安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 梁本仁 吳 昊 王 偉

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在人防信息化建設中的應用

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 梁本仁 吳 昊 王 偉

介紹了我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)目前的發(fā)展情況。結合人防信息化建設需求，設計并實現(xiàn)了基于北斗的人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了人防各信息要素單元之間的信息資源共享、人員車輛監(jiān)控、現(xiàn)場應急指揮的功能，為人防戰(zhàn)備值班執(zhí)勤、訓練演練和應急救援行動提供了信息保障。系統(tǒng)設計了多種通信鏈路融合通訊方式，利用短波通信、3G/4G路由或集群網(wǎng)絡傳輸北斗短報文信息和北斗RNSS定位信息，彌補了北斗短報文通信頻率的不足，拓展了北斗系統(tǒng)在人防行業(yè)中的應用場景。

北斗導航；人民防空；融合通信

0 引言

人民防空是國防力量的重要組成部分，是我國各族人民的共同事業(yè)，事關國家安全和發(fā)展的全局[1]。當前，基于信息系統(tǒng)的體系防護能力已成為信息化條件下人民防空建設的重要內(nèi)容。為貫徹落實第六次全國人民防空會議精神，全面推進人防信息化建設，加快提高基于信息系統(tǒng)的人防體系防護能力，根據(jù)《國家衛(wèi)星導航應用平戰(zhàn)結合重大工程建設方案》，國家人防辦公室確定利用 “北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)及相關裝備資源組織建設全國人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

1 背景與現(xiàn)狀

目前全世界有4套衛(wèi)星導航系統(tǒng)：中國北斗、美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略”。其中中國北斗、美國GPS、俄羅斯“格洛納斯”已建成投入使用。歐洲“伽利略”仍處于建設階段。衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間基礎設施，為人類帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益。中國作為發(fā)展中國家，擁有廣闊的領土和海域，高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，努力探索和發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗一號系統(tǒng)自2003年開通以來，填補了我國自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空白[2]。北斗一號用戶機具有定位、導航、短報文通信和授時功能，在海洋漁業(yè)、森林防火、邊界巡邏、抗震救災、電力、交通等諸多領域得到了廣泛的應用，取得了巨大的軍事、經(jīng)濟和社會效益?！氨倍范枴毕到y(tǒng)于2004年開始立項研制，已完成一期工程16顆衛(wèi)星的空間段建設和地面控制系統(tǒng)建設，系統(tǒng)于2012年底正式開通運行，為廣大用戶提供服務，已具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力；2020年左右，將建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)?！笆濉逼陂g北斗二代系統(tǒng)的加速建設為導航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了持久的動力，我國將形成北斗（多模）芯片、導航終端、基于位置的信息系統(tǒng)以及運營服務等完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，北斗產(chǎn)業(yè)將成為拉動經(jīng)濟增長的重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

目前各省市人防已經(jīng)建有較為完善的通信系統(tǒng)。但是，以省人防為例，其所屬范圍內(nèi)對所屬指揮中心、車輛、人員基于位置的監(jiān)控功能尚沒有完全建立。雖然基于GPS和移動公網(wǎng)（GSM/GPRS/3G）等方式的位置監(jiān)控應用在民用領域已經(jīng)非常成熟，并且形成了巨大市場。但是，基于GPS和移動公網(wǎng)（GSM/ GPRS/3G）等方式一方面在戰(zhàn)時是不可用的，另一方面在信息系統(tǒng)安全防護上也得不到保障。而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國獨立自主研制的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)連續(xù)、實時、精確定位服務，同時，與GPS相比，它還具有安全可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸能力。北斗二號用戶機目前包括指揮型、車載型、手持式和授時型4款通用機型，設計技術先進、功能完備、可靠性高、環(huán)境適應性強，各項指標均達到國標或相關軍標的要求，能夠滿足人防系統(tǒng)應用。因此，“北斗”系統(tǒng)及相關裝備資源能夠符合人防工作平戰(zhàn)結合的特殊性，是構建我國人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)合適的也是唯一的選擇。

圖1 省級人防系統(tǒng)總體網(wǎng)絡框架圖

2 基于北斗的省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)介紹

人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)建設立足現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下人民防空與平時防災、處理突發(fā)事件等應急救援指揮的實際需求，著眼于平站結合、資源共享，依托我國自主研制建設的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，構建全國統(tǒng)一的人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)[3]。實現(xiàn)人防辦的各級人防指揮所、機動指揮通信車、信息采集車之間互聯(lián)互通、資源共享；同時實現(xiàn)系統(tǒng)與人防指揮信息系統(tǒng)相關要素單元的互聯(lián)互通，并在人防戰(zhàn)備值班執(zhí)勤、訓練演練和應急救援行動中實際應用。

2.1 基于北斗的省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)需求

人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)建設主要有以下幾個方面的需求[4]：

(1)定位與導航功能：人防設備及信息化平臺可以依靠北斗設備獲取位置和時間信息，人防指揮平臺能通過北斗通信鏈路實現(xiàn)對終端設備的指令導航功能；

(2)人防資源位置動態(tài)跟蹤及處理：人防指揮中心依靠人防指揮信息系統(tǒng)平臺實現(xiàn)對下屬所有子用戶位置信息的監(jiān)視，指示其下屬子用戶按照規(guī)定的路線行進；人防指揮通信車具有友鄰位置監(jiān)視的功能；

(3)上下及周邊指揮協(xié)同：在沒有其他通信方式的情況下，通過北斗導航系統(tǒng)短報文服務，實現(xiàn)指揮關系網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)一的指揮調度和簡單協(xié)同；

(4)非指揮關系網(wǎng)內(nèi)人防資源位置信息共享：通過北斗導航短報文功能、指揮系統(tǒng)本身電文收發(fā)功能及其他通信功能的相互整合，系統(tǒng)實現(xiàn)非指揮關系網(wǎng)內(nèi)友鄰人防資源位置信息的共享；

(5)時間統(tǒng)一：指揮所內(nèi)通過北斗導航設備對服務器進行校時，各系統(tǒng)終端以服務器為準完成系統(tǒng)軍用標準時間統(tǒng)一。

2.2 基于北斗的省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的架構

省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)分為設備層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層三層，包括衛(wèi)星鏈路、地面有線通信、無線微波通信、3G/4G網(wǎng)絡及集群通信等多種通信方式。設備層主要負責數(shù)據(jù)采集，是系統(tǒng)建設的核心，包括普通指揮機、車載型用戶機、手持式用戶機等北斗衛(wèi)星設備；數(shù)據(jù)鏈路層主要負責通信鏈路，包括北斗通信鏈路、微波通信鏈路、3G/4G網(wǎng)絡及集群通信網(wǎng)絡等通用信息傳輸鏈路；應用層包括對人防數(shù)據(jù)的存儲處理，實現(xiàn)軟件平臺的指揮調度功能。車載型用戶機、手持式用戶機可與普通指揮機之間以北斗衛(wèi)星鏈路進行通信。同時車載用戶機與指揮中心可以通過微波通信、3G/4G網(wǎng)絡或集群通信網(wǎng)與指揮中心實現(xiàn)指令交互和位置上報。詳細結構如圖1所示。

指揮中心的網(wǎng)絡體系結構包括北斗導航綜合服務系統(tǒng)、人防指揮信息系統(tǒng)、時統(tǒng)系統(tǒng)以及警報通信控制系統(tǒng)、空情系統(tǒng)等。

指揮機配合人防指揮軟件能夠監(jiān)控和管理全省范圍內(nèi)所有用戶，支持指揮中心對下屬的位置監(jiān)視、指揮通信、導航、GIS操作、運動軌跡查詢、以及系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視和系統(tǒng)設置等功能。實時位置信息分發(fā)系統(tǒng)是人防衛(wèi)星應用系統(tǒng)的重要組成部分，能夠實現(xiàn)與其他各級各類人防單位的人防北斗用戶機的實時位置信息共享，從而為實現(xiàn)跨區(qū)域監(jiān)控指揮北斗用戶機提供信息服務保證。車載型用戶機和手持式用戶機能夠實現(xiàn)定位、導航、友鄰監(jiān)視等功能。

3 基于北斗的省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的技術特點

北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)作為人防信息化領域的重要應用，在通信、導航、友鄰監(jiān)控、信息分發(fā)管理等方面包含許多創(chuàng)新性的研究，其特點體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 戰(zhàn)時使用穩(wěn)定

人防部門接受軍地雙重領導，戰(zhàn)時承擔著人口疏散等職能，原有的導航定位系統(tǒng)采用GPS解決方案，雖然價格便宜、性能穩(wěn)定、使用方便，但在安全性上存在嚴重隱患。一是GPS技術受制于人，戰(zhàn)時得不到保障；二是GPS沒有通信功能，系統(tǒng)采用地面無線網(wǎng)絡進行通信指揮，戰(zhàn)時或遇到重大自然災害容易癱瘓。在基于北斗的人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)設計中，統(tǒng)一編配了北斗用戶卡的指揮關系及運營管理，同時利用北斗的短報文功能實現(xiàn)上下級間的電文通信，為戰(zhàn)時的安全穩(wěn)定運行提供了保障。

3.2 充分發(fā)揮北斗技術體制優(yōu)勢

“北斗二號”系統(tǒng)開通后，它在保留“北斗一號”系統(tǒng)RDSS模式的基礎上，提供了類似GPS的RNSS模式，兩種技術體制互補，與其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)相比，在應用上具有明顯的優(yōu)勢。本系統(tǒng)設計中，專門考慮了北斗RNSS與北斗RDSS的組合應用模式，既可為用戶提供連續(xù)定位，測速能力，又可進行高安全級別的位置報告和短報文通信，其導航與通信的集成可以互相嵌入，互為增強，發(fā)揮了北斗技術體制優(yōu)勢。

3.3 多種通信鏈路的融合通信

從信息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，其中最基本、最重要的性能指標有兩個：通信的有效性和可靠性。有效性主要是指信息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，而可靠性主要是指信息傳輸?shù)摹百|量”問題。本系統(tǒng)采用短波、3G/4G路由、集群通信與北斗通信鏈路相結合[5]，互為備份和補充的融合通信方式，來滿足上述兩個信息傳輸?shù)闹笜恕?/p>

北斗終端設備不僅可以通過北斗短報文的形式實現(xiàn)對指揮中心的位置上報和信息通信，同時可以依據(jù)標準的北斗數(shù)據(jù)接口協(xié)議，通過短波、3G/4G路由和集群通信鏈路與指揮中心實現(xiàn)指令交互和位置上報。特別是對于終端設備定位信息的上報，受到北斗通信時間頻率限制，人防使用的非軍用北斗卡，其通信頻率一般為一分鐘一次，遠遠滿足不了指揮中心對車載終端定位的坐標頻率更新要求。在平時戰(zhàn)備訓練及普通減災救援中，使用短波、3G/4G路由或集群鏈路，上報北斗終端的RNSS定位信息，可以實現(xiàn)指揮中心對人防車輛的實時精準的定位，為人防車輛的統(tǒng)一調度提供保障。

4 結束語

依托我國自主研制建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，建設省級人防衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)；實現(xiàn)政策法規(guī)和標準規(guī)范完善配套，操作使用和維護管理能力達到規(guī)定要求，與人防指揮信息系統(tǒng)相關要素單元實現(xiàn)互聯(lián)互通，并為人防信息基礎網(wǎng)絡、人防預警報知系統(tǒng)、人防防護救援系統(tǒng)、人防綜合保障系統(tǒng)等已有或者國家統(tǒng)一規(guī)劃建設的信息化系統(tǒng)，提供導航信息保障，實現(xiàn)基于北斗系統(tǒng)的導航定位、網(wǎng)絡授時、短報文通信等功能，并在省級人防戰(zhàn)備值班執(zhí)勤、訓練演練和應急救援行動中實際應用，推動人防信息化建設的進程。

[1]宋博宇,黃建華,王曉芳,白英廣．“北斗系統(tǒng)”在人防信息化系統(tǒng)中的應用[J]．微型機與應用,2012(12)．

[2]李海軍．北斗導航系統(tǒng)與全球定位導航系統(tǒng)(GPS)的比較及優(yōu)勢分析[J]．信息系統(tǒng)工程,2014(6)．

[3]李勇．北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其在人民防空中的應用[J]．全球定位系統(tǒng),2012(10)．

[4]田迎新．對人防通信信息化建沒的幾點思考[J]．德州學院學報,2011(7)．

[5]蘇德雯．人防集群通信系統(tǒng)在“數(shù)字城管”中應用初步探索[J]．黑龍江交通科技,2011(9)．

Application Of The BD Compass Navigation Systems In Civil Air-defense information Construction

Liangbenren,Wuhao,Wangwei
（Sun Create Electronics,Anhui,Hefei）

This article introduces the current development situation of the BD Compass Navigation Systems,which is researched by our country independently.Combined with the needs of the civil air-defense information construction,this article designs and implements the BD Compass Navigation Systems based on BD,which achieve information resource share between each unit information elements of air- defense,supervision of human and vehicle,as well as emergency command in the spot,in order to provide information assurance for Combat readiness on duty, training exercises and emergency rescue of civil air-defense.Taking advantage of short-wave communication,3G/ 4G network or trunking communication transmitting BD short message information and RNSS positioning date,this system designs converged communications method to remedy frequency of BD short message communication,and expand application context of BD system in civil air-defense.

BD Compass Navigation;Civil Air-defense;Unif ed Communication

梁本仁（1982—），男，碩士，工程師，從事北斗導航、無線通信相關的技術研發(fā)工作。

吳昊（1981—），男，碩士，工程師，從事北斗導航系統(tǒng)架構建設的研究與交付工作。

王偉（1979—），男，碩士，工程師，從事通信導航專業(yè)的管理及研究工作。