“銥星/北斗”結(jié)合的衛(wèi)星大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用

王 歡

（北京明航科技發(fā)展有限公司 北京 102412）

0 引言

隨著科研工作對偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋縱深等惡劣地理環(huán)境中氣象地理觀測數(shù)據(jù)的迫切需要，衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊終端得到了廣泛的應(yīng)用。針對不同衛(wèi)星通訊系統(tǒng)自身特點，結(jié)合不同衛(wèi)星通訊終端各自的優(yōu)點，可以更加高效的完成大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。

銥星衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，主要由類似銥元素結(jié)構(gòu)的66顆低軌道衛(wèi)星及地面控制設(shè)備組成，可實現(xiàn)包括極地在內(nèi)的地球任意區(qū)域的數(shù)據(jù)通訊，主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)你炐菙?shù)據(jù)模塊 Iridium SBD9602的最大移動發(fā)送信息為340字節(jié)，最大移動接收信息為270字節(jié)。發(fā)送過程為：檢測實時接收銥星衛(wèi)星信號，當(dāng)信號捕獲穩(wěn)定后，發(fā)送數(shù)據(jù)短報文，視實際信號強(qiáng)度，分段持續(xù)發(fā)送。銥星通訊模塊數(shù)據(jù)傳輸過程中無服務(wù)頻度的限制，但發(fā)送端及接收端需經(jīng)過運營商預(yù)先綁定。

北斗衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，主要由運行于亞太區(qū)域赤道上的地球同步衛(wèi)星及地面控制設(shè)備組成，主要覆蓋亞太區(qū)域，根據(jù)相應(yīng)用戶通訊等級，按照其服務(wù)頻度，可向不同接收端發(fā)送不同數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)信息。

由于大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)受發(fā)射最大字節(jié)限制，必須分包發(fā)送，而數(shù)據(jù)丟包在復(fù)雜多變的設(shè)備作業(yè)環(huán)境極易發(fā)生，數(shù)據(jù)丟包可能造成整個數(shù)據(jù)無法使用，重新發(fā)送將降低傳輸效率。銥星通信模塊數(shù)據(jù)接收發(fā)送需預(yù)先綁定，靈活性較差，且單通訊系統(tǒng)對設(shè)備實時狀態(tài)、突發(fā)狀態(tài)信息向岸基設(shè)備發(fā)送的可靠性較差，當(dāng)單通訊系統(tǒng)發(fā)生通訊故障后，岸基設(shè)備直接與通訊設(shè)備失去聯(lián)系，無法對通訊設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷，造成設(shè)備丟失。同時北斗通訊終端受相應(yīng)服務(wù)頻度限制，存在單次發(fā)送間隔時間。針對以上問題，將銥星、北斗通訊系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，可有效的彌補(bǔ)以上的不足。

1 硬件設(shè)計

為了兼顧大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)通訊的可靠性、提高對通訊設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)控，銥星/北斗通訊系統(tǒng)采用銥星、北斗通訊雙系統(tǒng)的融合。

整個系統(tǒng)主要組成：Iridium/BD1/BD2組合天線、BD1/BD2射頻模塊、Iridium9602LP通訊模塊、外部數(shù)據(jù)處理模塊組成。其中Iridium/BD1/BD2組合天線為微帶天線形式，便于安裝在包括耐壓腔體的各種環(huán)境中，Iridium9602LP通訊模塊與外部數(shù)據(jù)處理模塊組合為 Iridium/BD1/BD2信號處理單元，與BD1/BD2射頻模塊結(jié)合為整體的通訊模塊，通過外部射頻接口與組合天線連接，與外部控制設(shè)備使用串口進(jìn)行通訊。

外部數(shù)據(jù)處理模塊采用 ARM 系列單片機(jī)AT91SAM7S512，通過外部串口接收外部控制設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分包，并持續(xù)發(fā)送給Iridium9602LP進(jìn)行短報文發(fā)送，BD1模塊在Iridium9602LP發(fā)送大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)的同時，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息、設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行發(fā)送。

外部數(shù)據(jù)處理模塊與 Iridium9602LP通訊模塊、BD1/BD2射頻模塊分別采用兩路串口進(jìn)行通訊，通過相應(yīng)的指令格式進(jìn)行對不同通訊模塊的數(shù)據(jù)通信。

外部數(shù)據(jù)處理模塊對各通訊模塊進(jìn)行電源控制，便于降低功耗，延長相應(yīng)的設(shè)備服務(wù)周期。具體組成如下圖1所示：

圖1 硬件組成

圖2 銥星/北斗通訊系統(tǒng)外形圖

2 軟件實現(xiàn)

外部數(shù)據(jù)處理模塊與外部控制設(shè)備通過接口協(xié)議，判斷相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。將數(shù)據(jù)信息按照設(shè)置的固定字長，分包向銥星IridiumLP9602LP通信模塊進(jìn)行發(fā)送，對當(dāng)前的狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，向北斗通訊模塊進(jìn)行發(fā)送。分別接收銥星IridiumLP9602LP通信模塊、北斗通訊模塊的反饋信息。

由于IridiumLP9602LP通信模塊的單次最大上傳字節(jié)數(shù)為340字節(jié)，在長時間的測試過程中，發(fā)現(xiàn)銥星信號由于當(dāng)前對空環(huán)境中的銥星通訊系統(tǒng)衛(wèi)星的運動，出現(xiàn)接收信號短時間失鎖，為保證數(shù)據(jù)單次傳輸?shù)某晒β?，將通過對外接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行分包，降低單次發(fā)送數(shù)據(jù)量，避免由于信號失鎖而造成的大數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。

針對相應(yīng)分配完成的一組數(shù)據(jù)包，使用銥星AT命令進(jìn)行組幀，向Iridium9602LP通信模塊進(jìn)行發(fā)送，接收Iridium9602LP通信模塊相應(yīng)的反饋信息。設(shè)置失敗重發(fā)機(jī)制，在判斷數(shù)據(jù)發(fā)送失敗后，對當(dāng)前銥星信號進(jìn)行檢測。在當(dāng)前信號捕獲穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

外部數(shù)據(jù)處理模塊對同步發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)進(jìn)行計數(shù)，由北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行定時發(fā)送，確保數(shù)據(jù)連續(xù)，并對設(shè)備狀態(tài)信息實時向岸基終端設(shè)備進(jìn)行發(fā)送。由于采集數(shù)據(jù)在不同的時間段內(nèi)有所不同，為便于將相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)直接由不同的岸基設(shè)備進(jìn)行接收，通過北斗通訊模塊向相應(yīng)的岸基設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)接收提示，由不同岸基設(shè)備直接從與 Iridium9602LP通信模塊捆綁的服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，避免了數(shù)據(jù)的二次分配，提高數(shù)據(jù)自動處理效率。

岸基設(shè)備分別通過銥星、北斗通訊系統(tǒng)，接收到相同時間段內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對應(yīng)的數(shù)據(jù)包總數(shù)及數(shù)據(jù)包編號，并對其進(jìn)行對比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)丟包時，岸基設(shè)備將丟包編號通過北斗通訊系統(tǒng)向數(shù)據(jù)發(fā)送終端進(jìn)行反饋，啟動丟包重發(fā)機(jī)制，確保銥星模塊大數(shù)據(jù)量發(fā)送的連續(xù)性，提高數(shù)據(jù)通訊效率。

為提高數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備可靠性，岸基終端設(shè)備通過發(fā)送北斗指令，查詢當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)等其他控制操作。流程如圖3所示：

3 功能擴(kuò)展

針對定位模式的不同要求，可靈活選用GPS/BD2定位模塊，為外部控制設(shè)備提供相應(yīng)精度的設(shè)備位置信息。并針對不同數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)記錄的需求，采用相應(yīng)數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)記錄模塊。

圖3 工作流程圖

4 總結(jié)

該設(shè)備將銥星/北斗通訊系統(tǒng)進(jìn)行了融合，通過ARM對外部控制設(shè)備透傳的大數(shù)據(jù)量信息自動進(jìn)行分包發(fā)送，并實時監(jiān)測，根據(jù)發(fā)送情況出發(fā)重發(fā)機(jī)制，相對于單系統(tǒng)的應(yīng)答式發(fā)送提高了傳輸效率，使用北斗通訊發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求，使不同岸基設(shè)備自動完成對相應(yīng)數(shù)據(jù)的讀取，并可通過岸基終端設(shè)備在數(shù)據(jù)發(fā)送同時，對設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控，提高了設(shè)備在惡劣環(huán)境下的生存能力。本系統(tǒng)通過測試，性能可靠，效果良好。

[1] General Description of Model 9602-LP，TN2011-001-V1.0.

[2] AT Commands for Model 9602-LP，TN2011-002-V1.0.

[3] 袁建平，羅建軍.衛(wèi)星導(dǎo)航原理與應(yīng)用，北京：中國宇航出版社，2004.

[4] 劉培軍，張秉豪.銥星SBD數(shù)傳電臺在特殊區(qū)域的應(yīng)用，全球定位系統(tǒng)，2009.2，36-40.

[5] 王琦，段學(xué)軍，杜鵬.銥_星衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)及其新用途數(shù)字，通信世界，2008（2），82-83.

[6] 劉敬彪，翁杰，于海濱.浮標(biāo)電子與通信系統(tǒng)研制電子器，2010.2，第33卷第1期，49-52.