摘要：目前航标管理单位在用定位设备大多使用的进口差分GPS设备，存在功能简单、无法保存测定数据、无法互联、笨重不便携带、天线电源配件需要现场组装等不便之处，本文针对上述问题，提出一套基于北斗和CORS技术高精度智能航标作业定位设备的设计方案，并就关键技术进行深入探讨。
关键词：定位设备 北斗 设计方案 关键技术
一、发展现状
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020年6月23日，第55颗卫星（北斗三号系统地球静止轨道卫星）已完成在轨测试、入网评估等工作，标志着北斗三号系统建设完成，向全球提供服务[1]。
北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分，2014年到2016年底，国土资源、交通运输、中科院、地震、气象、测绘地理信息等6个行业数据处理中心等建设完成，在全国范围提供基本服务。交通运输部海事局建成了覆盖中国沿海水域的沿海北斗CORS系统。由75座基准站、3个海区数据处理服务中心和1个全海区数据监测中心及专网通信链路组成，可以在沿海50公里范围内向广大用户提供实时厘米级和事后毫米级精密定位服务。
航标管理中，技术测定、换标作业、巡视巡检、应急修复等航标作业均需要高精度定位设备，但目前航标管理单位在用定位设备主要有两种，船载差分GPS定位仪和移动式差分GPS定位仪，上述定位设备均存在一定局限性，存在功能简单、无法保存测定数据、无法互联、笨重不便携带、天线电源配件需要现场组装等不便之处。目前，尚没有高精度智能航标定位设备的相关研究。
本文针对上述问题，基于北斗和CORS技术提出一套研制高精度智能航标作业定位设备可行方案，并就关键技术进行深入探讨。
二、设计方案
针对上述问题，本文提出采用便携式差分接收机+控制终端+服务器的整体硬件架构，突破设备局限，实现差分接收机与其他设备和系统的互联互通；采用北斗+CORS技术+信息技术的技术架构，实现高精度定位，打破差分GPS设备硬件壁垒，保障航标作业数据安全可靠。
1.硬件方案
接入网络是定位设备信息化、功能拓展的基础和核心，考虑使用的灵活性和便携性，定位端和控制端采用分离式设计，考虑功能拓展和应用互联，本文设计服务器端提供数据支撑和任务管理功能。
各硬件的功能定位如下：
定位端（以下称差分接收机），在公网覆盖区域（CORS信息需要公网连接）使用北斗+CORS技术实现高精度实时定位，并将定位信息供给控制终端，在无公网覆盖的区域使用GPS+RBN技术，提供高精度定位，同时由于没有网络服务器的支持，差分接收机需要提供海图及基础数据服务信息。差分接收机由三大模块构成，北斗定位和差分模块、GPS定位和差分模块、海图数据服务模块，各模块之间需要复杂的协作逻辑作为支撑。
控制终端，与差分接收机互动提供定位导航服务，与网络服务器互动进行任务沟通与协调。当前条件下，选择人人携带的手机作为控制终端是不错的选择。
服务器端，为控制终端和差分接收机提供基础数据支撑、海图服务、复杂功能解算、任务编辑下达、终端管理、历史数据的存储等功能。
2.技术方案
按照上述硬件的设计逻辑，差分接收机采用北斗+CORS技术（在无公网覆盖的区域使用差分GPS技术）+信息技术，北斗+CORS技术（在无公网覆盖的区域使用差分GPS技术）提供高精度定位的支撑，信息技术在无公网覆盖的区域提供网络服务器的功能。
智能控制终端采用APP技术+移动海图技术，智能控制终端作为差分接收机和网络服务器的桥梁，同时也巧妙的作为作业人员的操控面板和交互渠道，这些功能都是建立在信息通信技术和APP技术上的，同时海上作业需要海图作为支撑。
网络服务器端采用BS架构设计服务端管理系统，实现与移动端APP系统的交互，实现对航标基础信息和航标作业信息的管理、差分接收机管理、人员权限管理、统计分析管理等。
3．技术指标
（1）高精度定位设备主要服务于航标作业，依据《海区航标效能验收规范》JT/T759-2009的标准要求，差分接收机的水平、垂直定位精度，岸基：0.1米，近海：5米，远海：10米[2]。
（2）管理终端，实现自动获取服务器端航标基础信息，可切换技术测定、换标作业、巡视巡检、应急修复等工作模式，自动识别已有航标，记录测定情况，并发送至服务器端，实时动态显示定位导航情况。
（3）网络服务器端，采用BS架构，可实现对航标基础信息（即需要与沿海航标基础数据库同步）和航标作业信息的管理、差分接收机管理、人员权限管理、统计报表管理等功能。
三、关键技术
1.复杂环境下的网络通信技术
在复杂的地理环境下，如何实现硬件的互联是核心问题，同时由于CROS信号的接入需要互联网的支持，硬件之间的网络通信和通信模式的切换成为本文方案一个难点问题，下面分两种情况进行探讨：
在公网覆盖的区域，差分接收机和智能控制终端（手机或平板电脑）之间使用公网、蓝牙、WIFI均可实现互联，多模相互补充是最优方案；差分接收机和网络服务器之间，通过公网连接，实现实时更新差分接收机临时服务器的数据，控制终端和网络服务器之间通过公网进行信息传输和沟通。
在公网未覆盖区，差分接收机和控制终端与网络服务器失去联系，这时候差分接收机承担网络服务器的功能为智能控制终端提供基础服务，可用网络传输途径为蓝牙、WIFI两种，公网信号中断，通信模式的切换也是关键技术之一。
2.带有服务器功能的多模高精度差分接收机和控制终端的设计技术
从硬件层面，差分定位与航标作业（航海保障）深度融合是是一个崭新的领域，定位设备是航标作业必不可少的基础性核心设备，一直以来都是使用通用差分定位设备和船载定位设备，功能单一，无法与航标作业实现互动。航标作业和导航定位技术的结合，实现航标作业任务和导航定位的自动化关联是本方案的技术设计难点之一。这项关键技术需要控制端与航标作业任务、航标基础数据信息进行关联和深度融合，需要控制器端将定位信息与视野内的航标进行有机关联。
四、展望
高精度智能航标作业定位设备研制是北斗和CORS技术在航海保障领域的深度应用，是国家重大科技创新战略的延伸。研制成功后可以有效提高航标作业效率，优化航标资源配置，降低航标作业强度。
参考文献
[1]北斗网.北斗三号系统最后一颗组网卫星入网工作[EB/OL].http://www.beidou.gov.cn/yw/gfgg/202007/t20200729_20862.html,2020-07-29.
[2]JT/T 759-2009,海区航标验收规范[S].北京:中华人民共和国海事局,2009.