北斗设备的选择

“工欲善其事,必先利其器”。北斗设备的选型是北斗技术应用的第一步。如果要从众多品牌和型号的北斗设备中挑选出适合地质工作的产品,需要对其特点和使用方法有详细的了解。

根据设备的功能,北斗设备可以分为两大类:指挥机和移动终端。

一、北斗指挥机

北斗指挥机是指具有监控和指挥功能的北斗设备,可以监控和指挥一定数量的下属终端,一般部署在具有管理功能的固定节点。根据下属用户数量和配置的差异,一般可以分为中央指挥官和普通指挥官两种。

(1)北斗中央指挥用户机

北斗中央指挥用户机的主要功能是对所辖用户进行监控和管理。中央指挥官可以管理1000个下属用户。北斗指挥官不仅具有定位、通信、导航和授时功能,还具有指挥、调度、监控和广播功能。适应使用相对固定的指挥节点。中央指挥官有自己的显示屏和操作系统,可以作为普通服务器使用。

图6-1北斗中央指挥用户机

(1)指挥官配置和部署

北斗中央指挥用户机主要由主机、天线、电缆和附件组成。如图6-1和图6-2所示。

在部署设备时,要注意将天线放置在建筑物的顶部,并保持天线在南方对空开放,以便接收北斗信号。

图6-2北斗一号中央指挥用户机部署图

(2)绩效指标

1)接收指标:接收信号误码率≤1×10-5(用户天线端口输入信号功率≥- 157.6 DBW);

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

3)接收卫星频道数:6个频道;

4)设备零值:1ms 10ns。

(3)功能指标

1)定位功能:定位精度:20m(1σ)(标注校准站区域);100m(1σ)(无标准校准站地区);

2)短信通讯功能;

3)导航功能;

4)命令功能:可同时监控采集命令下的用户数≤1000。

(2)北斗普通指挥用户机

北斗普通指挥用户机和中央指挥机的主要功能区别是被监控终端的数量不同。普通指挥官最多可以监控100个下属用户。具有定位、通信、导航、授时等功能,还具有指挥、调度、监控、广播等功能。普通指挥官本身没有服务器,需要连接其他PC电脑或服务器使用。所以整机成本低于集中指挥机(图6-3和图6-4)。

图6-3北斗一号总指挥部用户机部署图

(1)产品功能

1)采用“一线通信”专利技术,即通过一根射频同轴电缆实现北斗收发信号和电力信号的双向传输。从而便于天线与主机的连接,使用户的使用更加方便可靠。

2)支持RS232接口。

(2)绩效指标

1)接收指标:接收信号误码率≤l×10-5(用户天线端口输入信号功率≥-≥-157.6 dbw);

2)发射指数:发射功率EIRP值≤19dBW(方位角0 ~ 360。标高10 ~ 75);

3)接收卫星频道数:6个频道;

4)设备零值:1ms 10ns。

(3)功能指标

1)定位功能:定位精度:20m(1σ)(标注校准站区域);100m(1σ)(无标准校准站地区);

2)短信通讯功能;

3)动态组网功能:可以根据用户需求进行灵活的动态组网,实现对下级用户信息的监控。

图6.4北斗通用命令用户机

(3)北斗指挥机的选择和配置

北斗指挥员可以使指挥节点实时掌控下属终端动态情况,进行指挥监控、安全保障和信息服务推送。具体选择中央还是普通指挥机,要根据指挥节点规模和经费成本综合考虑。对于地勘局或地勘中心一级的固定节点,由于其下属用户较多,可以考虑选择一个中心指挥甚至多个并联;对于省级地质调查院或野外驻点节点,由于规模较小,部分需要经常拆装搬家,选择普通指挥机较为合适。

组装北斗指挥仪时,要注意在空旷的南方固定天线,保证北斗信号的顺利接收。

二、北斗移动终端

北斗移动终端用于移动单个节点,包括人员、车辆和大型设备。随着北斗技术的成熟,北斗二代芯片级产品的出现,进一步推动了北斗终端的多样化和小型化。根据终端使用方式的不同,可分为车载机、手持一体式终端和蓝牙分体式终端。如何选择适合野外工作的北斗终端,是北斗技术推广应用的关键。

(1)北斗车载用户机

北斗车载用户机按组装方式可分为嵌入式北斗车载用户机和分离式北斗车载用户机。嵌入式北斗车载用户机将显控终端潜进车体的控制面板,一般采用触摸屏。用户可以通过触摸屏控制北斗相关功能,设备会随着车辆的启动而自动启动。分离式北斗车载用户机的显示终端先不与车体关联,用户通过操作手柄控制北斗功能。一般显示屏比较小,车辆需要通过车载电源为手柄和天线供电。每次启动车辆,都需要手动重启手柄控制端。

北斗车载用户机可以安装在各种车辆上使用。它不仅具有北斗定位、通信、导航、授时功能,还具有GPS导航定位功能,接收中国卫星导航增强系统广播的差分信息,实现差分GPS导航定位等工作模式,并可为用户提供手动设置工作模式、编辑工作模式切换策略等功能。

北斗车载用户机主要由一体机、线缆、锂电池、操作手柄和配件组成(图6-5)。

(2)北斗手持综合终端

北斗手持用户机将北斗导航通信与GPS相结合,自带显示屏和操作系统,便于携带和操作,可实现北斗定位、通信和导航功能,适合野战单兵使用。

北斗设备厂商根据不同的用户需求和场合,设计不同类型的终端。操作系统方面,既有传统的W indows CE,也有流行的Android系统:外观设计方面,既有适合野外的工业级三防设计,也有适合商务的轻薄设计;在使用方式上,既有高集成度的一体式设计,也有可拆卸的分体式设计。下面列举几种常见的北斗手持终端。

(1)北斗一号/GPS双模手持用户机

“北斗一号”手持用户机是北斗一号系统的一种用户终端。融合了北斗一号和/GPS功能,采用Windows CE操作系统,可以满足个人手持用户的定位通信需求。天线、射频单元和信号处理主板集成在一个单元中。主机包括显示触摸屏、键盘、外部数据接口和电源接口(图6-6)。用户电脑由电池供电,信息输入由手写笔或键盘完成,用户电脑的各种应用由安装在手持机上的人机交互软件完成。双模用户机具有北斗定位、GPS定位导航,接收中国卫星导航增强系统广播的差分信息,实现差分GPS导航定位。

图6-5北斗车载双模用户机

图6-6“北斗一号”手持综合终端

(2)三防北斗二代手机

该机采用工业级三防设计,集成北斗二代导航与通信、GPS、蓝牙、W ifi、3G等技术,搭载Android 4.0操作系统,集成度高,扩展性好(图6-7)。

图6-7三防北斗二代手机

(3)可拆卸北斗二代手机

该机采用灵活可拆卸设计,底座可用于北斗发送北斗短报文。主机相当于手机,具有北斗二代定位、GPS、3G通信功能。通常在手机网络覆盖的情况下,主机可以单独使用,但进入没有网络的野外环境时,可以临时组装底座,实现北斗通信(图6-8)。

图6-8可拆卸北斗二代手机

(3)北斗蓝牙分体终端

北斗蓝牙分体终端是一个独立的北斗数据接入模块,通过蓝牙功能可以与各种显控终端配合使用。它灵活、方便、易用。由于设备小巧便携,可与现有的数字地质调查野外数据采集设备配合使用(图6-9)。

图6-9北斗蓝牙分体终端与显控终端配合使用。

除了北斗定位和通信的基本功能外,该终端还具有以下特点:

1)组合使用“北斗一号”定位通信和G PS:北斗和GPS双模融合技术,可用于北斗卫星和GPS定位。在没有显示终端的情况下,定位信息也可以根据频率自动发回给不同级别的指挥员。

2)短信缓存功能:终端开机未连接PDA时,收到的短信(最多20条)会存储在内部缓存中,然后连接PDA时缓存的短信会一起“吐出来”。

3)一键“安全报告”和遇险报警功能:提供“安全”和“危险”两个快捷按钮,用户可以通过软件设置两个快捷按钮的发送地址和短信内容,实现一键安全报告或遇险报警功能。

4)一键离线短信查询:提供离线短信查询快捷按钮(即终端关机或信号不好时)。终端关机或信号不好时,有信号时,可在卫星主站查询所有离线消息,确保消息不漏。

(四)北斗移动终端选择

不同的北斗设备在基本功能上都有定位和通信功能,但不同的设备有不同的应用模式和适合的用户群体。用户应根据自身需求配备合适的北斗移动设备进行实地使用。

对于北斗车载用户机的选择,要根据车辆改装的工作量和用户需求综合考虑,因为嵌入式车载北斗终端操作方便,但需要改装车体,对组装的技术要求比较高,后期维护相对困难。所以适合新购车辆的配置选择。车辆出厂前,通过与车辆厂家协商,将车载北斗终端嵌入车辆的操作面板中,不仅美观,操作方便,而且相对固定,不易损坏。与嵌入式车载北斗用户机相比,分离式车载北斗终端的组装技术要求更低,对车辆改动更小,拆卸方便,对后期维护的技术要求更低,更适合现有车辆的组装。

对于用户终端的选择,要分析用户现有的设备、用户的应用目的以及设备的优缺点,从而确定合适的终端设备。对于已经开展数字化测图的野外工程,由于已经配备了PDA等一定的设备,只需配置北斗蓝牙分体终端,即可满足北斗通信、定位服务和野外数字地质调查的要求,成本可以得到有效控制。对于没有进行过数字测图或不需要采集外业数据的项目组,当北斗设备仅用于通信和安保时,应配备北斗手持综合终端。由于北斗蓝牙分体终端采用蓝牙连接,在蓝牙因故断开时无法保证实时信息,存在一定的安全隐患。随着基于Android系统的地质调查系统的发展,用户在购买新的数字地质调查设备终端时,也可以选择基于Android系统的可拆卸北斗二代手持机。用户进行数字地质调查时,可以拆卸终端,与用户一起操作。当用户需要它作为安全终端时,可以集成应用,避免了蓝牙传输的不稳定性。