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北鬥設備的選擇

“工欲善其事,必先利其器”。北鬥設備的選型是北鬥技術應用的第壹步。如果要從眾多品牌和型號的北鬥設備中挑選出適合地質工作的產品,需要對其特點和使用方法有詳細的了解。

根據設備的功能,北鬥設備可以分為兩大類:指揮機和移動終端。

壹、北鬥指揮機

北鬥指揮機是指具有監控和指揮功能的北鬥設備,可以監控和指揮壹定數量的下屬終端,壹般部署在具有管理功能的固定節點。根據下屬用戶數量和配置的差異,壹般可以分為中央指揮官和普通指揮官兩種。

(1)北鬥中央指揮用戶機

北鬥中央指揮用戶機的主要功能是對所轄用戶進行監控和管理。中央指揮官可以管理1000個下屬用戶。北鬥指揮官不僅具有定位、通信、導航和授時功能,還具有指揮、調度、監控和廣播功能。適應使用相對固定的指揮節點。中央指揮官有自己的顯示屏和操作系統,可以作為普通服務器使用。

圖6-1北鬥中央指揮用戶機

(1)指揮官配置和部署

北鬥中央指揮用戶機主要由主機、天線、電纜和附件組成。如圖6-1和圖6-2所示。

在部署設備時,要註意將天線放置在建築物的頂部,並保持天線在南方對空開放,以便接收北鬥信號。

圖6-2北鬥壹號中央指揮用戶機部署圖

(2)績效指標

1)接收指標:接收信號誤碼率≤1×10-5(用戶天線端口輸入信號功率≥- 157.6 DBW);

2)發射指數:發射功率EIRP值≤19dBW(方位角0° ~ 360°,仰角10° ~ 75°);

3)接收衛星頻道數:6個頻道;

4)設備零值:1ms 10ns。

(3)功能指標

1)定位功能:定位精度:20m(1σ)(標註校準站區域);100m(1σ)(無標準校準站地區);

2)短信通訊功能;

3)導航功能;

4)命令功能:可同時監控采集命令下的用戶數≤1000。

(2)北鬥普通指揮用戶機

北鬥普通指揮用戶機和中央指揮機的主要功能區別是被監控終端的數量不同。普通指揮官最多可以監控100個下屬用戶。具有定位、通信、導航、授時等功能,還具有指揮、調度、監控、廣播等功能。普通指揮官本身沒有服務器,需要連接其他PC電腦或服務器使用。所以整機成本低於集中指揮機(圖6-3和圖6-4)。

圖6-3北鬥壹號總指揮部用戶機部署圖

(1)產品功能

1)采用“壹線通信”專利技術,即通過壹根射頻同軸電纜實現北鬥收發信號和電力信號的雙向傳輸。從而便於天線與主機的連接,使用戶的使用更加方便可靠。

2)支持RS232接口。

(2)績效指標

1)接收指標:接收信號誤碼率≤l×10-5(用戶天線端口輸入信號功率≥-≥-157.6 dbw);

2)發射指數:發射功率EIRP值≤19dBW(方位角0 ~ 360。標高10 ~ 75);

3)接收衛星頻道數:6個頻道;

4)設備零值:1ms 10ns。

(3)功能指標

1)定位功能:定位精度:20m(1σ)(標註校準站區域);100m(1σ)(無標準校準站地區);

2)短信通訊功能;

3)動態組網功能:可以根據用戶需求進行靈活的動態組網,實現對下級用戶信息的監控。

圖6.4北鬥通用命令用戶機

(3)北鬥指揮機的選擇和配置

北鬥指揮員可以使指揮節點實時掌控下屬終端動態情況,進行指揮監控、安全保障和信息服務推送。具體選擇中央還是普通指揮機,要根據指揮節點規模和經費成本綜合考慮。對於地勘局或地勘中心壹級的固定節點,由於其下屬用戶較多,可以考慮選擇壹個中心指揮甚至多個並聯;對於省級地質調查院或野外駐點節點,由於規模較小,部分需要經常拆裝搬家,選擇普通指揮機較為合適。

組裝北鬥指揮儀時,要註意在空曠的南方固定天線,保證北鬥信號的順利接收。

二、北鬥移動終端

北鬥移動終端用於移動單個節點,包括人員、車輛和大型設備。隨著北鬥技術的成熟,北鬥二代芯片級產品的出現,進壹步推動了北鬥終端的多樣化和小型化。根據終端使用方式的不同,可分為車載機、手持壹體式終端和藍牙分體式終端。如何選擇適合野外工作的北鬥終端,是北鬥技術推廣應用的關鍵。

(1)北鬥車載用戶機

北鬥車載用戶機按組裝方式可分為嵌入式北鬥車載用戶機和分離式北鬥車載用戶機。嵌入式北鬥車載用戶機將顯控終端潛進車體的控制面板,壹般采用觸摸屏。用戶可以通過觸摸屏控制北鬥相關功能,設備會隨著車輛的啟動而自動啟動。分離式北鬥車載用戶機的顯示終端先不與車體關聯,用戶通過操作手柄控制北鬥功能。壹般顯示屏比較小,車輛需要通過車載電源為手柄和天線供電。每次啟動車輛,都需要手動重啟手柄控制端。

北鬥車載用戶機可以安裝在各種車輛上使用。它不僅具有北鬥定位、通信、導航、授時功能,還具有GPS導航定位功能,接收中國衛星導航增強系統廣播的差分信息,實現差分GPS導航定位等工作模式,並可為用戶提供手動設置工作模式、編輯工作模式切換策略等功能。

北鬥車載用戶機主要由壹體機、線纜、鋰電池、操作手柄和配件組成(圖6-5)。

(2)北鬥手持綜合終端

北鬥手持用戶機將北鬥導航通信與GPS相結合,自帶顯示屏和操作系統,便於攜帶和操作,可實現北鬥定位、通信和導航功能,適合野戰單兵使用。

北鬥設備廠商根據不同的用戶需求和場合,設計不同類型的終端。操作系統方面,既有傳統的W indows CE,也有流行的Android系統:外觀設計方面,既有適合野外的工業級三防設計,也有適合商務的輕薄設計;在使用方式上,既有高集成度的壹體式設計,也有可拆卸的分體式設計。下面列舉幾種常見的北鬥手持終端。

(1)北鬥壹號/GPS雙模手持用戶機

“北鬥壹號”手持用戶機是北鬥壹號系統的壹種用戶終端。融合了北鬥壹號和/GPS功能,采用Windows CE操作系統,可以滿足個人手持用戶的定位通信需求。天線、射頻單元和信號處理主板集成在壹個單元中。主機包括顯示觸摸屏、鍵盤、外部數據接口和電源接口(圖6-6)。用戶電腦由電池供電,信息輸入由手寫筆或鍵盤完成,用戶電腦的各種應用由安裝在手持機上的人機交互軟件完成。雙模用戶機具有北鬥定位、GPS定位導航,接收中國衛星導航增強系統廣播的差分信息,實現差分GPS導航定位。

圖6-5北鬥車載雙模用戶機

圖6-6“北鬥壹號”手持綜合終端

(2)三防北鬥二代手機

該機采用工業級三防設計,集成北鬥二代導航與通信、GPS、藍牙、W ifi、3G等技術,搭載Android 4.0操作系統,集成度高,擴展性好(圖6-7)。

圖6-7三防北鬥二代手機

(3)可拆卸北鬥二代手機

該機采用靈活可拆卸設計,底座可用於北鬥發送北鬥短報文。主機相當於手機,具有北鬥二代定位、GPS、3G通信功能。通常在手機網絡覆蓋的情況下,主機可以單獨使用,但進入沒有網絡的野外環境時,可以臨時組裝底座,實現北鬥通信(圖6-8)。

圖6-8可拆卸北鬥二代手機

(3)北鬥藍牙分體終端

北鬥藍牙分體終端是壹個獨立的北鬥數據接入模塊,通過藍牙功能可以與各種顯控終端配合使用。它靈活、方便、易用。由於設備小巧便攜,可與現有的數字地質調查野外數據采集設備配合使用(圖6-9)。

圖6-9北鬥藍牙分體終端與顯控終端配合使用。

除了北鬥定位和通信的基本功能外,該終端還具有以下特點:

1)組合使用“北鬥壹號”定位通信和G PS:北鬥和GPS雙模融合技術,可用於北鬥衛星和GPS定位。在沒有顯示終端的情況下,定位信息也可以根據頻率自動發回給不同級別的指揮員。

2)短信緩存功能:終端開機未連接PDA時,收到的短信(最多20條)會存儲在內部緩存中,然後連接PDA時緩存的短信會壹起“吐出來”。

3)壹鍵“安全報告”和遇險報警功能:提供“安全”和“危險”兩個快捷按鈕,用戶可以通過軟件設置兩個快捷按鈕的發送地址和短信內容,實現壹鍵安全報告或遇險報警功能。

4)壹鍵離線短信查詢:提供離線短信查詢快捷按鈕(即終端關機或信號不好時)。終端關機或信號不好時,有信號時,可在衛星主站查詢所有離線消息,確保消息不漏。

(四)北鬥移動終端選擇

不同的北鬥設備在基本功能上都有定位和通信功能,但不同的設備有不同的應用模式和適合的用戶群體。用戶應根據自身需求配備合適的北鬥移動設備進行實地使用。

對於北鬥車載用戶機的選擇,要根據車輛改裝的工作量和用戶需求綜合考慮,因為嵌入式車載北鬥終端操作方便,但需要改裝車體,對組裝的技術要求比較高,後期維護相對困難。所以適合新購車輛的配置選擇。車輛出廠前,通過與車輛廠家協商,將車載北鬥終端嵌入車輛的操作面板中,不僅美觀,操作方便,而且相對固定,不易損壞。與嵌入式車載北鬥用戶機相比,分離式車載北鬥終端的組裝技術要求更低,對車輛改動更小,拆卸方便,對後期維護的技術要求更低,更適合現有車輛的組裝。

對於用戶終端的選擇,要分析用戶現有的設備、用戶的應用目的以及設備的優缺點,從而確定合適的終端設備。對於已經開展數字化測圖的野外工程,由於已經配備了PDA等壹定的設備,只需配置北鬥藍牙分體終端,即可滿足北鬥通信、定位服務和野外數字地質調查的要求,成本可以得到有效控制。對於沒有進行過數字測圖或不需要采集外業數據的項目組,當北鬥設備僅用於通信和安保時,應配備北鬥手持綜合終端。由於北鬥藍牙分體終端采用藍牙連接,在藍牙因故斷開時無法保證實時信息,存在壹定的安全隱患。隨著基於Android系統的地質調查系統的發展,用戶在購買新的數字地質調查設備終端時,也可以選擇基於Android系統的可拆卸北鬥二代手持機。用戶進行數字地質調查時,可以拆卸終端,與用戶壹起操作。當用戶需要它作為安全終端時,可以集成應用,避免了藍牙傳輸的不穩定性。