基于雙指令模式的北斗通信衛(wèi)星控制上位機(jī)研究

王思琦 傅蘇 陳兆倩

摘 要 提出一款新型的北斗上位機(jī)開發(fā)思路，其能兼容目前北斗通信系統(tǒng)的集中數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，采用一對多的服務(wù)端對終端的組織形式?？梢越邮斩鄠€終端設(shè)備的信息，并能根據(jù)終端設(shè)備的不同進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類存儲。同時，支持系統(tǒng)根據(jù)接收的終端信息，進(jìn)行實(shí)時響應(yīng)的區(qū)分終端設(shè)備的北斗信息發(fā)送功能，并對其可實(shí)現(xiàn)性以及應(yīng)用性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 北斗通信 上位機(jī) 衛(wèi)星通信

0引言

北斗衛(wèi)星通信作為一種能在廣袤地區(qū)使用的衛(wèi)星通信方式，雖然在通信速率和能力上無法和移動通信網(wǎng)絡(luò)比較，但是在移動網(wǎng)無法覆蓋的人跡罕至地區(qū)卻需求強(qiáng)烈，包括無人機(jī)勘探結(jié)果回傳、野外作業(yè)以及采礦工業(yè)開發(fā)等情況下，在很多場景下都沒有移動網(wǎng)的完全覆蓋，這時就需要衛(wèi)星通信作為有效補(bǔ)充手段。而現(xiàn)有的上位機(jī)的功能有部分局限性，與衛(wèi)星通信模塊的連接多少有些漏洞，本篇文章嘗試討論了新型的能應(yīng)用更廣的上位機(jī)的開發(fā)思路，新型的上位機(jī)應(yīng)該能開發(fā)配合野外數(shù)據(jù)回傳的服務(wù)北斗接收系統(tǒng)，可以和布置在外的北斗終端系統(tǒng)進(jìn)行通信，滿足一對多的服務(wù)方式，形成集中通信管理系統(tǒng)等等。本文的結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)，描述了具體的方案；第3節(jié)，分析了之前的北斗通信上位機(jī)并與本文提出的上位機(jī)制作思路進(jìn)行對照以及新上位機(jī)的完成驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，可行性分析以及可融合性分析；第4節(jié)，結(jié)論。

1基于雙指令模式的上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案

1.1背景

因?yàn)橐苿泳W(wǎng)覆蓋范圍的局限性，在野外相當(dāng)多的場合并不可靠，但是人類的活動范圍越來越大，會去遠(yuǎn)離移動網(wǎng)基站的地方活動，所以與這部分人（或者代替人的智能機(jī)器設(shè)備）保持聯(lián)系的需求也在增加。簡言之就是使用衛(wèi)星通信的需求在增加。而如果想要使用北斗代替無線網(wǎng)進(jìn)行通訊，就必須彌補(bǔ)移動網(wǎng)不可靠的缺點(diǎn)，換言之，只有與北斗的通訊必須可靠流暢可控制性高才可以去替代。所以能夠配合野外數(shù)據(jù)回傳的北斗通信系統(tǒng)上位機(jī)的需求也隨之增加，并且使用北斗通信的非專業(yè)人員也越來越多，對上位機(jī)的可靠性以及可操作性要求也在變高。

1.2設(shè)計(jì)構(gòu)想思路

確定開發(fā)環(huán)境vs與開發(fā)語言c++與開發(fā)模式MFC之后，應(yīng)該搭建起來大體框架并確定根據(jù)功能邏輯交互關(guān)系。其交互界面大致如圖1（由qt簡易編寫用于說明用）所示，其主界面應(yīng)該包括串口配置信息部分包括端口號，波特率，校驗(yàn)方式，數(shù)據(jù)長度，停止位長度、2.1指令模式與4.0指令模式開關(guān)根據(jù)選擇的指令模式，在發(fā)送指令時，同樣的指令功能會根據(jù)不同的指令模式，選擇具體的字符指令形式或者是16進(jìn)制ASCII碼指令形式進(jìn)行指令發(fā)送。北斗指令部分包括信號強(qiáng)度測試，定位申請，通信模式選擇，卡號缺人等等一系列指令，所有的指令均采用這種封裝的形式進(jìn)行，使操作性變的簡單，根據(jù)兩套北斗協(xié)議的內(nèi)容，寫出兩套指令并進(jìn)行封裝。數(shù)據(jù)收發(fā)控制窗口，以及調(diào)試窗口，在調(diào)試完成之后可用作顯示數(shù)據(jù)的窗口而另一個接收數(shù)據(jù)的窗口可用來顯示衛(wèi)星的反饋指令信息這樣看起來會更加清晰美觀，為了增加其應(yīng)用范圍，使其能夠以實(shí)現(xiàn)一上位機(jī)對多個終端收發(fā)指令，可以將幾個上位機(jī)界面集成到一個上位機(jī)之中并通過代碼邏輯區(qū)分，分別控制不同的終端需要注意的雖然使用同一個上位機(jī)但是是控制不同的端口的北斗模塊發(fā)送給不同的終端，同一個北斗模塊同一時間只能發(fā)送給一個終端。省去以前常出現(xiàn)星座圖因?yàn)閷τ谄胀ㄓ脩魜碚f看星座的分布沒有太大的意義，進(jìn)行簡化。其內(nèi)部具體的代碼實(shí)現(xiàn)過程可參照vc++構(gòu)建串口上位機(jī)的過程，在vs環(huán)境中使用c++編寫與在vc++環(huán)境下編寫的方式相差不多，利用其中的api接口加上對北斗兩種協(xié)議的解讀可以實(shí)現(xiàn)上述所有邏輯功能。

其使用的步驟應(yīng)該按照通過標(biāo)準(zhǔn)的北斗指令方式來進(jìn)行，基本需要按照如下的步驟形式來形成北斗通信過程：

（1）讀卡，獲取北斗模塊的信息，包括卡號、序列號、等級等信息。

（2）功率檢測，檢測當(dāng)前的北斗信號強(qiáng)度，在信號強(qiáng)度允許的情況下進(jìn)行通信。

（3）進(jìn)行通信對象的選擇以及選擇通信所用的指令模式。

（4）進(jìn)行通信的模式選擇，分三種：一是，單純字符；二是，單純漢字；三是，字符漢字混發(fā)。

（5）與通信終端進(jìn)行對話，收發(fā)指令數(shù)據(jù)。

（6）解讀上面每一步返回的信息情況。

（7）實(shí)時進(jìn)行通信監(jiān)控并返回錯誤信息。

（8）發(fā)現(xiàn)錯誤信息進(jìn)入到應(yīng)急程序，解決錯誤后恢復(fù)為通信狀態(tài)。

在北斗通信的整個過程中，實(shí)際上不但是單純的簡單指令發(fā)送，而且每條發(fā)送的指令，都會對應(yīng)反饋的發(fā)送指令信息。對每種功能發(fā)送的指令，都會對應(yīng)反饋相關(guān)北斗模塊反饋的信息情況。

通過對指令反饋信息的收取，可以了解指令執(zhí)行的情況。比如，讀卡失敗，那么可以再次發(fā)送讀卡指令，如果一直讀卡失敗，可以更換指令模式或是可能北斗模塊自身問題導(dǎo)致，從而可以實(shí)時監(jiān)控整個通信的過程。

2新上位機(jī)需要驗(yàn)證的功能以其可融合性分析

2.1可融合性分析

上位機(jī)并不是單獨(dú)存在的個體，需要與其他部分如北斗信號收發(fā)機(jī)，一個或者多個移動的附帶北斗模塊的終端，所以該上位機(jī)的使用范圍是值得討論的以及如何與其他項(xiàng)目融合也值得分析。

正如前面提到無線移動網(wǎng)的局限性，雖然在通常情況下其擁有速度快，穩(wěn)定，覆蓋率高等優(yōu)點(diǎn)在大多數(shù)情況下可以滿足通信要求，所以利用北斗衛(wèi)星進(jìn)行通訊的使用范圍是一些特殊情況（因?yàn)槔帽倍沸l(wèi)星通信的成本較高，如果在通常情況下使用會增加額外成本）而在遠(yuǎn)離城市的野外，如海上，山區(qū)，森林等地，移動網(wǎng)的信號覆蓋很弱，而需要通信的客戶往往是處于移動狀態(tài)，只能使用無線通信，而不依賴基站，信號覆蓋面最廣的衛(wèi)星通訊就顯得更加實(shí)用，而北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比于其他常用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)如gps，銥星，glonass等等更有利于本國的科研人員進(jìn)行開發(fā)。北斗衛(wèi)星通信的需求范圍就是北斗上位機(jī)的需求范圍，比如戶外探險人員，應(yīng)急救援人員，礦物勘測人員，以及一些智能設(shè)備如探測用無人機(jī)，在海上使用的水下機(jī)器人，礦物勘測機(jī)器人等等，在應(yīng)急救援領(lǐng)域，礦物開采領(lǐng)域，船只導(dǎo)航，無人設(shè)備導(dǎo)航等部分領(lǐng)域均有應(yīng)用。

從另外一種角度來看，其并非只能融合到同一類設(shè)備中，由于該類上位機(jī)具有一對多的能力，那么即使北斗模塊的終端是完全不同的設(shè)備也能夠同時操控。舉個野外應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)的例子，如果野外有人失聯(lián)，通常來說會派遣搜救隊(duì)去尋找，通常失聯(lián)的地方移動網(wǎng)信號都不好，要不然手機(jī)信號還好的情況下也不會失聯(lián)，而此時派遣出去的搜查人員需要攜帶衛(wèi)星通信終端設(shè)備防止進(jìn)一步出現(xiàn)人員失聯(lián)的情況，那么一個很簡單的邏輯關(guān)系便產(chǎn)生，派遣多名人員攜帶多個終端，最大范圍進(jìn)行搜尋，加快搜尋效率很符合，而此時的上位機(jī)如果按照以前的思路，每次只能與一名搜救人員通信，顯然此時與其他搜救人員的通信會有延遲，如果搜尋人員夠多，那么很可能這些搜救人員內(nèi)部的溝通就成問題，這里的解決方案可以是通過將上位機(jī)進(jìn)一步開發(fā)使其能夠同時一對很多的進(jìn)行北斗衛(wèi)星通信，同時與所有搜救人員進(jìn)行通訊，毫無疑問，會極大的增加搜救效率，不僅如此，如果搜尋范圍過大通過人力算時間內(nèi)無法完成，采取人工搜索與機(jī)器搜索同時進(jìn)行的方式，那么使用這種能同時與多個機(jī)器與人員公共進(jìn)行通信的上位機(jī)系統(tǒng)就能夠提高搜索效率，并且通過上位機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行指示，能夠保持各個終端持有者的同時性。進(jìn)一步發(fā)展下去，當(dāng)搜救人員每個人都配上這種上位機(jī)系統(tǒng)，那么理論上就會形成一個能夠互相交流搜救網(wǎng)絡(luò)，可能該領(lǐng)域會有進(jìn)一步的發(fā)展。

3結(jié)論

本文提出了一種研發(fā)北斗上位機(jī)的新思路并解釋了其研發(fā)價值，新思路的上位機(jī)即指搭建出一款具有兼容兩種北斗指令，可以實(shí)時支持多個串口并發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送，并可以緩存多個來源的北斗回傳數(shù)據(jù)，并具備自組織發(fā)送數(shù)據(jù)格式的能力，滿足適應(yīng)北斗SBD通信的短報(bào)文發(fā)送要求的上位機(jī)。

其可以通過對實(shí)際北斗設(shè)備運(yùn)行的檢測，實(shí)時監(jiān)控北斗傳輸數(shù)據(jù)情況及工作模式，在北斗短報(bào)文的通信的間隔，主動調(diào)整北斗模塊工作模式以便節(jié)省能源，保證在不傳輸數(shù)據(jù)時，使北斗模塊主動進(jìn)入休眠狀態(tài)。支持多種節(jié)能狀態(tài)模式轉(zhuǎn)換的能力，方便本系統(tǒng)即便是在電池供電的情況下，也能長時間高效運(yùn)行，能開發(fā)配合野外數(shù)據(jù)回傳的服務(wù)北斗接收系統(tǒng)，可以和布置在外的北斗終端系統(tǒng)進(jìn)行通信，滿足一對多的服務(wù)方式，形成集中通信管理系統(tǒng)等等。

除此之外，該上位機(jī)在接入網(wǎng)絡(luò)后（比較常用的有GPRS、無線WIFI、以太網(wǎng)口，GPRS方式需要GPRS模塊和SIM卡的支持，無線WIFI模塊需要WIFI模塊支持），可以通過網(wǎng)絡(luò)和云端服務(wù)器建立TCP連接，將收到的北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議打包上傳至云端服務(wù)器后，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對北斗數(shù)據(jù)包的在線管理，并對數(shù)據(jù)創(chuàng)建相關(guān)應(yīng)用，對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀展示，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對北斗終端設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控。

依據(jù)這些特性可以較為和諧的融入其他項(xiàng)目并具有一定的優(yōu)越性，并提升整體的效率，可交互性，可靠性等等，可見其具有一定的研發(fā)價值。但是依照本思路設(shè)計(jì)出來的上位機(jī)并不是完美的，由于收到諸多條件的制約如硬件數(shù)量，傳輸速率，通信帶寬有限，可移植性差等等，一對多的服務(wù)方式也會變得有限。

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