北斗系统在物探船的可行性研究

北斗卫星导航系统（BDS）在海洋勘探领域可行性研究

空间段组成：

北斗二代计划在2020年前发射35颗卫星（GEO 5颗，IGSO 3颗，MEO 27颗），形成全球性的定位导航系统，比GPS还多5颗。多出的这5颗是在赤道上空的静止高轨道卫星，主要是完成短信任务的，但是这个功能也是有容量限制的，所以并不适合作为日常通信功能，而是作为紧急情况通信比较合适。其它30颗跟美国GPS的30颗一样，都是中轨道的运动卫星。

截止至2015年4月太空卫星存量为GEO 5颗，IGSO 5颗，MEO 12颗，这样的分配使得在中国及周边区域内卫星利用率高，卫星截止角可变大到35°仍可获得做够多的可用卫星数，GEO是在赤道上，倾斜的角度我们采用是55度，在地面上观察轨道是像“八 字型的”的轨道，从地面上观察来讲是有不同的特点。GEO卫星是始终不动的，在我们国家上空发一个GEO，我们随时随地都可 以看到的。斜轨道卫星，IGSO卫星是南北转，而且有一定的弧度范围。在国内设站的情况下，可以实现对GEO和IGSO的全弧度监测，这样就解决了我们没有办法在全球布站的问题，这样降低了星载原子钟的要求，在遮挡物复杂的地形、地表的定位信号更强、精度更高（比如城市高楼集中的CBD）。

北斗使用的是三频信号，GPS使用的是双频信号（虽然GPS从2010年5月28发射了第一颗三频卫星）。两个频率是为了消除电离层，第三频的一个主要作用是搜索，这是北斗的后发优势。

北斗系统之所以导航精度比GPS高，原因在于北斗卫星所在的运行轨道比GPS高。北斗作为近地轨道卫星围绕地球自转，要想达到和GPS一样的覆盖率，卫星数量必须比GPS多。此外，北斗的接收机屏蔽角比GPS小，理论上在同样卫星数量的前提下覆盖范围更大，也更加精确。

空间段不足：

国外监控站很少（瑞典与挪威），卫星的实际运行轨道肯定与设计轨道有一定的差距。伪距定位的原理是：采用距离后方交会的方法确定接收机天线的三维坐标。只有卫星轨道精度提高了定位精度才会高。卫星的轨道是通过监控站的观测数据拟合出来的，观测时间越久，累积的数据越多，拟合的轨道越精确。北斗缺少国外的观测数据，所以轨道精度在亚太地区较高，在国外的轨道精度会比较差。

优势与劣势并存的GEO卫星，GEO卫星相对地球做不到完完全全的静止，会有一定的漂移。而地球同步轨道只有一个，资源非常稀缺，国际上把这个轨道划分成了一小段一小段的圆弧，卫星只能在分配的范围内移动，否则可能与其他卫星相撞，所以每隔一段时间就需要调整GEO卫星位置。目前调整北斗采用的是脉冲式，只能按整次数来调整卫星的位置，不能是零点几次，所以可能出现多一次嫌多，少一次不足的情况。在后续发射的GEO卫星，调整卫星会改用连续式，想喷多少就喷多少，增强卫星控制能力与精度。一旦进行调整，之前的观测数据就会作废，需要重新累积数据。在调整卫星期间，那颗卫星处于失效状态，因为我们不知道它的具体位置，需要几天时间来重新定轨。但好在GEO卫星数量比较少（5颗），定轨比其他两种卫星容易一些，速度也比较快一些。其他两种卫星不存在这种情况，观测时间久了，拟合的轨道精度自然就提高了，直到他退役那天。

星钟的差距，中国开发北斗后，西方发达国家禁止了原子钟向中国出口，我们只能重新恢复搁置多年的原子钟研发，中国的原子钟相对国外产品，体积大、质量重、精度还差了一个量级，十年来我们原子钟取得快速发展，届时渴望取得突破，预计2020年实现。

用户段：

一般我们说的导航精度，是理论仿真结果，实际上，环境，多路径误差，接收方式，接收条件，接收机性能和接收算法对精度的影响很大，真正决定精度的，在地上不在天上。性能越好的信号，对接收端的要求就越高。所以说，评估导航系统的看的是实用性，而非技术指标。只要接收机性能够好，用载波平滑码相位的方式，可以将任何导航信号的测距精度提高到厘米级，北斗终端核心芯片，噪声抑制，多路径消除还存在不足。北斗终端通过芯片实现信号接收、定位、通道搜索等功能，由于当前北斗还未像GPS一样普及，芯片厂倾向生产兼容多家卫星定位系统，具体来说就是这个芯片是\北斗/wifi/bt/gps/fm\多合一的芯片,而据我所知，国内完整具有这些技术的公司是没有的。那么国外的公司会不会做呢？估计没有公司愿意做。即使有公司愿意做，他们也做不了，为什么？因为到目前为止北斗的ICD文件还处于保密状态。

特别说明一下，GPS系统使用的是WGS-84坐标系，北斗使用的是CGCS2000坐标系，当前海洋石油勘探开发均采用WGS-84坐标系，所以客户端还需要增加坐标转换软件，而坐标转换一般会带来精度上的损失。

星基差分： 能否促成北斗在海上使用，关键是看北斗星基差分的开发进展，我们熟悉的当今为GPS提供星基差分的服务商有三家：Oministar，StarFire，Veripos，我们一直使用Ominisatr，下面简要对比一下Oministar提供的差分服务。

分类 VBS HP XP2 G2 G2+ G4 精度 亚米 10cm 10cm 10cm 3cm 10cm 改正方法 倚赖工区附近地面参考站 倚赖工区附近地面参考站 轨道、钟，不依赖参考站 轨道、钟，不依赖参考站 轨道、钟、参考站 轨道、钟 卫星 GPS GPS GPS GLONASS GPS GLONASS GPS GLONASS GPS GLONASS Galileo BeiDou 频率 单频 双频 双频 双频 双频 双频 2015年6月15日，北京合众思壮科技股份有限公司建设的全球星基高精度增强服务系统“中国精度”正式提供服务，并面向全球同步发布。北斗用户在无需架设基站的情况下，在全球任一地点享受便捷的厘米级高精度定位增强服务。系统提供亚米级、分米级和厘米级三种不同精度层级的增强服务。

ATLAS：为有高精度需求的客户提供服务；颠覆性的精度和价格；开放式的合作经营模；

0.1米定位精度。

ATLAS L1：为中低等精确度要求的顾客提供服务；颠覆性的精度和价格；开放式合作经

营模式；亚米级定位。

ATLAS Local：通过卫星接收播发RTK信号；颠覆性的精度和价格；开放式的合作经营模

式；厘米级精度。

经过实地测试，“中国精度”平均耗时20分钟就可使精度收敛到10cm左右；再耐心等待10分钟，精度则可以收敛至5cm左右。这证明了“中国精度”可以满足远海地区测绘对精度和稳定性的要求，能够极大地提高测绘效率，减轻作业人员负担，降低任务风险。在经多家权威机构测试，在定位精度、相对精度和收敛时间等关键指标上全面领先国际同类服务系统。

“中国精度”在某些情况下以现有市场一半的价格提供服务，直接降低用户的应用成本。同时，“中国精度”采用不同精度不同收费的服务策略，使最终用户不再被迫接受“强制消费套餐“式服务和昂贵的费用，为用户提供便利性和无限多的自由选择，从而激发更多行业应用。

综上，在国内海域我们可以实验性启用北斗系统，当然还需要从商业角度进一步论证，比如，增加北斗接收模块的费用，购置“中国精度”接收机费用，信号费便宜程度，政府补贴多少。我们可以采取渐进作法，先小投入购置少量装备测试，边试用边做市场推广。另外一种最经济有效的办法是，争取与“中国精度”深度合作，申请“中国精度”免费试用单位。

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