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    北斗卫星导航系统在地质领域的应用|免费北斗导航系统下载

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      0 引言  随着现代社会的发展,全球卫星导航系统(GNSS)在我国的国民经济建设和社会服务中的应用越来越广阔,已经发展成为一个巨大的产业,拥有自己的卫星导航系统,已成为一个国家综合实力的重要标志。在现有的四大GNSS系统中,美国的GPS系统应用技术发展最快、用户数最多、军事和民用成效最大,俄罗斯的GLONASS系统逐渐恢复元气,欧洲的Galileo系统也在曲折中前进。其中,GPS系统占据我国90%的导航市场,然而其军用系统本质使得我国将其作为主用导航系统存在巨大风险【1】。因此我国急需研制建设自主的卫星导航系统,北斗卫星导航系统(Bei Dou/COMPASS Navigation Satellite System)
      在此背景下应运而生。
      北斗卫星导航系统由我国自主发展、独立运行,将于2012年形成覆盖亚太地区的区域系统,预计2022年形成由30多颗卫星组成覆盖全球的全球系统,除了具备其他GNSS系统所具备的定位、导航和授时功能外,还独创性地具备短报文通信功能。新兴北斗卫星导航系统的出现,为全球GNSS系统注入了新鲜的血液,其特有的短报文通信功能更是拓宽了卫星导航的应用领域。
      发展至今,北斗卫星导航系统已在多个领域得到成功应用,如通信、测绘、水利、减灾、海事、海洋渔业、交通、勘探、森林防火、减灾救灾和公共安全等等,并产生显著的经济效益和社会效益,尤其在地质领域的应用潜力巨大。许多研究学者对北斗卫星导航系统在地质领域方面的应用已有颇多研究。朱永辉等提出基于北斗卫星系统的地质灾害监测系统,是首次采用北斗卫星通信技术在全国范围内实现地质灾害实时监测网络【2】;王兴玲等探讨了北斗卫星在灾情信息采集与灾害应急指挥系统的应用需求以及系统的功能和结构组成【3】。由地调局组织实施的“基于我国卫星的野外地质调查应用高技术产业化示范工程”项目,建立了基于北斗卫星的野外地质调查业务运行和综合管理的服务体系,标志着北斗卫星技术在地质调查领域中的应用已经进入推广应用阶段。综上所述,北斗卫星导航系统在我国地质领域的应用主要集中在地质灾害监测、灾情信息采集及灾害应急指挥方面,并开始在常规的地质调查中推广应用。北斗卫星导航系统集定位、授时和报文通信为一体,具有覆盖面广,使用方便等优点。特有的短文播报功能无需再建通信链路,因此应用前景广泛,尤其在我国偏远贫困、通信不畅的地区具有绝对明显的应用优势【2-9】。随着北斗卫星导航系统技术的完善,兼容其他导航系统,与3S、通信技术相结合是北斗卫星导航系统未来的发展方向。其在地质灾害监测、灾害应急指挥和地质调查等领域的应用,将为我国地质事业的发展做出巨大贡献。
      1 北斗卫星导航系统概述
      北斗卫星导航系统由我国自主研发,具有独立的知识产权,遵循开放性、自主性、兼容性和渐进性的建设原则,旨在建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星导航系统,以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。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成,共有基本型、通信性、授时性、指挥型和多模式几种用户机类型,以适应不同的应用环境和功能【10】。
      1.1 北斗卫星导航系统的原理
      北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。不同于GPS的被动式伪码单向测距三维导航,北斗卫星导航系统定位由用户设备独立解算自己三维定位数据。地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息,因此可以负责整个系统的监控管理。即北斗卫星导航系统采用的是有源定位,这是与GPS和GLONASS等无源定位有本质上的不同【11】。
      1.2 北斗卫星导航系统的发展历程
      按照“质量、安全、应用、效益”的总要求,坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则,北斗卫星导航系统的建设遵照“三步走”的发展战略。第一步,2000年建成了北斗卫星定位试验系统,使中国成为世界上继美、俄之后第三个拥有自主卫星定位系统的国家。第二步,建设北斗卫星导航系统,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形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步,2022年左右,北斗卫星GPS定位系统形成全球覆盖能力。
      从2000年开始,我国已发射十五颗北斗导航定位卫星,包括北斗一号卫星四颗,北斗二号卫星十一颗。其中,北斗-1A、北斗-1B已停止工作,北斗-1D和北斗-G2失效,其他十一颗卫星运行正常。
      1.3 北斗卫星导航系统的特点
      发展至今,北斗卫星导航系统主要具有短报文通信、精密授时、高定位精度和同时容纳大量用户四大功能。相比于其他卫星导航定位系统,北斗卫星导航系统拥有以下优势:定位精度和授时精度高;特有报文通信功能,一次可传送多达120个汉字的信息;系统的导航定位用户容量不再受到限制;覆盖中国及中边国家和地区;具备独立的组网能力,不需要任何其他系统支持;具备与GPS、GALILEO广泛的互操作性,实现多种原理的综合定位,稳定性较高;可实现分类保障【12】,即可划分使用等级范围,授权用户与公开用户分开,公开用户也可随时进行定位保障等级的调整、优先权调配和能力集成【13】;国产品牌,安全、可靠、稳定、保密性强,具备一定的抗干扰和抗摧毁能力,适合关键部门应用。
      1.4 北斗卫星导航系统的意义
      北斗卫星导航系统及相应地面跟踪站的建设,对全球用户的贡献是显著的。由于卫星星座的不同,改善了DOP值;信号频谱的不同,削弱了多路径效应的影响,并有利于抵制信号干扰带来的影响;北斗自身的多频体制,削弱了电离层和对流层误差,从而弱化了基准站距离的限制,固定载波相位模糊度,缩短了首次定位时间【14】。此外,北斗卫星导航系统也带来巨大的经济效益和社会效益。北斗卫星导航系统在民用市场的应用不仅增加了国家税收,而且能接纳几千人甚至上万人的就业;北斗卫星导航系统的逐步完善提高了应用部门行业的工作效率,在社会多个领域的广泛应用,提高了人们的生活水平;北斗卫星导航系统是由我国自主研制,减少了对国外导航系统的依赖,提高了我国卫星导航定位的应用水平,推动国民经济信息化的进程,带动相关产业的结构调整、升级有着极为重要的意义【15】。


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