探究北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳龍 北海航標(biāo)處

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的迅速發(fā)展，航運(yùn)業(yè)變得越來(lái)越繁榮，因此對(duì)航運(yùn)的安全性和穩(wěn)定性提出了更加嚴(yán)格的要求?；趥鹘y(tǒng)浮標(biāo)，嵌入式軟件和硬件平臺(tái)，傳感器和網(wǎng)絡(luò)通信，移動(dòng)終端和WEB開(kāi)發(fā)技術(shù)正在被實(shí)現(xiàn)。

1.北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用前景

衛(wèi)星通信作為無(wú)線通信技術(shù)的一種形式，其基礎(chǔ)是地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、通信距離遠(yuǎn)、不受地理?xiàng)l件限制、性能穩(wěn)定可靠、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在航空、導(dǎo)航等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。山地探險(xiǎn)和缺乏陸地通信基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)。衛(wèi)星通信具有廣播的特點(diǎn)，易于組網(wǎng)和接入。地面網(wǎng)管中心根據(jù)用戶(hù)的應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。在定位應(yīng)用中，通過(guò)中央控制系統(tǒng)、一顆衛(wèi)星和用戶(hù)機(jī)計(jì)算信號(hào)的往返時(shí)間。然后對(duì)用戶(hù)機(jī)自身的高度信息和中央控制系統(tǒng)中存儲(chǔ)的高程圖進(jìn)行綜合分析。根據(jù)幾何定位原理，可以計(jì)算出用戶(hù)所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有以下功能和優(yōu)勢(shì)：（1）短消息通信。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)用戶(hù)終端具有雙向短文本通信能力，可一次傳輸44個(gè)漢字。（2）覆蓋范圍大，無(wú)通信盲區(qū)。北斗系統(tǒng)覆蓋中國(guó)及周邊國(guó)家。用戶(hù)的地理緯度、經(jīng)度和海拔高度可隨時(shí)在服務(wù)區(qū)的任何地方確定。同時(shí)提供雙向短消息通信服務(wù)。（3）廣泛監(jiān)控集團(tuán)用戶(hù)管理和數(shù)據(jù)采集。（4）系統(tǒng)自治，安全可靠，穩(wěn)定可靠，保密性強(qiáng)，特別適用于重點(diǎn)部門(mén)。需要監(jiān)測(cè)的地區(qū)往往是環(huán)境惡劣地區(qū)，由于電力和通信條件一般不好，GSM和CDMA無(wú)線公網(wǎng)無(wú)法保證。另外，如果設(shè)置或地下電纜通信鏈路，在災(zāi)害期間或野外其他因素造成的破壞中，數(shù)據(jù)傳輸不可靠。更重要的是，要保證滑坡區(qū)通信的長(zhǎng)期穩(wěn)定和設(shè)備安裝的靈活性。由于數(shù)據(jù)量非常小，定期存儲(chǔ)和傳輸變得更加合適和廉價(jià)，系統(tǒng)分析的需要是較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的累積數(shù)據(jù)。北斗衛(wèi)星通信技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：（1）維護(hù)方便，耗電少。（2）不使用高速通道。（3）施工簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低。因此，最終選擇北斗衛(wèi)星通信技術(shù)，在監(jiān)測(cè)分析中心與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間建立遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)鏈路。北斗衛(wèi)星通信技術(shù)與滑坡遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，彌補(bǔ)了系統(tǒng)在傳輸方面的不足。

2.北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用

雙衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)由定位在140°E，80°E和110.5°E的地球同步軌道上的衛(wèi)星，地面控制中心和北斗用戶(hù)終端組成。衛(wèi)星負(fù)責(zé)在地面控制站和用戶(hù)終端之間中繼雙向無(wú)線電信號(hào)。地面控制中心可以對(duì)特定用戶(hù)進(jìn)行主動(dòng)跟蹤。在地面控制中心計(jì)算所有用戶(hù)的定位信息。因此，北斗最終用戶(hù)接收器的所有定位和時(shí)間信息都可以在控制中心內(nèi)維護(hù)。同時(shí)，地面控制中心負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控。用戶(hù)段由定位通信終端，組用戶(hù)管理終端，差分終端和時(shí)鐘校正終端組成。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)可以幫助用戶(hù)隨時(shí)準(zhǔn)確地獲取他們?cè)诜?wù)區(qū)內(nèi)的位置和經(jīng)度，緯度和高度數(shù)據(jù)，并可以提供雙向通信服務(wù)。該系統(tǒng)可以為外國(guó)船只提供及時(shí)的導(dǎo)航和定位信息，提供實(shí)時(shí)海上交通指揮，并安全地導(dǎo)航進(jìn)入和離開(kāi)港口的船只。它還可以檢測(cè)船舶的機(jī)動(dòng)性。通過(guò)提供移動(dòng)航標(biāo)的實(shí)時(shí)定位信息，可以實(shí)現(xiàn)鐵路和公路運(yùn)輸中的火車(chē)和航標(biāo)監(jiān)控器，以提高運(yùn)輸能力和安全性。

物流運(yùn)輸系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)管理中心，用戶(hù)終端和用戶(hù)監(jiān)控管理中心組成。衛(wèi)星系統(tǒng)：如上所述，地球同步衛(wèi)星主要在網(wǎng)絡(luò)管理中心，用戶(hù)終端和用戶(hù)監(jiān)視與管理中心之間實(shí)現(xiàn)雙向信息通信。數(shù)據(jù)交換與網(wǎng)絡(luò)管理中心：該中心作為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心，主要提供一個(gè)高效的信息處理和應(yīng)用平臺(tái)，提供公共電信網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)接口，進(jìn)行用戶(hù)注冊(cè)。計(jì)劃處理，計(jì)費(fèi)處理和運(yùn)營(yíng)管理，基于消息管理為平臺(tái)提供統(tǒng)一的界面，將可視化的物流管理信息系統(tǒng)與用戶(hù)鏈接起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)不同ERP和平臺(tái)的集成。系統(tǒng)使用存根/骨架機(jī)制來(lái)避免應(yīng)用程序（遠(yuǎn)程適配器）與交換中心之間的緊密耦合，并關(guān)閉交換中心中的特定實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。采用統(tǒng)一的接口和信息保存機(jī)制來(lái)接收，保存和發(fā)送信號(hào)。當(dāng)路由被阻塞時(shí)，信號(hào)將在隊(duì)列中等待，直到成功發(fā)送消息為止，以確保沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失。

各種類(lèi)型的地面電信網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)可以通過(guò)公網(wǎng)與網(wǎng)管中心通信，以實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)與北斗用戶(hù)系統(tǒng)之間的雙向信息交換和通信。用戶(hù)終端：面向用戶(hù)的終端主要提供衛(wèi)星定位和導(dǎo)航服務(wù)。北斗系統(tǒng)的定位，通信，導(dǎo)航，計(jì)時(shí)功能是通過(guò)始終設(shè)置在航標(biāo)上的用戶(hù)終端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶(hù)調(diào)度管理中心：實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)航標(biāo)的監(jiān)控，控制，調(diào)度，通訊功能。系統(tǒng)的工作原理如下：1）從地面中心向衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)載體。載波數(shù)據(jù)流包含位置信號(hào)，信號(hào)幀和時(shí)間碼。2）請(qǐng)求信號(hào)被衛(wèi)星放大并發(fā)送到用戶(hù)終端。3）終端設(shè)備接收請(qǐng)求信號(hào)，并輸入新的必要信號(hào)，然后發(fā)送回兩顆衛(wèi)星。4）兩顆衛(wèi)星將接收到的信號(hào)發(fā)送到地面中心。5）地面中心處理用戶(hù)終端發(fā)送的接收信號(hào)，計(jì)算終端的坐標(biāo)，然后與其他信息一起發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)管理中心。6）網(wǎng)管中心對(duì)用戶(hù)終端的信號(hào)進(jìn)行檢查和處理，以實(shí)現(xiàn)信息交換。7）網(wǎng)絡(luò)管理中心將信號(hào)發(fā)送到地面處理中心站和衛(wèi)星，然后再次發(fā)送到用戶(hù)終端。

北斗通訊是終端或燈器上有北斗模塊，數(shù)據(jù)采集后經(jīng)由北斗模塊向北斗衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)，北斗衛(wèi)星再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給北斗接收機(jī)，這樣就算完成了一個(gè)北斗通訊鏈路。GSM/GPRS/4G是終端或燈器上有Modem模塊，數(shù)據(jù)采集后經(jīng)Modem模塊向運(yùn)營(yíng)商基站發(fā)送數(shù)據(jù)，運(yùn)營(yíng)商再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)設(shè)備，這樣就算完成了一次通訊流程。GSM/GPRS/4G之所以有這么多名稱(chēng)，是因?yàn)槟壳巴ㄓ嵎绞缴显谏?jí)，GSM標(biāo)志的是2G通訊，GPRS標(biāo)志的是2.5G通訊，4G標(biāo)志的是4G通訊。他們本質(zhì)上都是TCP連接通訊。短信的傳輸采用的是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，短信會(huì)先發(fā)給短信中心（SMSC），然后再由短信中心轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)設(shè)備。目前系統(tǒng)架構(gòu)基本上是數(shù)據(jù)庫(kù)+網(wǎng)站服務(wù)器+通訊服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫(kù)作用：存儲(chǔ)終端或燈器上傳的數(shù)據(jù)；網(wǎng)站服務(wù)器：提供用戶(hù)查看、下發(fā)指令的操作平臺(tái)；通訊服務(wù)器：用于接收終端、燈器上傳的數(shù)據(jù)。北斗航標(biāo)燈器技術(shù)特點(diǎn)：燈珠合理的串并方式確保在其中一路LED故障后，燈器還能正常工作；256種燈質(zhì)可供用戶(hù)選擇；具備IALA推薦的所有燈光顏色；采用LED恒流驅(qū)動(dòng)電路，用戶(hù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用射程的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)功耗，在滿(mǎn)足需求的同時(shí)節(jié)省能源；具備良好的水密性和抗沖擊性；日光閥值可設(shè)置；具備無(wú)線多燈同步閃功能；用戶(hù)可通過(guò)紅外遙控器設(shè)置燈器燈質(zhì)和光源功率。判斷燈器是否有紅外功能：查看燈器頂部是否有紅外接收裝置，如果有，說(shuō)明該燈器有紅外功能，可以用遙控器設(shè)置燈質(zhì)和查詢(xún)燈質(zhì)，如果沒(méi)有，只能通過(guò)撥撥碼來(lái)調(diào)燈質(zhì)。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，在各導(dǎo)航標(biāo)志管理的規(guī)劃中將提到基于北斗第二代通信技術(shù)的導(dǎo)航遙測(cè)遙控終端設(shè)備的研究與應(yīng)用?；诒倍沸l(wèi)星通信的導(dǎo)航遙控遙測(cè)單元的設(shè)計(jì)，可以有效豐富導(dǎo)航安全監(jiān)控信息的傳輸路徑，對(duì)于遠(yuǎn)離海岸航行標(biāo)志的智能管理和信息收集具有重要意義。