The Design and Realization of the Comprehensive Navigation System for Beidou Customer Premise Equipment Based on PIE-MAP

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Li Baoli1, Yuan Yuhua2, Yi Qianjie2

(1. Beijing Satellite Navigation Center, Beijing, 100094;

2. Beijing Piesat Information Technology Co., Ltd., Beijing, 100195)

Abstract: The Beidou navigation system can not only provide location and timing service like GPS, but can also provide text communication service. The custom premise equipment with the functions of displaying position and time can no longer satisfy abundant requirements. Therefore, it is necessary to develop a comprehensive system to maximize the efficacy of Beidou. This article is aiming at researching the comprehensive navigation system based on PIE-MAP for Beidou custom premise equipment. By taking the advantage of various technologies, including map navigation, text communication, timing service, symbol plotting, and communication interconnection, the design not only contains the basic functions of map display, map query, map measurement, terrain analysis, information collection and sharing, route planning, simulation and real navigation, route management and so on, but also forms a flexible and efficient system based on the mobile communication network and Beidou RDSS service, which contains the functions of communication interconnection, text communication, position information display, position report, data query, location and browsing.

Keywords: Beidou customer premise equipment; PIE-MAP; Beidou Navigation; Map Navigation

1 引言

北斗卫星导航系统提供RNSS和RDSS两种服务模式,其中,RNSS模式提供无源模式的定位、测速、导航和授时服务;RDSS模式除提供有源模式的定位和授时服务之外,还具备短报文通信、位置 报告、监收、通播和指挥调度功能[1]。

传统的北斗用户机上只有短报文通信、位置报告、监收、通播和调度这些功能,虽在国防军事、交通运输、工程建设、农业生产、抗震救灾等诸多领域得到广泛应用,为用户提供了精确定位、精准授 作者简介:袁玉华,北京航天宏图信息技术股份有限公司软件开发工程师。(通讯作者)李保利,男,1972年生,博士,高级工程师,主要从事导航和测量研究与应用。袁玉华,女,1993年生,本科,高级工程师,主要从事导航移动应用研发。

时、短信通信、精密测量、地图显示、路径规划、智能导航、地形量算等功能,但都存在功能单一、界面操作不流畅、可扩展性差、学习成本高、用户体验不

好等缺陷[2]。PIE-MAP是北京航天宏图信息技术股

份有限公司自主研发的北斗地图导航平台产品,能够为用户提供集成数据、软件、硬件且支持持续更新维护的整体解决方案,解决了北斗导航应用技术与实际业务难以深入融合的难题,基于此,本研究通过梳理和分析当前北斗用户机的实际业务应用需

求,提出基于PIE-MAP的北斗用户机综合导航应用

系统建设,辅助北斗导航装备的高效应用与管理,满足各单位协任务协同和高效调度通信的能力。

2 系统总体设计

按照一体化设计、构件化组合、标准化交链、系统化整合的研制思路,以地图导航、信微通、通讯录、北斗报文通信、定位与位置报告、相机、时间应用、符号标绘、资料阅览、辅助软件为重要组成部分,构建北斗用户机综合导航应用系统。

2.1 软件架构设计

北斗用户机综合导航应用系统的APP装载在通

用手持/车载型北斗用户机上,软件包括地图导航、信微通、通讯录、北斗短信、定位与位置报告、相

机、时间应用、符号标绘、资料阅览共九个App,提

供包括地图显示、地图查询、地图测量、地形分析、信息采集与共享、定位显示、路径规划、模拟导航、真实导航、航线管理和导航设置在内的地图导航的

基本功能,以及基于移动通信网络或RDSS业务功

能的用户机之间的互联互通、报文通信、位置信息显示及位置报告、符号标绘及管理、资料查询定位及浏览等通用功能,满足不同用户对通用北斗用户 机综合导航应用的基本应用需求。系统软件架构设计如图1所示。

2.2 软件业务流程设计

用户通过北斗短信应用将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站,地面中心站接收到通讯申请信号后,经脱密后加入持续广播的出站广播电文中,经卫星广播给北斗用户机,以实现北斗短报文通信、通播、回执和下属用户监听等功能。

在任务行动中,作业人员可通过定位与位置报告应用实时感知方位,将RDSS或RNSS定位信息上报至上级手持终端,并快速获取目标信息及时上传。上级通过定位与位置报告应用实时掌握人员行动,确定位置信息,快速完成部署行动,通过信微通或北斗短信组建任务群组,进行任务下达。作业人员接收到任务利用地形分析、路径分析、航向引导等功能,实现快速机动和人员集结。作业人员通过相机和信息采集与共享应用对打击目标的损毁信息进行采集,并快速上传至上级手持终端。

在有4G网络的情况下,可通过信微通应用将现场图片、音频和视频等信息进行上报,也可以进行消息通信,解决北斗短报文字数限制的问题。资料阅览应用可供作业人员查阅资料。时间应用实现展示北斗标准时间、查询世界时间以及计时器等功能,方便作业人员准确的知道北斗时间进行作业。辅助软件则支撑北斗用户机综合导航应用系统的数据和

软件的升级更新。系统业务流程设计如图2所示。

3 主要功能设计

北斗用户机综合导航应用系统主要由地图导航、信微通、通讯录、北斗短信、定位与位置报告、相机、时间应用、符号标绘、资料阅览、辅助软件共十个功能模块组成,功能组成图如图3所示。

(1)地图导航应用是基于PIE-MAP北斗地图

导航平台研发,主要给用户提供地图显示与北斗导航功能,包括各种类型地图数据的显示,以及基于北斗定位信息的多种导航分析与引导,在有路网的情况下根据路网信息进行路径规划,在有路网和无路网结合路段,支持自动融合路径规划方案,路径自动规划根据预先设定的起点、途经点、终点、规避点、规避道路、规避区域等条件进行路径规划,支持预先制定的航路进行导航引导功能,提供地图显示、地图查询、地图测量、地形分析、信息采集与共享、定位显示、路径规划、模拟导航、真实导航、航线管理、导航设置等功能。

(2)信微通软件主要是基于移动通信网络实

现终端之间普通的互联互通,满足终端之间的用户管理、好友管理、单点通信、群组通信、常用信息管理、位置共享、公告栏、群组管理以及群组通信等功能。

(3)通讯录软件用于实现对具有RDSS业务功

能的用户机ID号以及与使用者相关的信息进行管

理,包括用户添加和编辑、用户信息查询、用户删除、用户信息导入导出等。

(4)北斗短信依托北斗RDSS通信链路,实现

北斗短报文和快捷报文的发送、接收和管理功能。

(5)定位与位置报告支持以位置报告的方式进

行位置信息的上报功能,用户可进行根据自身需求进行位置报告设置,定位与位置报告包括位置信息显示、位置报告、位置监视及卫星信号状态显示。

(6)相机软件实现拍照、录像基础功能,并支

持拍摄照片的简单编辑操作,如裁剪、旋转、文字标注等,同时具备照片附加信息的添加和编辑功能,包括:时间、位置、照片备注等信息。

(7)时间应用软件主要为用户提供北斗时间、

日出日落时间、世界时等时间的显示及秒表、计时器、闹钟及任务提醒等多种时间应用。

(8)符号标绘是基于PIE-MAP北斗地图导航

平台研发,通过加载标准的符号库,进行符号的标绘、编辑和标绘图的管理与共享,实现信息在终端上的可视化展示和共享。

(9)资料阅览可为用户提供txt、pdf、word、Excel等格式的应用、保障等相关文献资料的查询、定位和浏览功能,可基于4G网络实现文献资料的在

线下载与更新。

(10)辅助软件作为终端应用的辅助支撑工具,可提供PC机智能同步、地图数据转换等功能,

实现终端的便捷连接和管理,方便用户进行终端数据和软件的升级更新。

4 关键技术解决方案

4.1 北斗协议封装关键技术

北斗协议数据以串行异步方式传送。第一位为起始位,其后是数据位。数据遵循最低有效位有限的规则。所用参数如下:

⊙ 波特率:4800 ~115200b/s,可根据需要设

定,默认值为115200b/s。

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