卫星定位系统在炮兵测地中的应用研究.pdf

　　1.1 背景

高新技术特别是信息技术的迅猛发展，使武器装备产生了质的飞跃，对现代

战场产生了巨大影响，作战范围向大纵深、全方位方向发展，作战行动具有更加

广泛的机动性。炮兵测地保障是炮兵遂行快捷高效指挥、快速准确射击的重要前

提。未来高技术条件下炮兵作战、指挥都对测地保障提出更高的要求，为高技术

条件下的我军炮兵测地保障赋予了新的特点。

1.1.1 时间上的连续性和紧迫性明显增强

时间上的连续性强，是指炮兵作战、指挥时间上的连续要求炮兵测地保障在

全时域内不间断地进行。高技术条件下的作战具有全天候的特点，从而要求测地

分队为炮兵作战、指挥行动提供全天候的测地保障，尤其强调在夜间和不良天候

条件下也需遂行测地保障。高技术条件下作战具有速战速决的特点，众多反应快、

速度快、杀伤力强的武器系统的大量装备及作战方式的变化，使作战行动具有了

更高的速度，这种高速度的作战行动持续不断地进行，使得可供炮兵测地保障利

用的时间十分有限。同时，高技术武器装备的发展与运用，对炮兵作战指挥也产

生了重大影响，指挥决策更具快捷性、指挥手段更具高效性，指挥系统的自动化

更极大地促进了指挥效率和质量的提高，炮兵测地保障作为保障炮兵作战指挥实

施的基础之一，使测地保障时间上的紧迫性明显增强。因此，炮兵测地分队应具

有―近实时‖的保障能力，提高快速反应能力，能遂行全天候保障。

1.1.2 保障任务多样性、保障范围广阔性

由于我军炮兵武器装备的不断发展，使测地保障所担负的任务增加，不但要保

障牵引火炮作战，而且要为自行火炮、地地战役战术导弹、无人驾驶侦察机等新

型武器装备的作战行动提供保障；在保障内容上，既要提供坐标方位高程等成果，

又要提供天文测量、重力测量、卫星大地测量和惯性测量等方面的成果，还要提

供兵器特殊参数测量成果，加之末制导炮弹、末敏弹、子母弹等新型弹药的出现，

机动作战对快速定位的要求，瞄准当今尖端技术，改进我军测地装备，建立一个

先进、高效、健全的测地保障体系，提高我军测地保障能力，将成为测地保障发

展的当务之急。由于科学技术的飞速发展，卫星定位系统的开发与应用发展十分

迅速，世界各国先后开发了多种应用卫星系统并在不同领域内发挥了重要作用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

继美国―子午仪卫星导航系统‖之后，美、俄两国分别建立了 GPS 和 GLONASS 全

球定位系统。两个系统都是全球覆盖、全天候、实时快速的高精度导航定位系统，

GPS 已于 1993 年 6 月全面建成并投入使用，GLONASS 也于 1993 年 9 月投入运行。

自 1993 年起，美、德、加、英等国军队均已装备了第三代大地测量型 GPS 接收机。

目前，外军相继推出了 Ashtech 3DF 接收机、Ashtech Z-12 双频 GPS 接机、 ProMARK

X 差分测量 GPS 接收机等。外军还广泛利用 GPS 技术对现有装备进行改造，从而使

原有系统的精度、可靠性等方面都有了极大提高，如美军在增强型定位报告系统

（EPLRS）中引入了 GPS 系统，从而极大地提高了该系统的快速定位定向能力。美

军还将 GPS 系统大量地引入了精确打击武器的制导系统，从而使精确打击武器的

精度、可靠性以及全天候作战能力都大为提高。八十年代以来美军所参加的几场

局部战争中，卫星的作用日趋明显，在 GPS 的帮助下，美军真正实现了对目标的

精确打击，并建成了世界上第一支数字化部队

由于卫星导航定位系统的军用价值越来越高，各发达国家都在研发自己的

―GPS‖，其中正在构建中的欧洲―伽利略‖系统将是最为完善的导航定位系统，它兼

容了―GPS‖和 ―GLONASS‖的优点，定位精度更高覆盖范围更广。

1.2.2 我军研究现状

随着 2003 年 5 月 24 日第三颗―北斗一号‖卫星的发射升空，我国已经建立了一

个由三颗导航卫星组成的卫星体系。前两颗分别于 2000 年 10 月 31 日和 12 月 21

日发射升空。―北斗一号‖卫星定位系统具备较高的并发处理能力，覆盖我国大陆所

在地区和海区，与电信蜂窝网络或集群网络相比为真正意义上的无缝隙覆盖，能

够提供快速定位功能，可以从监控中心获得移动目标的实时位置信息，此外用户

监控中心可与目标进行双向通信和发布广播信息，所以―北斗一号‖卫星定位系统的

第二章 “北斗一号”卫星定位系统

2.1 系统定位原理

―北斗一号‖卫星导航定位系统也就是利用地球的两颗同步卫星进行卫星定位，

导航的过程。在地球同步轨道上运行的卫星叫地球同步卫星，卫星距地心 3.6 万多

公里。因同步卫星运动周期与地球自转周期相同，因而卫星相对地面静止，这种

卫星的地面轨道是赤道上的一个点，所以有人叫它为静止星。人们一般所说的同

步轨道和同步卫星，多数是指这种相对地面静止的同步卫星。

卫星定位是利用两颗地球同步卫星作信号中转站。测站点收发机接收一颗卫星

转发到地面的测距信号，并向两颗卫星同时发射信号作应答。地面中心站根据两

卫星转发测站的同一个应答信号以及其他数据计算测站位置。测站收发机在充许

的时间内或规定的时间后，再接收到卫星转发信号，便可在显示器上显示出定位

结果。这个定位结果是利用已知卫星位置、测站至卫星的斜距，以及测站点大地

高计算出来的。卫星定位时，测站必须能同时看到两颗地球同步卫星，即测站必

须位于两颗地球同步卫星的共同覆盖区。在共同覆盖区内，测站与卫星的相对位

置不同，测站点对卫星的仰角也就不同。仰角在允许值之内的共同覆盖区才是测

卫星定位原理可以从定位的几何原理和定位的代数原理来分析。

2.1.1 几何原理

设想以卫星为球心，以卫星至测站的斜距为半径，则两颗卫星和各自的斜距可

以作两个大球。由于两颗卫星在轨道上的弧距一般在

　　30 ～

60 之间，即两颗卫星间

的弧长在 22000km～42000km 之间，这个距离范围小于两斜距之和（约为

72000Km），所以两大球面必定相交，其交线为一个大圆，称之为交线圆。如图 1，

由于同步卫星轨道面与地球赤道重合，则通过远离赤道的地面点的交线圆，必定

穿过赤道面，在地球的南半球和北半球各有一个交点，其中一个交点就是测站点。

但是测站点一般不在参考椭球面上，在南半球或北半球要唯一确定测站点，还必

须知道大地高，因为交线圆上的点到各卫星的距离各自分别相等，但大地高却都

大地经度时由于采用公式

，所以，卫星定位计算 L 的精度较高。求纬度 B

由于 x 含 z ，而

，B 只能根据概值计算，所以卫星定位必须

迭代计算。当测站位于赤道附近

时，据上式有近似关系：

，所以 dB有较大的值，故在赤道附近纬度的计算精度很差

2.2 系统组成与工作过程

2.2.1 系统组成

整个系统由地球同步卫星、中心控制系统、标校系统和用户机四大部分组成。

各部分间由出站链路（即地面中心至卫星至用户链路）和入站链路（即用户机至

卫星中心站链路）相连接。

空间部分包括三颗地球同步轨道卫星（两颗工作星、一颗备用星），两颗工作

卫星分别定点于东经 80 度和东经 140 度的赤道上空 36000 公里处，覆盖中国及周

边国家和地区。这两枚卫星采用―东方红 3 号卫星‖平台技术，主要分为推进舱、服

务舱、通信舱等舱段及平台结构、电力、测控、姿控、热控、转发器、天线等分

系统，并具有 USB、S、C、L 等 6 个测控频段，卫星重约两吨，设计寿命 8 年。

为增强系统可靠性，发射了第 3 颗卫星做备用星，它将定位于东经 110 度。3 号星

的基本设计与卫星 1、卫星 2 相同，但取消了 C 频段转发器，改用

　　2L 频段，

并增设 9 个镭射反射棱镜。备份星用以当卫星 1、卫星 2 发生故障时，接替其 S 及

L 频段的工作。倘若卫星 1、卫星 2 工作正常，则可利用 3 号星进行导航定位卫星

的完善性电文广播、差分修正服务、附加导航服务等工作，并配合地面中心站、

定轨站、基准站提升标准时间、大气层时间延迟的修正精度，改善定位编码方式

及传送速率等手段，以建立卫星导航增强系统而改进导航定位功能。

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　　2.3 系统功能

―北斗一号‖卫星定位系统可以为用户提供三大服务功能：定位、报文通信、

定时与授时。其中后两项功能是全球定位系统（GPS）所不能提供的。系统定位

精度在我国地区与 GPS 定位精度相当。

2.3.1 快速定位

北斗导航定位系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位

服务，定位精度优于 20 米。定位主要是通过伪码测距的方式，测出用户到每颗卫

星的距离，并利用用户自身提供的测高数据或中心控制站的高程数据库，计算得

到用户的位置数据。

2.3.2 简短通信

―北斗一号‖系统可实现双向报文通信，北斗用户终端具有双向数字报文通信

能力。通信的数据主要为汉字和代码码两种形式的短消息。用户的位置信息放在

出站信号的某帧的数据段内，经卫星 1 或卫星 2 转发给申请用户。对通信申请，

系统将通信内容以同样的方式发给收信用户。

2.3.3 精密授时

北斗导航定位系统具有单向、双向两种授时功能，可提供 20 纳秒的授时精度。

用户在收到标准时和信号传输时延后，可获取高精度的北斗时间信息，完成定时、

授时功能。在特定情况下还可以完成双向定时功能。

地面中心站将在每一超帧周期内的第一帧的数据段发送标准时间（天、时、

分信号与时间修正数据）和卫星的位置信息，用户接收此信号与本地时钟进行比

对，并计算出用户本地时种与标准时间信号之差值，然后调整本地时钟与标准时

间对齐（单向授时）；或将对比结果通过入站链路经卫星转发回地面中心，由地面

中心站精确计算出本地时钟和标准时间的差值，再通过出站信号经卫星 1 或卫星

2 转发给用户，用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐（双向授时）[5]。

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2.4 系统优缺点

2.4.1 系统优点

该系统应用具有五大优势：

(1) 它同时具备定位与通讯功能，无需其他通讯系统支持；

(2) 它融合北斗导航定位系统和卫星导航增强系统两大资源，提供更丰富的

(3) 系统覆盖中国及周边国家和地区，24 小时全天候服务，无通讯盲区；

(4) 系统定位解算都集中在地面控制中心站，特别适合于大范围移动目标监

(5) 它是自主系统，采用高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部

2.4.2 系统缺点

(1) 北斗系统定位是要依靠地球椭球面，所以，对于实际应用来说，因为存

在高程误差，必须依靠数字地图或气压测高。

(2) 北斗系统的卫星是同步卫星，这意味着落地信号功率很小，需要有碟型

天线，地面的接收系统可能无法微型化。

(3) 由于是同步卫星，相对于终端来说，下行波束的角度很窄，也就是说，

运动的地面终端必须不断调整天线的指向，在车船上，是靠一整套的稳定装置，

对于高速运动的设备，无法使用该系统实时定位。

(4) 由于―北斗一号‖系统仅能提供用户接收机二维的定位数据，另外获取用

户高程数据后才能计算出待定点三维位置坐标，因此，其定位数据属于静态的、

低精度的、非即时的。

(5) 该系统是区域性定位系统，不具备全球性。容易发生用户可能无法―通视‖

卫星而收不到信号，或卫星信号品质不佳而无法定位的现象。

―北斗一号‖仅系我国研发与建立导航卫星系统的一个―先导性系统‖，其未来

的发展方向是逐步实现建立我国自主的全球三维导航卫星系统。

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2.5 对炮兵测地保障发展的影响

高技术条件下炮兵作战、指挥要求不断发展和完善测地装备，建立一个先进、

高效、健全的测地保障体系。因此，―北斗一号‖卫星定位系统在炮兵中发挥作用

以后，必将对测地保障的发展带来重大影响，将促使炮兵测地保障向―保障模式多

样化、作业编组小型化、作业方法综合化、保障手段自动化、保障信息综合化‖

（1）促进测地保障模式向多样化方向发展

未来高技术战场炮兵作战特点要求炮兵测地保障的模式具有多样化。一是作

战的流动性决定了保障地域的不确定性，战斗过程中，兵力和火力机动又非常频

繁，战场态势变化急剧，传统的测地保障模式已无法满足炮兵作战的需要。二是

高技术条件下作战的紧迫性决定了炮兵更多地是在仓促情况下选择占领阵地、组

织指挥射击、转移战斗队形，所以，测地保障作业应与被保障分队展开战斗队形

同步进行，完成阶段任务后再行交替保障，逐步扩展控制范围。三是机动炮兵群

的快速机动作战要求测地保障能灵活多变，跟得上、测得准、保障及时，追求的

是直接获得最精确的测地成果。―北斗一号‖卫星定位系统作业方式灵活多样，减

少了作业层次，装备部队后，将极大地改变传统的保障模式，促使测地保障作业

由集团作业转变为小群分散作业、由保障滞后转变为超前保障与平行保障并举，

既可以大范围统一作业快速、完善预设战场基础建设和战时基本保障，也可以对

被保障分队做到小群随伴保障、同步展开、平行作业，还为战场上测地保障作业

样式的转换提供了方便。

（2）为作业编组小型化、多能化创造了条件

为适应高技术条件下炮兵作战―多编群、编小群‖的特点，炮兵测地分队编组

也应在能独立完成保障任务的前提下实行―多编群、小型化‖原则，以便快速灵活

作业，骤增的测地保障需求量才容易完成。随着―北斗一号‖卫星定位系统的装备，

实施单兵保障成为现实，为―多编群、小型化‖创造了物质上的条件。此外，根据

侦测作业方法的综合性、侦测作业内容的互补性，还可实行侦测合一、统一优化

编组，装备―北斗一号‖卫星定位系统的各组将能担任侦察、测地一体化保障任务，

促进了侦测兵力合成，可一兵多用、器材互补、作业综合、一组多能，增强了保

障能力，利于取得整体综合效益。

（3）利于作业方法综合化实施

高技术条件下炮兵作战情况的复杂多变以及测地新器材、新技术、新方法的

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第三章 卫星定位系统应用于炮兵测地的软件设计与实现

本成果充分发挥―北斗一号‖卫星定位系统快速定优势，研究了其在炮兵中应

用。首先利用这个平台，研制了两种便携式装备―炮兵北斗定位仪‖，―炮兵北斗射

击指挥仪‖，同时对其在炮兵测地、侦察、行军导航、及射击指挥等方面做了较为

3.1 炮兵北斗定位仪

炮兵北斗定位仪是一种新研制的、以―北斗一号‖卫星定位系统为通信平台、

以掌上型电脑 PDA 为载体，主要适用于炮兵测地分队实施测地保障，为射击分队

快速、准确射击奠定基础。炮兵北斗定位仪功能齐全、界面友好、操作方便、便

于携带,与我军已列装的测地计算器相比，它不但扩充了许多计算功能、增加了远

程打击有关计算和数据库管理功能，而且能够利用我国自主研发的―北斗一号‖卫

星定位系统进行快速地定位、通信和导航功能；信息传输稳定，不受干扰，克服

了我军以往指挥系统通信能力不强的软肋，同时也克服了受制于美国 GPS 卫星、

俄罗斯 GLONASS 卫星的缺点，其造价低，经济效益显著，便于大规模列装。

3.1.1 炮兵北斗定位仪的总体设计

3.1.1.1 开发运行环境

在研制―炮兵北斗定位仪‖时，选用当前嵌入式系统开发的首选运行环境

——Window CE 操作系统。微软 Windows CE 是一个开放且多样化的 32 位嵌入式

操作系统。其设计目的就是满足广泛的智能设备的需求，例如从诸如工业控制器、

通信集线器、和收款机系统(POS)等企业工具到诸如摄影机、电话和家庭娱乐设备

等电子消费性产品，为自动控制、视听娱乐、移动计算、终端、数据收集、数据

共享及联网等各个应用领域提供一个稳定、实时及多任务的操作系统。一个典型

的 Windows CE 嵌入式系统常被订制为一个能达到特定目的，一个轻量化及内置

的能果断反应中断的操作系统。Window CE.Net 目前支持四大系列的 CPU 架构

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3.2 卫星定位系统在炮兵测地中的软件应用

由卫星定位原理可知，卫星定位系统之所以能够定位，是因为由测站点对两

颗卫星的两条边，可组成两个观测方程，能解出两个未知数。但是，测站点是三

维坐标，所以必须先知道三维中的任意一维，才能解出其余两维来。要想求出测

站点的经纬度（L，B），就必须知道大地高（H），所以由观测边和大地高才能定

位。既然有两个观测方程包含测站点的三维坐标未知数，为了求解，我们可以任

意选择已知的两维坐标，选择大地高为待求的一维坐标，结果发现：同步卫星定

位系统推求的大地高精度，高于目前我国现有的大地高精度。因而，此系统可以

成为改善我炮兵控制测量中大地高精度的一种手段，从而进一步提高炮控网精度。

这就是同步卫星定位系统在炮兵控制测量中的主要运用。

3.2.1 基本原理

地面中心站接收到两颗卫星转发的响应信号后，可以组成如下两个观测方程：

式中，R1 ，i=1，2，为地面中心站至卫星的距离， SI， i=1，2，为卫星至

测站的距离，如图 3-18 所示。

由于地面中心站和卫星位置已知，所以观测方程中只在 SI 中含有未知数——

测站点的三维坐标。两个方程含测站点位置的三个未知数，无法求解，故必须要

知道测站点大地高，剩下经纬度两个未知数，两个方程便可唯一求解。这就是卫

星定位系统的基本原理。为了消除观测中的系统性误差，本系统采用差分定位法，

即测站点附近的已知点与测站点同步观测，用已知点至卫星边长的观测值与已知

值之差，改正测站点的观测边长，或者用已知点的计算点位与已知点位之差，改

正测站点的计算点位。差分定位的主要误差源是观测偶然误差和高程误差。据估

计差分改正之后的残差为：

测站点收发机噪声 2.8m

已知点收发机噪声 1.4 m

卫星星历误差 0.1 m

大气延迟 0.5 m

多路径影响 1.0 m

这几项平方根为 3.3m。用数字地图提供高程，一般情况下高程精度可达 5 m。

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卫星定位系统提供大地高可明显提高大地高精度，且精度分布均匀，节省大

量人力财力。因而，卫星定位系统在我炮兵控制测量中可以发挥一定作用。但由

于计算较为复杂，仅作为一种思路，在特殊情况下可作为辅助手段使用。

3.3 卫星定位系统在连测炮兵战斗队形中的软件应用

快速准确地连测出炮兵战斗队形是炮兵实现机动作战的重要保障。前面我们

介绍了所开发的―炮兵北斗定位仪‖具有定位速度快、操作简单、定位精度较高等

特点，可在各种地形上、全天候为炮兵机动作战提供快速的定位保障。

炮兵机动作战中，战斗队形的连测一般使用简易连测，由于炮兵北斗定位仪

单机单点平面定位精度约 20m(drms)，平面精度完全可以达到简易连测（中误差

25m）的精度，因此，炮兵北斗定位仪是简易连测的理想作业器材。使用炮兵北

斗定位仪实施简易连测作业简单、速度快。作业时，将炮兵北斗定位仪置于待定

点上，开机观测，得出点位测量值[16]。

具体作业时，我们可按照图 3-19 定位流程进行测量。

当测地保障需要实时定位数据时，系统会根据炮兵测地分队所选择的科目将

得到的定位数据进行相应的变换，从而得到所需要的坐标数据，如当进行连测时，

系统给出的定位数据是带 2 位小数的 8 位实数（如 90016.41），当进行测边控制测

量时，系统给出的定位数据是带 2 位小数的 9 位实数（如 490016.47），而当进行

远程打击计算时，系统给出的定位数据是全坐标，即纵坐标的整数位为 7 位（如

3546016.41），横坐标的整数位为 8 位（如 20672016.41）。

使用炮兵北斗定位仪按单机单点定位方式实施简易连测保障时，不能用于赋

予火炮（观测器材）基准射向。因为按单机单点定位精度 20m(drms)估算，要使

赋予射向精度达到 0-02 密位，按瞄准点法要领作业时（火炮(观测器材)坐标、瞄

准点坐标均用炮兵北斗定位仪单点定位测得），瞄准点要选在 15000m 以外，这是

图 3-19 测量定位流程

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3.4 卫星定位系统在炮兵观察所作业中的软件应用

炮兵北斗定位仪中的观察所作业选项为我们提供了更为快捷、准确的作业方

式。炮兵北斗定位仪主要用于观察所作业中的单观与双观决定目标。

3.4.1 单观决定目标

单观决定目标，就是使用一个观察所，采用目测法或利用观测器材测定观目

分划（方向角或方位角）、观目距离（高低角或高程差）决定目标位置。通常由激

光测距机进行保障。

3.4.1.1 作业方法

炮兵北斗定位仪单观作业主要采用极距法测定目标坐标，采用单点高程法来

确定目标高程。此方法需要炮兵北斗定位仪、测距、测角仪器配合使用来完成。

通常用于能够测出观目距离和观目坐标方位角时。

3.4.1.2 作业步骤

情况一：当已连测出观察所坐标时。可以直接将在观察所获得的观目距离、

观目坐标方位角、观目高低角输入―炮兵北斗定位仪‖的指定科目内即可快速获得

目标坐标、高程。我们可以将成果存入炮兵北斗定位仪的数据库中以备随时调用，

也可利用它的通信功能将其传输与其他友邻单位。

情况二：仓促条件下尚未连测出观察所坐标高程。则要先利用炮兵北斗定位

仪的定位功能定出观察所坐标、高程并将其存入数据库中用。其余步骤同情况一。

3.4.2 双观交会目标

通过两个或两个以上的观察所，同时测出统一目标的方向分划，以计算（图

解）的方法，求出目标的坐标，叫交会目标。目标高程可以使用单点高程或交会

3.4.2.1 作业步骤

在主观、侧观配置的测距、测角等器材同时，还要配置一部炮兵北斗定位仪，

并分别命名为主观定位仪和侧观定位仪。

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情况一：当已连测出主、侧观察所坐标高程时。当交会目标时可以先将主观

获得的观目坐标方位角、观目高低角输入主观定位仪，然后利用定位仪的通信功

能将侧观所得数据由侧观定位仪传输给主观定位仪，最后由主观定位仪在指定科

目求得目标坐标、高程。我们可以将成果存入炮兵北斗定位仪的数据库中以备随

时调用，也可利用它的通信功能将其传输与其他友邻单位。

情况二：仓促条件下尚未连测出观察所坐标高程。则要先利用炮兵北斗定位

仪的定位功能分别定出主、侧观的坐标高程并将其存入数据库中。其余步骤同情

情况三：仅有一个观察所可以看到目标。此时应利用主、侧观定位仪的通信

功能在目标附近选一个两观均能看到的明显物体作为补助交会物进行交会。利用

定位仪的计算功能计算出观察所至补助交会物的距离，修正距离差后，作为观目

距离，再用单观作业决定目标位置[17]。

3.4.2.2 作业要领

对于交会运动目标和瞬间目标时要求主观侧观同时测定。具体步骤为：

（1）当主观或侧观发现目标时迅速利用炮兵北斗定位仪通信功能统一下达交

会目标的口令。例：―左右观注意，第二号方位物西 300 米，长形高地上，观察所，

瞄准潜望镜，交会！‖

（2）各定位仪接到消息后迅速告之作业人员，随即进行标示，测量，计算。

3.5 炮兵北斗定位仪操作界面及使用

3.5.1 概述

“炮兵北斗定位仪”是带有侦察、测地作业软件的北斗卫星定位系统终端机，

它能够实现卫星定位、导航、通信，能够完成侦察、测地作业。

3.5.1.1 仪器特点和主要功能

发射时最大功耗 ×××W

待机时功耗 ×××

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第四章 卫星定位系统作业精度分析

卫星定位系统虽然在一定范围内精度较高，但是，由于作业精度受卫星、无

线电信号传播、仪器本身等多方面因素的综合影响，因此有必要分析、研究各种

影响因素的规律，为研究消除误差方法、提高作业精度奠定基础。

　　4.1 误差来源

影响卫星定位系统精度由下述几个因素所决定：计算定位的几何图形、定位

的大地高精度、点位的地理纬度、观测和计算方法、测站收发机发射功率和伪码

长度等。这些误差，按误差性质可划分为系统误差和偶然误差。对偶然误差只能

采用统计处理方法，如最小二乘法。对系统误差主要是分析、研究其规律，采取

有效措施，予以消除或减弱[18]。

4.2 单机定位误差分析及提高作业精度的措施

4.2.1 定位几何图形有关的误差

从几何图形角度看，要唯一地确定测站点必须满足下列条件：

a.两卫星间的弧长必须小于两星站斜距之和；

b.以卫星为球心，斜距为半径的两球面的交线圆必须与测站水平面相交；

c.必须已知测站点大地高。

只有满足第一条件才能产生交线圆。要满足这个条件，两卫星间的最大夹角

　　162 ，只有小于

162 ，才有全球波束的共同覆盖区，测站才能同时看到

两颗卫星，才能定位。而且两卫星弧距越小，共同覆盖区越大。当两卫星弧距为

时，测站几乎在等边三角形的一个顶点上，几何强度最好。

过测站点的交线圆不一定和测站点水平面相交，有时可能相切或重合。例如，

测站在赤道上时，交线圆与水平面相切。测站在赤道附近，交线圆与水平面几乎

重合，故交会的测站纬度值很差。由于地球半径和斜距都是长距离值，圆弧曲率

很小，故在局部地区球面和交线圆可看成是平面和直线。直线与平面垂直相交，

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5.1 完成的主要工作

5.1.1 开发了适用于炮兵作战使用的炮兵北斗定位仪

炮兵北斗定位仪是一种以“北斗一号”卫星定位系统为通信平台、以掌上型电

脑 PDA 为载体，主要适用于炮兵测地分队实施测地保障的便携式仪器，它可以为

射击分队快速、准确射击奠定良好的基础。炮兵北斗定位仪功能齐全、界面友好、

操作方便、便于携带,与我军已列装的测地计算器相比，它不但扩充了许多计算功

能、增加了远程打击有关计算和数据库管理功能，而且能够利用我国自主研发的

“北斗一号”卫星定位系统进行快速地定位、通信和导航功能；信息传输稳定，

不受干扰，克服了我军以往指挥系统通信能力不强的软肋，同时也克服了受制于

美国 GPS 卫星、俄罗斯 GLONASS 卫星的缺点

5.1.2 研究了卫星定位系统在炮兵侦测保障中的作战使用

课题针对我炮兵控制测量中大地高精度较低的缺点，根据卫星定位原理，推导

出了利用同步卫星定位系统推求大地高的方法。这种方法求取的大地高精度高于

目前我国现有的大地高精度。因而，此系统提高了我炮兵控制测量中大地高精度，

从而进一步提高了炮控网精度

快速准确地连测出炮兵战斗队形是炮兵实现机动作战的重要保障。这里我们研

究了如何发挥“北斗一号”卫星定位系统定位优势，连测炮兵战斗队形的简易连

炮兵北斗定位仪中的观察所作业选项为我们提供了更为快捷、准确的作业方

式。炮兵北斗定位仪主要用于观察所作业中的单观与双观决定目标

5.1.3 利用卫星定位系统对部队行动实施指挥控制

针对高技术战争的突然性、立体性和机动性所呈现出的大空间、全纵深、高强

度、快节奏、高消耗的战场局面，本课题在充分利用炮兵北斗定位仪的基础上，

结合使用电子计算机构建了集中控制系统，实现了对部队的集中控制与掌握。

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5.1.4 分析了卫星定位系统作业精度

卫星定位系统虽然在一定范围内精度较高，但是，由于作业精度受卫星、无线

电信号传播、仪器本身等多方面因素的综合影响，成果对作了必要分析、研究各

种影响因素的规律，为研究消除误差方法、提高作业精度奠定了基础

5.2 存在的不足及有待提高的地方

课题虽然完成了上述工作，由于时间、能力以及客观条件等诸多因素的限制，

“北斗一号”卫星定位系统在炮兵中应用研究尚不够完善，还存在以下几方面不

足之处和有待提高的地方：

5.2.1 需进一步探索卫星定位系统更广阔的应用前景

随着我军“北斗一号”卫星定位系统的不断完善，以及现代化战场自动化理

论的不断深化，对其应用体系将会不断扩充，必须进一步探索新的更广阔的应用

5.2.2 炮兵测地方法及装备需进一步改进

测地保障方法、模式需随着测地保障装备的不断变化而有所改进。装备决定

技术，随着我军“北斗一号”卫星定位系统功能的不断改进，测地保障模式、方

法定会发生新的革命。

5.2.3 软件系统的战术背景还需进一步增强

软件系统的战术背景还需进一步增强，以改善系统工作的应变性、实时性及

稳定性，使之更符合实战的需要。着眼实战需要，随时根据对作战特点研究的深

化及“北斗一号”卫星定位系统功能的优化，逐步完善“北斗一号”卫星定位系

统在炮兵中的应用。

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本论文是在电子科大曹宗杰副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃

的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从论文的选题到完成，导师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。一年多来，

导师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给予我无微不至的关

怀，在此谨向导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！

在本论文的撰写过程中，我也得到了我院侦测指挥系测地教研室偰国平教授、

徐顺福主任、王冰副主任、丁晓球讲师等多位专家及同仁的热情关心和大力帮助，

在此也表示衷心的感谢！

感谢学院研究生办公室的领导、侦测指挥系的领导以及测地教研室各位同志

感谢在硕士课程学习中授课的所有老师！

感谢我的同学和战友们在我的成长和进步过程中给予的支持和帮助！

另外，在论文撰写过程中，参考了大量的专著、教材和学术论文，对其作者

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