基于北斗的航标监测系统软硬件设计毕业论文

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1、第1章绪论1.1选题背景港口航标是帮助引导船舶航行、定位及标示港区内碍航物的主要港口设施。航标能否正常运行，关系着船舶的安全航行乃至船员的人身安全。随着海上运输的日益繁荣以及导航、无线电通信等技术的更新，也使得各大港口对航标功能的要求也在提高，然而，目前我国大部分港口的航标管理与维护依然是传统的人工模式，也就是小型航标定期检测（如浮标）、大型航标派专人职守（如灯塔）、航标管理人员定期地人工记录航标运行状态的方式，这种较为落后的管理与维护方式，无法做到随时精确地掌握航标的运行信息，给航标管理的难度和管理增加了难度，影响了航标运行水平的进一步提高，无法满足航运业对航标功能

2、的新要求。目前，国际上很多大国纷纷建成了以卫星定位系统为基础的航标监测系统，然而其中绝大部分系统是基于美国军方开发的GPS卫星导航系统而研发的。但是，美国的GPS卫星导航系统，对于其他国家的商业用途是进行了一定的功能和精度限制；而且当今国际局势动荡不定，不排除美国在不远的未来会进一步限制乃至取消GPS卫星导航系统在其他国家商业中的使用，也势必会对相应的航标监测系统造成沉重打击。因此，研发一套以本国自主设计制造的卫星定位系统为基础的航标监测系统，成为了很多国家现今亟待解决的课题。而今，我国拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统（BDS）也已成形，并且新一代的北斗二代卫星导航

3、系统（BD2）也已初具规模，较于其它常见的卫星系统来说，北斗二代卫星导航系统拥有多个优势：（1）支持大批量用户大规模监测、收集数据以及传输数据；（2）在具有定位功能的同时，还支持双向通信功能，且不需其它通讯系统辅助；（3）拥有自主知识产权，加密程度高、安全、稳定，可支持重要部门使用。本论文也基于这样的一个背景，提出了一套基于北斗二代卫星系统的港口航标监测系统的研究方案。1.2北斗二代卫星定位系统概述1.2.1北斗一代卫星定位系统67北斗系统是我国自主开发的卫星定位系统。我国最早于1983年就首次提出了“双星定位”这个北斗一代卫星定位系统的早期基本理论，2000年底，随

4、着前两颗北斗一代定位卫星相继发射升空，北斗一代卫星定位系统（BD1）也正式投入运营。由于北斗一代卫星定位系统属于我国卫星导航的试验系统，利用少量卫星实现的有源定位，精度可达到100m，利用地面站进行校准后为精度可以进一步提升到20m，与当时美国的GPS系统民用版基本一致。该系统用户除了可实现自身定位，还可向外界报告自身地理坐标和发送短消息。但是由于该系统使用的是主动式定位，即用户需要向北斗卫星发送请求信号，然后由地面中心站对用户的地理坐标进行计算得出结果，再通过卫星将运算结果发送回用户端。这种定位方式要求用户所在位置最少可以观测到2颗地球同步轨道卫星，并且用户高度数据

5、已知，所以系统用户数有一定上限。因此，虽然该系统成本较低，但因为其在定位精度、用户容量、定位的频率次数、隐蔽性等方面均受到限制，而且北斗一代不能测速，无法支持船舶计程等功能，所以北斗一代系统没有在国内外市场上引起较大反响。1.2.2北斗二代卫星定位系统基于北斗一代卫星定位系统的试验经验，结合新时期我国经济社会和科技水平发展的需求，构建一个类似GPS功能的全球卫星定位系统开始提上日程，最初被称为北斗二代导航定位系统。2007年起，正式确立为北斗二代（BD2）为北斗卫星导航定位系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS），它也成为继美国G

6、PS卫星系统和俄罗斯GLONASS卫星系统之后第3个成型的卫星导航系统。北斗与美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟GALILEO均为联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星定位系统在大部分功能上类似GPS系统，采用被动式定位原理，用户只要能接收到4颗卫星即可进行自主定位，系统用户数量无限；同时还继承了北斗一代系统的短消息收发等功能，在功能上超越了GPS系统。截至2015年3月31日，北斗卫星定位系统已完成17颗卫星的发射，完成了对亚太地区的覆盖，预计2020年可以实现全球覆盖。1.3目前航标管理的现状1.3.1国内现状67航标，是几乎所有港口都需要配备的基础港口

7、设施。然而在我国，多年以来，很多港口航标的监测、管理和维护多是靠人工完成的，效率不高、误差较大的现象经常发生，仅有部分大型港口对一些重要航标进行了智能化航标的建设。我国处于航标监测系统建设的初期阶段，面临到很多技术问题尚待解决。目前我国大部分港口使用或计划开发的航标监测系统，多是使用GPS系统与航标AIS等模块进行融合以完成监测任务。1.3.2国外现状在国外，尤其是航运发展水平较高的国家，已经开始陆续有规划地对航标系统进行自动化升级，同时组建航标的信息库，建立航标数据系统，以实现航标的自动化管理。很多航运大国，如美、日、英等国，从上世纪90年代起就开