件由北斗接口软件向指定用户（机）发送指挥命令，也可以通过图上作业在电子地图上选取用户向其发送指挥命令。另外命令发送软件也可以接收来自所辖用户的上报信息。
　　(5)图形显示软件。图形显示软件将收到的定位信息或指挥命令在计算机屏幕上通过电子地图直观的显示出来，方便指挥人员查看。
3.3.2.2实现流程
　　各软件之间的数据流程如下图所示：
　　
　　
　　
　　北斗用户机接收到卫星发送的定位信息或短语发送后，通过北斗软件接口交给服务器后发送给用户软件，具体流程图如下图显示。
　　
　　
　　

4.结束语
　　北斗卫星导航定位系统具有适合我国国情的特点，与全球性的系统相比，它能够在较短的时间内、用较少的经费建成并集中服务核心区域，“北斗一号”仅是满足我国近期现代化建设需要的自主简易导航系统。目前的“北斗一号”存在用户数量受限制、系统延时长、主动式工作、隐蔽性差等缺点。正在建设的“北斗二号”卫星导航系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供类似GPS开放服务和针对特定用户的授权服务。通过北斗系统我们就可以摆脱劣势，掌握主动权，避免受制于人。将“北斗”导航系统与指挥控制系统紧密结合，将提高指挥信息系统的作战能力和我军卫星导航技术的应用水平。
参考文献：
[1]康向阳，中国的GPS-北斗导航系统[J].天津航海,2007年 01期:23-25
[2]高巍,曹步增.卫星导航系统及其在军事上应用[J],江苏航空,2001，(1):18-22