民航卫星导航

民航卫星导航（精选九篇）

民航卫星导航 篇1

随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)的不断发展,卫星导航已完全迈入全球性、大众化民用阶段。GNSS已在各大领域得到广泛应用,而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。目前对于GNSS领域,最吸引人眼球的主要有4套GNSS系统:美国的GPS卫星导航系统(Global Positioning System)、俄罗斯的GLONASS卫星系统、中国正大力建设的北斗导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)、欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo Satellite Navigation System)。

美国的GPS系统是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统[1]。美国研制GPS的主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。到目前为止GPS系统的在轨卫星数为32颗。目前GPS系统在军用和民用中都比较广泛。

俄罗斯的GLONASS导航卫星系统[2]最早开发于苏联时期,后由俄罗斯继续该计划。该系统于2007年开始运营,当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年,其服务范围已拓展到全球。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及速度信息等。GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成,目前GLONASS在民用领域几乎很少。

中国北斗卫星导航系统[3]是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。BDS和GPS、GLONASS、GALILEO,是联合国卫星导航委员会认定的供应商。

北斗卫星导航系统计划2020年完成设计的35颗卫星的发射和使用,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。截止2016年2月,北斗卫星导航系统的在轨卫星数为22颗。目前北斗系统正在全力发展,相信将来该系统在军用和民用方面将和GPS系统媲美。

伽利略系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统,按照规划伽利略计划将耗资约27亿美元,系统由30颗卫星组成,其中27颗卫星为工作卫星,3颗为候补卫星。目前该系统在欧盟内部使用,在其他区域使用较少。

2 GNSS系统组成

虽然目前全球主要有4套GNSS系统,各套系统各有其特点和侧重点,但从GNSS系统的组成来说,这些系统的组成元素都类似,主要有全球设施、区域设施、用户部分及外部设备等部分构成[4]。

2.1 全球设施

全球设施是GNSS的核心基础组件,它是全球卫星导航定位系统提供自主导航定位服务所必须的组成部分,由空间段、空间信号和相关地面控制部分构成。

空间段是由一系列在轨道运行的卫星(来自一个或多个卫星导航定位系统)构成,提供系统自主导航定位服务所必须的无限电导航定位信号。

空间信号段,是指在轨GNSS导航定位卫星发射的无线电信号。

地面部分,有一系列全球分布的地面站组成,这些地面站可分为卫星监测站、主控站和信息注入站。地面部分的主要功能是卫星控制和任务控制。

2.2 区域设施

区域设施是面向对系统功能或性能有特殊要求的服务,并且可以组合当地地面定位和通信系统,以满足广泛用户群体的要求。

2.3 用户部分

用户部分主要由一系列的用户接收机终端构成,接收机是任何用户终端的基础部件,用于接收GNSS卫星发射的无线电信号,获取必要的导航定位信息和观测信息,并经数据处理以完成各种导航、定位以及授时任务。一般情况下用户可以根据不同的需求,对接收机进行定制。

2.4 外部设施

外部设施是指GNSS所采用的一系列区域性或地方性基础设施。目前,外部设施主要指协助GNSS完成各种公益或增值服务的外部设施。

3 GNSS工作原理

每颗GPS卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间,而全球监测站网保存连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。GPS系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般精确到世界协调时(UTC)的几纳秒以内,UTC是由海军观象台的“主钟”保持的,每台主钟的稳定性为若干个10～13s。

卫星导航定位原理为[5]:卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差,称为伪距。为计算用户的三维位置和接收机时钟偏差,伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号,图1是GPS定位原理图,其他GNSS定位原理大体一致。

GPS接收机根据计算的距离来计算位置,利用4颗卫星的信号计算用户的三维坐标和精确时间→GPS用户设备接收发自每一颗卫星的信号,同时记录其位置和信号到达时间→每一颗卫星发送其传输的位置和精确时间→GPS利用无线电信号传输时间测量距离→GPS运行以卫星信号的几何结构为基础。

4 GNSS在民航系统中的应用

GNSS作为一项全新的卫星导航技术,运用于民航系统将给全世界的民用航空开创一个更安全、更有效和更经济的导航和定位手段。不仅是在机场建设领域,在精密进近和着陆,空中交通管理、民用机场场面运行以及通用航空飞行等领域都具有广阔的发展前景。

4.1 机场建设中的应用

在重庆江北国际机场东航站区及第三跑道扩建项目中,GPS起到了极其重要的作用,项目指挥部利用10台GPS双频接收机进行现场施测,建立起精度高、完整性好的基础控制测量网。在控制测量的过程中,利用GPS采用静态观测和软件后处理的方法,解算出为项目施工埋设的6个C级和100余个D级GPS点位的坐标,具体观测技术要求见表1[6]。

据统计,在后期利用商业软件进行数据处理后,C级GPS点的精度不大于±0.020m;D级GPS点的精度不大于±0.030m,满足相关规范的技术要求。

通过GPS为东航站区及第三跑道的建设提供了基础的控制测量成果,统一和规范了本项目的空间定位基准,为项目的规划、基础设施建设和1:500地形测量等工作提供了可靠而精确的测绘基准,满足了项目建设和机场远期发展的需要。

4.2 机场停机位定位的应用

在重庆江北国际机场T3A航站楼建设项目中,为测定设计的100余个停机位的精确位置,为后期机场的运营做好基础测量工作,项目指挥部采用“重庆市GPS综合服务系统”提供的CORS网络,利用网络RTK测量方法对各停机位按一级RTK控制点的技术要求测定坐标,具体技术要求见表2。

数据解算利用中海达Hi-RTK软件,采用2015年施测的四等GPS点D16,D64,D67作为数据解算的起算点,D15作为检核点,分别采用机场独立坐标系和机场AB坐标系的成果进行解算,机场独立坐标系的平面解算残差为±0.002m,机场AB坐标系的平面解算残差为±0.002m,满足规范要求。本项目为T3A航站楼设计的停机位测定了精确的WGS84坐标,为T3A航站楼的后期运营生产提供了准确的坐标,为航班的停靠提供了技术支撑。

4.3 民航飞机导航的应用

GNSS除了在以上的民航工程建设中的应用外,在航空导航(包括精密进近和着陆、航空飞行等)中也得到相当广泛的应用。不过与一般的卫星导航应用不同,它要求卫星导航系统必须提供连续的高性能服务,以保障航行安全。对于卫星导航系统而言,航空应用对卫星导航系统的要求主要集中在精度、完好性、连续性和可用性等四个方面。卫星导航系统必须对其精度、完好性等性能进行增强,才能满足航空应用对系统的严格要求。未来多卫星导航系统的出现,以及卫星导航系统新技术、新体制的出现为提高系统性能提供了新的解决方法。随着这些技术的实现,卫星导航系统将成为航空应用的重要手段。

我国民用航空对卫星导航系统的应用有着巨大需求。航空应用是卫星导航应用的制高点,航空应用实现的完好性等技术不仅可以用于民用航空,其在铁路导航、港口及内河航运导航、陆地导航等具有精度和完好性要求的应用领域都具有重要的意义。我国正在建设的北斗系统,高精度的导航功能和严格的完好性功能作为系统的重要组成部分,对北斗系统在世界范围的应用发展也具有重要意义。

5 结束语

GNSS各系统的逐步更新和完善,使得GNSS技术在我国民用航空事业中的发展得到了前所未有的应用。尤其我国快速发展的北斗导航系统的建设完成,使得其在我国的民用航空事业的发展中将会发挥其重要的安全保障作用。

摘要：介绍GNSS主流的四大系统,综合性地阐述了GNSS系统组成的主要基础设施和定位原理。结合重庆江北国际机场东航站区及第三跑道扩建项目分析了GNSS系统在机场建设中的应用,结合民航的导航需求阐述了GNSS系统在航空安全保障中的应用。

关键词：GNSS,GPS,GLONASS,BeiDou,RTK

参考文献

[1]陈俊勇,党亚民.全球导航卫星系统的新进展[J].测绘科学,2005,30(2):9-10.

[2]赵永华.GPS技术在工程测量中的应用[J].煤炭技术,2004,22(3):87-88.

[3]魏二虎,黄劲松.GPS测量操作与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

[4]CJJT 73—2010,卫星定位城市测量技术规范[S].

[5]CH/T 2009—2010,全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范[S].

[6]范凯,刘钝.全球导航卫星系统在民用航空中的应用[J].全球定位系统,2011(1):69-70.

民航卫星导航 篇2

2009年4月15日零点16分,春夜中的中华大地一片静谧.长征三号丙运载火箭托举着北斗星导航系统首颗地球静止轨道卫星从大凉山深处腾空而起,在我国东南地区上空划出了一道美丽的轨迹.

作 者：陈全育  作者单位： 刊 名：太空探索 英文刊名：SPACE EXPLORATION 年，卷(期)：2009 “”(5) 分类号： 关键词： 

★ 我国环境-1 A、1B卫星成功发射

★ 导航卫星有效载荷的仿真技术研究

★ 基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

★ 绕月探测工程的发射场系统-西昌卫星发射中心

民航卫星导航 篇3

16日，在太空运行的北斗导航卫星准确接收到西安卫星测控中心发出的第3次远地点点火指令，测量数据显示，卫星顺利进入工作轨道，星上设备工作正常，卫星转入正常工作模式，开通导航信号。

这颗北斗导航卫星将参与中国北斗导航系统建设计划。卫星的发射成功，标志着我国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。

卫星导航系统为人类带来了巨大的社会和经济效益，目前世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。我国先后于2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日以及今年2月3日发射了四颗北斗导航试验卫星，成功建立了具有我国自主知识产权的区域性卫星导航系统——北斗卫星导航试验系统。该系统一直运行稳定、状态良好，已在测绘、交通运输、电信、水利、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用，应用前景十分广阔。

据介绍，我国将在未来几年里，陆续发射系列北斗导航卫星，并进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统，主要用于国家经济建设，满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求。

本次成功发射的北斗导航卫星由航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院研制生产。

执行卫星发射任务的长三甲火箭由航天科技集团公司所属的中国运载火箭技术研究院为主研制。

据悉，北斗卫星导航系统的发射任务将全部由长三甲系列火箭承担。由于该系统由不同轨道卫星组成，因此火箭会适时进行技术状态更改。此次发射，火箭进行了较大的技术状态变化。最大的变化是发射的卫星轨道由前12次的地球同步轨道变为中圆轨道。另外，此次发射还首次在火箭上使用了地面预置瞄准起飞滚转定向和高空双风向补偿技术，火箭三级发动机第一次采用一次工作模式，首次采用远距离测发控模式发射等等。这是该火箭连续第13次成功飞行，是长三甲系列火箭第20次成功发射。

此次发射是长征系列火箭第97次发射，是自1996年10月以来，该系列火箭连续55次成功发射。

民航卫星导航 篇4

他山之石, 可以攻玉

周文益介绍说, 他早年留学国外, 并在国际著名的卫星导航芯片企业中工作多年。2004年, 他与多位曾在海外卫星导航以及微电子领域工作多年的资深博士共同发起创立了西安华迅微电子有限公司, 这是一家留学人员创业企业和国家重点扶持的高科技企业, 也是国家863计划、中小企业创新计划, 核高基计划, 国家发改委和省市重大科技计划项目的承担单位之一。

华迅微电子成立以来, 带动了国内导航芯片产业的发展和技术进步。周文益自豪地告诉记者, 2006年公司研制成功国内首款具有完全独立自主知识产权的GPS套片 (射频芯片和基带芯片) , 打破了国外长达十余年的垄断, 是国内第一家在海外实现大批量销售的GPS芯片企业。之后, 华迅微电子一直引领中国卫星导航产业核心芯片技术的发展, 技术上达到了国际先进水平, 这也为公司后来研发北斗芯片铺平了道路。我们正是很好地利用了GPS芯片的石, 攻克了北斗芯片这块玉。

在北斗卫星导航领域, 华迅团队已经开发了完整的北斗+GPS双模基带和射频芯片、以及相应的软件技术, 2011年第三季度已全部量产, 为北斗卫星导航技术的推广, 奠定了坚实的基础, 在业界评估中享有信誉和好评。周文益说, 目前, 公司的产品及技术方案包括GPS射频芯片, 兼容GPS北斗二代的射频芯片、GPS数字基带处理芯片、GPS+北斗的数字基带处理芯片, IP Core;华迅三代多通道兼容GPS与北斗二代的射频芯片, 以及基带处理芯片等。这些产品已申请并获得了超过40余项技术专利, 其强大的软件支持功能, 可以满足各类用户的不同需求, 为客户提供卓越的产品和服务。

经历风雨, 终见彩虹

尽管华迅微电子是家高新企业, 享受着国家有关优惠政策, 但是, 作为一家民营企业, 公司想在国内取得更大的发展依然面临很多困难。周文益说, 公司创业艰难, 可以说经历了很多风雨, 能够让公司不断取得进步, 这是公司所有人齐心努力的结果。目前, 华迅已经开发并量产了十多款GPS/北斗导航基带和射频芯片, 2012年我们的GPS芯片销售突破一百万片, 北斗芯片的订单也超过20万片。2013年截止目前我们的GPS芯片销售已突破120万片, 预计今年将会比去年增长3～5倍;另外, 北斗芯片今年的销售也快速增长, 预计全年销售量有30万～50万片, 公司今年产值预计也将在去年的基础上翻一番, 销售目标是达到8000万元。未来几年, 我们将在稳固行业应用市场的同时, 重点扩大民品市场占有率, 成为国内民品导航芯片的领导者。

周文益告诉记者, 华迅第四代卫星导航芯片正在顺利研发中, 另外今年下半年公司还将会推出GPS+北斗+蓝牙+FM+Wi-Fi的五合一高度集成SOC芯片, 这是公司为手机、平板电脑等智能移动终端研发的一款专用芯片, 预计明年将会正式推向市场, 并嵌入到数百万部智能移动终端中。

正是华迅微电子多年来的不断进步和取得的骄人成果, 最终引起了特大国企中国航天科工集团的关注, 并于近期正式入股华迅公司, 成为公司控股股东。周文益说, 与航天科工的合作是一个逐步发展的过程。2012年底, 我们经过严苛的选型比测, 成为航天科工全国车联网重大项目北斗芯片及模块的独家供应商。在这次考核中, 华迅在技术水平、产品性能、产业化应用、公司运营等方面, 给航天科工留下非常深的印象, 这些都是航天科工愿意入股的原因。当然还有一个关键的原因, 就是华迅开发的北斗导航芯片是北斗产业链上最重要的一个环节, 而且产品性能可靠, 这是一种优质资源的有效整合, 双方的结盟将会迎来一个双赢的局面。周文益表示, 对航天科工集团来说, 入股华迅, 完成了从芯片、模块到系统、终端解决方案及北斗运营服务整条产业链的布局;而对于华迅公司来讲, 使我们在资金、市场等方面具备了更多的保障和资源, 为公司未来的快速发展奠定了雄厚的基础。可以这么说, 我们的发展是经历了多年的风雨, 终于迎来了彩虹。

集中资源, 合作共赢

2012年12月27日, 中国对外公布了北斗系统空间信号接口控制文件 (ICD) , 这无疑对我国北斗产业的发展产生巨大影响。周文益表示, 公布北斗ICD文件, 对整个北斗产业是一个积极的信号, 势必将进一步推动北斗的广泛应用。一方面, 公布ICD文件, 允许国际大企业生产兼容北斗系统的芯片, 将借助这些先进企业的技术和产业化优势, 快速推动和提高北斗导航整体的产业化水平, 目前, U-blox、联发科、ST、Broadcom等行业巨头已经陆续推出北斗芯片;另一方面, 对于我们本土的企业来说, 大家盼望多年的市场机遇终于要出现了, 但也必须清晰的看到, 我们将面临与国际巨头同台竞争的压力。因此, 国内芯片企业应该集中技术、人才、资金等方面的资源, 加强合作, 力争让中国企业的名字能出现在世界北斗芯片生产商的前三名里面。

周文益说, 国内从事导航芯片开发的企业已有十几家, 但真正实现产业化的只有不超过5家, 大家做的都很辛苦。这两年, 随着车载导航、政府重点试点项目等的出现, 国内导航芯片产业迎来了一些发展机会, 但市场容量仍旧有限, 发展力度还不够。目前, 我国正大力推广北斗应用, 这是我们本土导航芯片企业发展的好机遇, 我们一定要在前期练内功的基础上, 迅速推出技术水平先进的产品, 抢占市场制高点。另外, 也希望我们国内的企业, 甚至包括政府部门能够在产品开发、系统整合、运营服务等方面展开合作, 大家一起来做大这个产业。

民航卫星导航 篇5

从20世纪90年代末至今, 卫星导航相关专利申请数量迅速增加。我国的卫星导航产业在近5年间才开始进行专利布局, 而国外卫星导航技术起步较早, 在专利申请量以及核心技术和应用领域的布局上具有较大优势, 这无疑会对我国卫星导航产业的发展构成威胁。

面对国内外各大导航厂商不断拓展的专利布局现状, 只有全面的、准确的摸清国内外专利技术发展的具体方向, 深入了解拥有重要专利技术的主要国家和企业, 洞悉不同地区和企业技术研发的重点, 才可能做到及时把握技术发展动向, 知己知彼, 在新的产业竞争道路上探索出一条符合国情的发展之路。

针对上述需求, 笔者所在研究团队以专利信息为切入点:检索各重点分支技术;解析主要国外申请人专利布局;筛选国外主要竞争对手的重要专利;提出相关领域专利技术布局策略。由此形成了包含接收机天线、射频前端处理模块、重点企业专利布局、导航领域专利诉讼、混合室内外定位技术、导航电子地图以及信号格式等子专题在内的卫星导航领域专利分析报告。本文作为卫星导航专利分析报告之四, 主要聚焦卫星导航混合定位领域, 通过专利信息的统计分析, 对其产业现状和技术发展路线进行梳理。

2 卫星导航混合定位技术简介

全球卫星导航系统在车载导航等民用方面的应用已日益广泛。但是, 卫星信号会受到建筑物、树木、墙和地形的遮挡, 从而在大城市的楼群间、室内、隧道或者较深的矿区等地区, 卫星信号较为微弱, 这在很大程度上影响了民用导航的准确度。

为进行高精度的定位, 将卫星导航技术与其他的定位技术 (如室内定位技术、地面网络技术等) 相结合成为大势所趋, 具有全球导航卫星系统 (GNSS) 和地面网络集成的混合定位系统正在演进为技术发展的重要策略, 并且正在成为国家实力的重要代表。

综上所述, 有必要对混合定位技术进行研究和专利分析, 从中寻找研究热点和发展趋势。

目前的混合定位技术主要有高通的GPSOne技术, 以及GPS+Wi-Fi、GPS+短距离无线通信、GPS+GPSO ne、蜂窝网络+短距离无线通信等多种组合的混合定位技术等。

3 卫星导航混合定位技术专利申请态势分析

3.1 技术发展历程

纵观混合定位技术的专利申请, 自1990年开始出现相关专利申请, 到2013年9月31日为止, 全球专利申请为2, 541项, 其中中国专利申请为971项。

全球卫星导航混合定位技术发展历程大致经历以下三个阶段:

(1) 技术萌芽期 (1990~2000年)

随着20世纪80年代GPS定位技术的发展, 仅利用单独的GPS系统执行定位, 会导致定位精度不足和应用范围过小。各大公司在1990至2000年间开始组合多种定位技术进行定位。由于处于研发起步阶段, 因此申请量较少。美国联邦通信委员会 (FCC) 1996年10月颁布的E911法令, 要求所有的蜂窝无线通信网运营商在手机用户发出紧急呼叫时, 向公共安全应答点提供该手机的号码和位置。这项法令的颁布大大促进了无线通信定位技术发展, 该技术下的专利申请量开始增长。

(2) 技术发展期 (2001~2005年)

在该时期, 许多公司在E911法令实施前抢滩圈地。不仅许多小公司纷纷提交专利, 在2001年, 高通公司所提交的GPS和移动网络混合定位技术专利申请也高达16项, 充分说明了E911法令对于推定定位技术发展的巨大作用。在此期间涉及的定位技术, 不仅有GPS与移动网络混合定位技术, 还有各种室内定位技术。

(3) 技术成熟期 (2006至今)

自2006年起, 由于前期中国联通、中国移动纷纷开始提供手机LBS业务, 中国的定位技术申请量自2006年起有了较大增长, 全球申请量也有了较大回升, 从此申请量连年快速增长, 但申请人的数量增速相对较缓, 显示出了室内外定位技术已经进入相对成熟期。

3.2 专利布局

3.2.1 全球专利布局分析

涉及混合定位技术的专利申请在全球的专利布局情况, 如图1所示。美国的专利申请量达到869项, 居卫星导航混合定位技术全球申请量之首, 占全球总量的34%, 显示出美国是该领域的最大专利布局地区;排名第二位的是中国, 专利申请量达到591项 (另有实用新型380项) , 占全球总量的23%;排名第三、四位的是韩国和日本, 专利申请量分别为196和183项, 各占全球总量的8%和7%;欧盟的专利申请量为59项, 约占全球总量的3%。可以看出, 在卫星导航混合定位技术方面, 欧美在该领域具有传统的技术优势。日韩由于定位技术的应用起步较早, 发展成熟, 申请量也不容小觑, 我国在该领域也具有一定的专利布局。

3.2.2 中国专利布局分析

在中国申请的国外申请人的主要来源国是美国、日本、韩国、芬兰和瑞典。如表1所示, 美国、日本、芬兰和瑞典在中国申请的授权率和有效率在40%以上, 而日本的授权率则高达50%左右。可见这些国家一是对中国市场比较重视;二是技术确有先进之处、撰写质量高;三是专利策略清晰, 授权范围稳定, 并注重专利池的布置和专利的保有。

在中国申请的国内主要省市的发明专利申请量、授权量和有效量的对比情况。如表2所示, 北京、上海、江苏和广东的授权率在22%左右, 深圳的授权率相对较高在33%。有效率方面, 广东最高, 为73%, 其次是深圳, 为67%, 其他三个省市有效量在47%左右。这显示出在集中了大批科研院校和生产企业的上述五个省市, 专利申请的质量比之国外公司仍有提升的空间, 但授权专利的保有方面与国外公司相差不大, 显示出了这些省市对已授权专利的重视。

3.3 主要技术构成

3.3.1 技术分支的划分及其涵义

按照主要室内外定位技术, 将卫星导航混合定位划分为10个技术分支, 各技术分支的划分及其涵义。如表3所示。

3.3.2 各技术分支全球申请年代分布

图2是上述各技术分支的全球申请量年度分布情况。可以看出, 各技术分支处于不同的发展阶段。如技术分支“GPS+蜂窝网络+其他”的申请量最多, 其从1996年开始申请量就开始明显增长, 在2008~2010年度达到最大值, 2011年申请量趋于稳定, 显示这项技术处于成熟期。而“短距无线通信”技术分支从2002年起申请量有了快速增长, 显示该技术自此时起进入了研发高峰, 显示该项技术处于快速发展期。再看“电视定位”技术分支, 其申请高峰出现在19 9 9~2 0 0 4年, 自此之后申请量迅速减少, 显示该项技术处于停滞期。

此外, 从各项技术的申请绝对数量来看, “短距无线通信”和“GPS+蜂窝网络+其他”、“无线传感器”是近期研究的技术热点, 尤其是“短距无线通信”技术, 申请增量率超过“GPS+蜂窝网络+其他”, 居于首位, 表明业界各家公司在此技术上申请和布局最多。

3.3.3 各技术分支中国申请年代分布

图3是各技术分支申请量中国年代分布图, 可以看出, 与全球不同, 中国自1996年才开始有涉及卫星导航混合定位的专利申请, 其余分布规律与全球申请量分布大体相同。除了“短距无线通信”、“无线传感器”是近期研究的技术热点外, “伪卫星”技术和“蜂窝网络+其他”的专利申请也持续增加且数量, 显示出我国研发机构对这两项技术仍保有研发热情。

(未完待续)

摘要：集成全球导航卫星系统 (GNSS) 和地面网络的卫星导航混合定位技术是定位技术发展的重要分支。本文以大量精确的数据统计为基础, 全面呈现了全球及国内卫星导航混合定位专利申请的态势、申请人特点及技术分支分布, 并以专利信息为切入点, 对其产业现状和技术发展路线进行梳理。

民航卫星导航 篇6

关键词：民航,通信导航监视系统,现状和发展

随着中国的经济地位在世界上日益提高, 我国的民航事业也得到较好的发展, 但是与国外相比, 我国的民航业相对比较落后, 不仅是在飞机的设备配置, 还是机队的能力方面都有所差距。目前的民用航空领域受到各种各样环境和使用条件的限制, 地面上的管制中心需要通过不同的机载设备在不同的条件下执行功能, 以便能够为民航进行通信导航以及监视。

1 民航的通信导航监视系统

(1) 民航的通信系统。通信是指信息借由某一物质, 从传送者到接收者的这一过程, 其目的就是为了让接收者理解传送者的意识。一般通信可以按照信号特征分为模拟的通信和数字的通信系统, 按提供的业务种类可分为电话、图像等方面, 如果按照媒介来分可分为有线和无线通信系统。通信系统是信息源借用通信设备通过信道发送到接收设备上, 从而让接收者收到消息[1]。

(2) 民航的导航系统。导航是指地面上的管制机构根据相关设备显现出来的消息, 通过通信设备给飞机指路, 并且控制它的航向。这是十分重要的, 飞机是否安全抵达目的地, 都与导航有关, 目前我国的导航系统有航路导航和机场导航。

(3) 民航的监视系统。监视就是地面上的管制机构对飞机的航向以及其他安全方面的监督, 并在发现飞机出现问题时及时通知, 处理危机。其实飞机能够安全的抵达到目的地离不开这三个系统的全程保护, 所以, 加强这三个系统技术方面的含量变得十分重要。

2 民航通信导航监视系统的现状

作为国家经济发展的基础性行业, 民用航空在公共服务和国家安全等方面都扮演了重要角色。随着经济的迅速发展, 民航事业的发展也在不断的进步, 航路上飞行的飞机越来越多, 那么要保障这些飞机的安全起降以及航行就变得十分重要。目前, 民航事业所用的通信导航监视系统的弊端已经日益显露, 很难适应现代经济的需要[2]。大多数的地面管制机构系统较低, 一些飞机在飞越大洋时只能靠程序管制, 也就是在飞机起飞前为此飞机固定的飞行航道和飞行的高度, 在飞行途中有飞行员依靠设备向地面管制发出信号, 而地面上与飞机上想要交流信息也比较困难, 如果想临时改变飞机的航迹和高度, 将存在一定的难度。而导航和监视系统的问题也是同样存在的。目前我国的民用航空导航系统虽然较以前有了很大的进步, 但还是存在很多的问题, 导航的设备过于单一, 备份导航信息的手段也比较缺乏;由于空中飞行区域的限制, 机场的停靠飞机量增大;有很多机场受到地理环境的影响;此外我国东西部民航业发展不平衡。当前我国民航的监视系统也有很大的问题, 比如对飞机的监视不够全面, 在飞机飞到特殊的环境时, 监视系统失效等等, 这些问题都将影响着民航事业的发展。

从总体上来看, 我国的民航较长时间内将处于成长阶段, 目前航空运输方面有不少的薄弱环节, 无论是在质量上还是在数量上都不能充分发挥适应改革开放, 和社会经济发展的需求, 与发达国家相比, 还存在很多的不足之处[3]。

3 我国民航未来的发展思路

我国对于民航事业的发展制定了相关的文件, 并且我国积极的向发达国家学习借鉴民航发展的相关技能, 并且国家加大了对民航事业人员的培训力度, 从发达国家聘请专业的人员来进行指导教育。此外我国在“十五”期间, 与民航事业发达的国家签订了相关的协定, 这将标志着我国的民航事业将会有很大的进步空间。此外国家应该拓展航线网络, 形成一个完整的航空运输网络, 那么在与飞机进行信息交流方面将会更加便捷, 也能够更加安全的保障飞机上人员的安全, 不仅促进了我国民航事业的发展, 还可以带动我国经济的发展[4]。

国家应该加大对民航事业的鼓励, 积极促进民航的发展, 作为民航业的领导人员也应该积极配合国家的政策, 大力改进民航各方面的技能, 此外民航企业应该引进新的高科技设备, 并投入使用, 加强对民航各级人员的培训, 企业全体人员共同改进民航的各项设备和技术, 在发展中严格遵循国家相关法律来实施, 提高专业水平。

利用我国的卫星技术, 充分开发使用卫星地面站, 改善民航的陆地通信;将全球卫星导航系统运用到民航事业中来, 以保障飞机的安全;购买机载终端设备, 并投入使用;积极开展国内卫星无线电定位导航系统的研究, 并且加大对机载终端设备的研究。

4 结语

虽然目前我国的民航事业在各个方面都存在各种问题, 而且随着社会经济的发展, 这些问题日益凸显出来。我国应该大力支持民航事业的发展, 不仅要投入雄厚的师资能力, 加大对民航从事人员的培训, 还应该大量投入资金, 以保证民航事业拥有雄厚的资金来开发新的设备。相信经过国家和民航的一起努力, 我国的民航事业将会越做越好, 此外随着我国技术人才的加入研究, 民航在通信导航监视系统方面的技术含量将会呈现增长趋势, 对于我国广大人民的人身财产安全有了很大的保障。

参考文献

[1]冀东栋.国际民航的21世纪卫星通信、导航与监视计划[J].世界导弹与航天, 2011 (1) :15-16

民航西北卫星网络综合保障研究 篇7

卫星通信作为民航通信链路保障规范中“两地一空”中的“一空”, 有着特殊的意义。特别是在重大自然灾害发生时候, 卫星通信往往是仅剩的一条“救命稻草”, 所以, 保证卫星通信链路的正常运行在保障民航安全生产方面意义重大。西北地区现有的卫星网络包括C波段TES和PES两个独立网络和KU波段卫星传输网。C波段卫星网络从1995年正式建立以来, 已经运行了20年[1];KU波段卫星网络从2005年正式建立, 已经运行了10年。C波段卫星网由于运行时间长, 设备逐渐老化, 需要加强日常的维护工作来保障设备的正常运行。本文结合作者两年来对卫星设备运行维护的实践, 谈一下西安卫星网设备运行中碰到的C波段和KU波段典型故障及处理方法各一例, 来探讨如何更好保障民航卫星通信网络。

二、TES卫星网络设备典型故障分析及处理:

2.1故障现象

数据链路在建链后状态不稳定, 无规律性的重复建链、拆链的过程。板前排指示灯有红色告警灯亮。对CU板复位后观察加载过程无异常, 可顺利加载到空闲状态, 约一分钟后开始建链, 并建链成功。随后拆链, 重复建链、拆链的过程 (面板显示4-5-6-7——7-6-8-4) 。而机箱内其余CU板链路工作正常。

2.2故障检查

双方远端站进行同时复位并观察CU板的状态是否正常。此后对双方CU板进行参数的读写, 确保板子为正常, 参数设定正常。请网管配合观察此链路在建链时双方的发射电平是否标准。在确保本卫星站射频单元为正常的情况下。由网管回馈此链路信息有三种情况1、双方发射电平均为标准值。2、某一远端站此链路发射电平低。3、双方远端站发射电平均达不到标准值。

2.3.故障分析及处理

当室外射频单元故障或功率较低时:将影响多数或所有链路的工作正常。由此可见射频单元为正常。而当某一链路电平较低将与设备机箱、衰减设备、CU板的性能关系较明显。链路发射电平低时, 可首先与网管配合调节相应设备机架的收发衰减。其次可对CU板的中心频率进行更改 (70.125M、70.015M、70.180M、70.2075M) 在其中选择。由于当某一频率被各远端站较多使用时, 可造成拥堵, 使CU板工作状态不稳定。由于各机箱性能有差异, 也可根据实际情况申请网管将链路重新配置到其他机箱内。

2.4小结

目前民航C波段卫星网所使用转发器性能下降;各远端站设备老化等因素造成全C波段网络工作状态不稳定。此类单链路不能稳定运行的情况发生较多。在处理此类故障时因从两个方面来解决:首先考虑调节收发电平, 增大CU板功率。以来弥补设备老化所造成的损耗;其次可根据实际情况对链路进行调整。如选择其他机架运行;或是将链路配置到性能较优的机箱内解决此类故障。

三、KU卫星网络故障案例分析及处理

3.1故障现象及分析

室内5个节点的Modem板状态指示灯全不亮, Node View监控软件显示为发射捕获失败。询问网控, 主站正常。用RF Monitor&Comtrol软件, 监控室外单元, RF为开。因5个节点全部故障, 排除Modem板原因;5个节点安装调试正常后, 能正常工作一段时间, 也排除因经、纬度输入不正确造成发射捕获失败的原因。

3.2故障处理

1、将TX/IF, RX/IF中频电缆互相倒换, 故障现象及Node View软件显示仍旧, 排除因电缆头松动导致的故障。自己发单载波, 用频谱仪在室外TX/IF电缆上测单载波信号为52d B, 信号属于正常。甩开发生衰减, 并在RMC软件上减小UC值, 故障依旧, 初步排除室外单元及IF电缆故障。

2、检查发射支路元件, 将室外单元发射波导拆除, 并换上新的波导开关, 将发射端波导拆除查看波导口是否潮湿进水, 波导口干燥, 排除因波导开关失灵及波导口渗漏、进水的原因。

3、将A、B路变频器互相倒换, 故障现象依旧, 排除变频器故障。

4、将A、B路ODU倒换, 现象依旧。

5、甩开发射波导开关, 改为单机工作, 现象依旧。

6、用频谱仪测ODU发射信号太小, 两ODU均故障, 更换新设备后正常。

3.4小结

综上所述, 在排除设备故障时, 熟悉信号流程图, 清楚信号传输所经过的每个环节, 及时定位故障的位置, 熟练掌握频谱仪的使用, 往往能够迅速定位, 及时排除故障。

摘要：通过作者两年内对卫星设备运行保障工作的实践, 结合民航西安TES卫星设备和KU卫星设备在实际运行中所遇到的两种典型故障, 探讨卫星设备在信息网络综合保障中故障的分析和处理方法。

关键词：TES卫星设备板卡,KU卫星设备ODU,卫星网络保障

参考文献

[1]范军中国无线电管理[J].2001.11 P25-27.

民航TES卫星系统的调试 篇8

对星调整通常是通过接收卫星的信标信号来调整天线对星角度, 并在频谱仪上观察射频信标信号强度。本次对星在设备条件允许的情况下, 应该尽量在射频波段信标上进行调整。调整完成后, 信标信号强度应在37d B以上。

1.1 天线俯仰角的调整

天线的俯仰角是指天线的指向与水平面的夹角。天线的俯仰角等于中心体上沿与水平面的夹角。其调整是通过驱动俯仰螺母来实现的, 如下图所示。搬动调整杆手轮, 即可驱动方位螺母, 实现天线的上仰或下仰, 通过频谱仪观察信标信号强度达到最大值。

1.2 天线方位角的调整

天线的方位角是指天线的实际指向与正北方向按顺时针方向的夹角。此角度可用罗盘测得 (实际测得的角度含有磁偏角, 并不是非常准确) 。天线的方位角调整与俯仰角调整类似, 是通过水平丝杠上的调节手轮进行方位调整, 如下图所示。在调整方位角过程中, 首先根据天线计算所得的方位角, 把天线方向大致预置在所计算的方位角上, 然后仔细调节, 通过频谱仪观察信标信号强度达到最大值。

1.3 对星注意事项

如果用频谱仪直接连接射频信号对星, 频谱仪需要加隔直器, 以防止直流功率过大损坏频谱仪。

如果接收的信标信号强度不够, 可能是天线指向正好在旁瓣上, 需要大范围调整天线方位和俯仰角, 选择最大的信标信号, 以确定天线对准转发器主瓣。

2 远端站极化调整

2.1 检查极化指标方法

检查本站的极化隔离度是否达标, 方法是在网控中心指定的频点上发射一个单载波。方法如下:

1) 打开CUtunet软件

2) 点击show folder按钮选择条目frequency&pow er

通过联系网控工程师获取分配的发射频点 (只需要更改TX项即可) , 然后将发射功率 (gainsettings) 调整至最大 (靠右最大) 。

3) 选择条目modulation&rate

datarate选择19.2K

modulation选择QPSK

FECrate选择1/2

选中Output Continuous Wave (CW)

选中TXenable

选中Qinvert

4) 点击OK按钮直到CU板上显示“-/E.”交替出现为止, 调整可能需要尝试多次才可以成功。

2.2 隔离度是否满足要求的判断标准

联系卫星公司测控站人员检查交叉极化隔离度是否达到30d B的规定值。如果交叉极化隔离度达标的站, 就无需进行极化调整工作, 否则, 对于不合格的端站必须进行极化调整。

2.3 调整极化隔离度

对于极化隔离度不合格的远端站, 必须调整到极化达标。极化调整的方法是:松开双工器上的固定螺栓, 电话联系卫星测控站, 在卫星公司工程师的指导下转动天线馈源, 直到极化隔离度达标, 锁定固定螺栓, 卫星公司确认锁定后极化隔离度指标, 同时要求卫星公司对极化隔离度标定的结果打印留底保存。最后恢复业务。

3 远端站载波功率标定

在功率标定过程中, 卫星公司考虑功率带宽平衡, 合理的转发器增益档设置等诸多因素, 来分配功率保证转星完成后, 转发器处于民航业务运营的最优状态。所以在调整过程中, 必须要严格服从网控中心的调整意见, 调整完成才能依次入网。在调整过程中, 根据各个站点的情况可能会进行两轮调整。

3.1 准备工具

准备工具包括:有COM口的电脑和英文版的windows NT或者w indow s98操作系统、CUtuneut软件、CU板监控线缆以及频谱仪。

频谱仪可以用于调整接收电平从接受口查看接受低噪电平值, 也可以用来确认载波是不是真的从板子里发出来了。

3.2 发射功率标定

调整功率需要对远端站点的室内和室外设置的衰减器进行调整, 一般先调整室外ODU, 然后调整各机架室内衰减器, 进行微调。

3.3 发射调制波方法

打开CUtuneut软件:

点击show folder按钮选择条目frequency&power, 通过联系网控工程师获取分配的发射频点, 然后将发射功率 (gainsettings) 调整至最大。

选择条目modulation&rate

datarate选择19.2K

modulation选择QPSK

FECrate选择1/2

选中scrambler&diff.encode

r选中TXenable

选中Qinvert

点击OK按钮直到CU板上显示“-/E.”交替出现为止, 调整可能需要尝试多次才可以成功。在调试过程中应该显示双竖线闪烁。调整功率需要对远端站点的室内和室外设置的衰减器进行调整, 一般先调整室外ODU, 然后调整各机架室内衰减器, 进行微调。

3.4 接收功率标定

调整完发射功率后, 需要对远端站的接收电平进行标较。远端站接收电平调整的方法如下:如下图所示, 首先, 远端站把机箱的接收中频电缆接上频谱仪。

频谱仪加电自检完成后, 设置频谱仪参数如下:中心频率为70.125M Hz, SPAN=300KHz, RBW=3KHz, VBW=1KHz, 然后调整接收衰减器, 直到信号电平处于-65d Bm附近, 如下图5-29所示:

4 总结

民航卫星导航 篇9

1 北斗卫星导航系统服务

北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务, 包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务, 定位精度10 m, 测速精度0.2 m/s, 授时精度10 ns。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户, 提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。2011年12月27日起, 开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。中国以后生产定位服务设备的产商, 都将会提供对GPS和北斗系统的支持, 会提高定位的精确度。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。

2 北斗卫星导航系统特色

北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比, 优势在于短信服务和导航结合, 增加了通讯功能;北斗系统用户终端具有双向报文通信功能, 可以达到一次传送多达120个汉字的信息。向全世界提供的服务都是免费的, 在提供无源定位导航和授时等服务时, 用户数量没有限制, 且与GPS兼容;北斗的用户终端实际是具有收发功能, 而GPS只具有接收功能, 它通过接收才知道位置, 而北斗是具有收发功能, 它的定位需要发射然后再得到位置, 同时它的位置可能传给你也可以传给关心你的人, 实际上北斗是具有一个定位和通信双重功能的设备。特别适合集团用户大范围监控与管理, 以及无依托地区数据采集用户数据传输应用。

3 其它三种导航系统简介

3.1 GPS

GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统) 的简称。该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机[3]。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点, 是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进, 硬、软件的不断完善, 应用领域正在不断地开拓, 目前已遍及国民经济各种部门, 并开始逐步深入人们的日常生活。

3.2 伽利略

伽利略定位系统 (Galileo Positioning System) , 是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统。伽利略系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统, 投入运行后, 全球的用户将使用多制式的接收机, 获得更多的导航定位卫星的信号。

伽利略系统可以发送实时的高精度定位信息, 这是现有的卫星导航系统所没有的, 同时伽利略系统能够保证在许多特殊情况下提供服务, 如果失败也能在几秒钟内通知客户。伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统, 因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。

3.3 格洛纳斯

格洛纳斯GL O N AS是“GL O B AL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。最早开发于苏联时期, 后由俄罗斯继续该计划。格洛纳斯的正式组网比GPS还早, 不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响, 正常运行卫星数量大减, 甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务, 更不要说和GPS竞争。到了21世纪初随着俄罗斯经济的好转, 格洛纳斯也开始恢复元气, 推出了格洛纳斯-M和更现代化的格洛纳斯-K卫星更新星座。该系统在轨卫星群已有28颗卫星, 达到了设计水平[1]。随着地面设施的发展, 格洛纳斯系统预计将在2015年完全建成。届时, 其定位和导航误差范围将从目前的5~6 m缩小为1 m左右, 就精度而言该系统将处于全球领先地位。

4 未来发展

4.1 GPS独占鳌头

捷足先登是成功的第一步, GPS在这方面遥遥领先。GPS具有性能好、精度高、应用广的特点, 是迄今最好的导航定位系统。GPS能覆盖全球, 用户数量不受限制。其所发射的信号编码有精码与粗码。精码保密, 主要提供给本国和盟国的军事用户使用;粗码提供给本国民用和全世界使用。GPS系统能够连续、适时、隐蔽地定位, 用户不发射任何电磁信号, 只要接受卫星导航信号即可定位, 所以可全天候昼夜作业, 隐蔽性好。目前看, 还没有哪个系统能挑战GPS的霸主地位。

4.2 GLONASS不甘落后

随着俄罗斯经济的好转, 政府在政策和资金方面给予了GLONASS充分的支持。同时, 俄罗斯还要与各国开展广泛的军事政治合作和军事技术合作, 与欧盟、印度等国签署格洛纳斯卫星导航系统的使用协定, 把俄罗斯的卫星信号传播到世界各地, 争取与美国的GPS信号“平分秋色”。这是当前俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的一个主要发展方向。

4.3 伽利略一波三折

伽利略卫星导航定位系统的建立原计划于2007年底之前完成, 2008年投入使用, 后因资金等问题推迟。2010年1月7日, 欧盟委员会称, 欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。但是从目前来看, 伽利略卫星导航定位系统的发展仍然非常缓慢。

北斗二号横空出世, 不仅使欧洲伽利略系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣, 也冲淡了伽利略未来的市场前景。按照国际电信联盟通用的程序, 中国已经向该组织通报了准备使用的卫星发射频率, 这一频率正好是欧洲“伽利略”系统准备用于“公共管理服务”的频率。按照“谁先使用谁先得”的国际法原则, 中国和欧盟成了此频率的竞争者。然而, 中国在2009年发射三颗“北斗”二代卫星, 正式启用该频率, 而欧盟连预定的三颗实验卫星都没有射齐, 从而失去对频率的所有权。

4.4 北斗迎头赶上

我国卫星导航定位系统相对美、俄起步晚, 研究力量相对薄弱, 需要下大力气缩短这方面差距, 支撑北斗系统可持续发展。目前北斗卫星设计已经达到国外导航卫星水平, 在未来发展中要不断自主创新, 争取在国际导航卫星研制领域处于领先地位。兼容互操作是全球卫星导航定位系统主要供应商达成的共识, 我们也要致力于推进全球卫星导航定位系统兼容互操作进程。

面向未来, 卫星导航系统需要持续的发展建设, 以满足用户更高的使用要求, 需要国家持续的经费投入、人才培养、产业推广, 以确保我国北斗卫星导航系统在未来发展与国际竞争中处于不败之地。

摘要：本文主要介绍了北斗、GPS、伽利略、格洛纳斯四种卫星导航系统的各自特点及主要应用。

关键词：GNSS,GPS,北斗,伽利略,格洛纳斯

参考文献

[1]柴霖.GLONASS的最新进展及可用性分析[J].电讯技术, 2007 (4) .

[2]刘基余.GNSS全球导航卫星系统的新发展[J].遥测遥控, 2010 (2) .