基于Linux 的導(dǎo)航通信多源混合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

張曉輝 南京六九零二科技有限公司

關(guān)鍵字：Linux 船舶航行 通信技術(shù) 多源混合數(shù)據(jù)

1 研究內(nèi)容及意義

隨著信息時代的到來以及我國海上通信的需求，除了對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，可靠性，高速性和保密性的要求外，數(shù)據(jù)類型的多樣性也逐漸引起人們的關(guān)注。中長距離無線通信通常使用短波通信作為通信手段。但是，短波通信目前主要傳輸語音信號，即IE 模擬信號，無法滿足數(shù)字通信發(fā)展的需要。語音信號的傳輸不僅浪費帶寬，而且數(shù)據(jù)類型的唯一性不能滿足許多實際應(yīng)用的需求。當(dāng)前，通過收集各種類型的傳感器的信息來實現(xiàn)船舶的各種運行狀態(tài)監(jiān)視。船舶各種系統(tǒng)和設(shè)備的操作參數(shù)具有額定的工作范圍，當(dāng)設(shè)備參數(shù)超過額定工作范圍時，會損壞船舶的操作設(shè)備，嚴重導(dǎo)致設(shè)備報廢，甚至可能會影響整船的安全。因此，有必要隨時監(jiān)控設(shè)備的工作參數(shù)，并及時報警，以免發(fā)生故障和事故。在諸如海洋漁業(yè)通信調(diào)度，軍事通信之類的通信環(huán)境中，通常有必要同時傳輸多個數(shù)據(jù)源，例如語音，圖片和文檔，并且盡管當(dāng)前的衛(wèi)星通信可以傳輸各種類型的數(shù)據(jù)并且不受距離的限制，但是它們的高價格和高度復(fù)雜的操作不能在民用領(lǐng)域中廣泛使用。為了滿足這一需求，使用嵌入式Linux 硬件和軟件平臺以及數(shù)據(jù)混合通信技術(shù)來集成基帶數(shù)據(jù)鏈路，以便將多種類型的數(shù)據(jù)（如語音，圖片和文檔）混合到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流中，它適合在窄帶中以較高的速率傳輸。從而實現(xiàn)對多種類型數(shù)據(jù)的有效管理。

2 導(dǎo)航通信多源混合數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化

2.1 干擾優(yōu)化

系統(tǒng)中的干擾主要是由大量同時發(fā)生的干擾引起的，它由小間隔中的干擾組成，可以直接采用OFDM 技術(shù)有效解決。其主要原理是通過將多個低速子載波替換為高速數(shù)據(jù)流，將符號周期擴展到一定倍數(shù)，以減少符號之間的干擾。為了達到更高的抗干擾要求，只需在符號之間添加大于信號延遲擴展的保護間隔，基本上可以消除干擾。

2.1 覆蓋優(yōu)化

覆蓋范圍是優(yōu)化過程中最重要的部分。在LTE 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，主要存在覆蓋弱，覆蓋范圍大，覆蓋范圍重疊等問題。對于此問題，可通過DT（路測）或CQT（通話）進行無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。如果得出弱覆蓋的結(jié)論，則應(yīng)首先檢查基站附近是否有建筑物或樹木障礙。如果沒有阻塞，并且問題區(qū)域附近有基站，檢查是否存在設(shè)備故障或警報。如果通過DT 或CQT 發(fā)現(xiàn)某個區(qū)的信號汲取網(wǎng)絡(luò)距離較遠，則超出了其他區(qū)的覆蓋范圍并占據(jù)了主導(dǎo)信號，則可以判斷存在覆蓋過度的現(xiàn)象。為了解決這種問題，首先要檢查是否存在基站站點建設(shè)過多的問題。如果確認此問題，應(yīng)降低其傳輸功率，以減少其對其他社區(qū)的影響，或通過移動站點來解決問題。其次，如果天線參數(shù)設(shè)置不合理，可以通過增大下傾角或更換電子天線來控制不合理的傾角。調(diào)整完成后，有必要進行同步測試，以免造成較弱的覆蓋范圍或覆蓋孔。

2.3 實時監(jiān)控優(yōu)化

船上需要實時監(jiān)控的機艙設(shè)備將配備各種傳感器，或者為傳感器保留接口，這些傳感器將監(jiān)視操作參數(shù)，并在出現(xiàn)異常時及時發(fā)出警告。海上運輸，軍事行動和船舶救援都離不開語音信息。盡管可以在任何地方撥打衛(wèi)星電話，但它們必須負擔(dān)昂貴的費用。因此，大多數(shù)船舶仍將無線電用作船舶的語音通信手段?？梢栽O(shè)想，在發(fā)送遇險呼叫信息的同時發(fā)送遇險船舶位置圖將大大提高救援效率，并提供寶貴的時間贏得救援。由于溫度和濕度的監(jiān)視是船上最常用的監(jiān)視參數(shù)，使用DTH11 溫濕度傳感器來模擬船上傳感器數(shù)據(jù)的采集。通過UDA1341芯片實現(xiàn)語音的采集和廣播，以模擬船舶對語音信息的需求。高性能空間一體化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)有利于城市群化和城市化中的空間信息應(yīng)用服務(wù)演示以及空間信息應(yīng)用演示關(guān)鍵領(lǐng)域的服務(wù)和緊急響應(yīng)。

3 導(dǎo)航通信多源混合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)核心技術(shù)

3.1 云計算和云存儲技術(shù)

基于云計算和云存儲技術(shù)，突破實時觀測數(shù)據(jù)和精確定位的安全管理以及海量參考站的增強信息分發(fā)處理技術(shù)。開展基于云平臺的精確定位信息安全與績效分類服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究；與多衛(wèi)星系統(tǒng)，全球覆蓋的地面參考站和地面通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，為大眾用戶開發(fā)用于協(xié)調(diào)精確定位的關(guān)鍵組件，并為協(xié)調(diào)精確定位服務(wù)開發(fā)自主和可控的平臺，并進行應(yīng)用演示。

3.2 導(dǎo)航信號與數(shù)據(jù)的傳輸

射頻接收通道將輸入的射頻信號（中心頻率范圍2.0~2.1ghz，帶寬20mhz）送入數(shù)字處理模塊進行信號處理后，進行濾波、放大，并轉(zhuǎn)換為中頻70mhz。采用單頻轉(zhuǎn)換方案，射頻傳輸通道將下行中頻20MHz 信號轉(zhuǎn)換為射頻信號（中心頻率范圍：2.2~2.3GHz，帶寬：20MHz），并進行濾波和功率放大。為了減小系統(tǒng)的色散，采用雙變頻方案，數(shù)字信號處理部分采用SPATAN6 系列XC6SLX45 現(xiàn)場可編程門陣列，具有強大的信號處理模塊，如FFT、FIR、乘法器等。可靠性控制主要完成系統(tǒng)單粒子監(jiān)測、電源監(jiān)測等可靠性事件和外圍接口管理。該系統(tǒng)主要為導(dǎo)航、控制和通信模塊提供能量和電源保護，并提供斷電控制，完成導(dǎo)航信號的采集、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)和觀測數(shù)據(jù)的生成，對整個導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理。軟件架構(gòu)設(shè)計導(dǎo)航通信軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，運行在M2S150 內(nèi)部的ARM Cortex M3 內(nèi)核中。

3.3 空間信息系統(tǒng)與智能設(shè)施管理

人機混合三維世界中全尺寸空間信息的獲取，處理和分析中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，并探索多維協(xié)作表達和時空基準(zhǔn)等理論方法，全面的空間數(shù)據(jù)模型和設(shè)施信息的標(biāo)準(zhǔn)化模型，處理前沿核心技術(shù)，例如多尺度，多模式數(shù)據(jù)的規(guī)范化，多維數(shù)據(jù)分析模型和模型的耦合以及符號表達全空間信息的可視化，并開發(fā)具有獨創(chuàng)性的世界領(lǐng)先的全空間信息系統(tǒng)的原型。

3.4 雷達導(dǎo)航通信

最大限度地利用頻譜。有限的頻譜資源需要合理配置，雷達與通信系統(tǒng)之間存在“競爭”。綜合波形設(shè)計后，雷達信號的寬頻帶可以提供通信數(shù)據(jù)的傳輸速率。雷達和通信共用天線，但工作在分時基礎(chǔ)上。這樣，就不需要研究新的集成波形，實現(xiàn)起來相對簡單。將相控陣雷達分成不同的區(qū)域，同時形成不同的波束，實現(xiàn)雷達和通信功能。雖然這可以同時實現(xiàn)，但它將明顯減少能量的分布，從而降低雷達的探測能力和通信距離。使用雷達信號進行通信，或使用通信信號進行雷達探測。例如，雷達波束檢測不希望在一個方向上“停留太久”，但存在通信內(nèi)容此時可能無法發(fā)送等問題。因此，雷達探測與通信綜合信號波形設(shè)計是關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)論

研究基于導(dǎo)航通信多源混合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及信息的實時采集和協(xié)調(diào)的觀測與應(yīng)用系統(tǒng)的整體技術(shù)，建立區(qū)域空間應(yīng)急信息鏈，收集和分析空間應(yīng)急信息，支持應(yīng)急決策，并制定用于區(qū)域應(yīng)急的空間信息服務(wù)規(guī)范。建立網(wǎng)絡(luò)遠程應(yīng)急監(jiān)測服務(wù)運行的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的完整體系，緊急情況的覆蓋頻率和響應(yīng)時間將優(yōu)于兩個小時。協(xié)同觀測至少包括衛(wèi)星遙感，低空遙感和地面移動終端三類監(jiān)測方法，并實現(xiàn)移動信息的獲取。為了完成應(yīng)急服務(wù)演示系統(tǒng)的開發(fā)，該系統(tǒng)具有應(yīng)急響應(yīng)命令，信息獲取，資源計劃和部署，調(diào)度，應(yīng)急信息獲取和管理,滿足應(yīng)用程序部門的功能和性能的需求。