北斗衛(wèi)星通信技術(shù)中水文氣象數(shù)據(jù)的傳輸

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摘要：北斗通信技術(shù)在水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)遙報(bào)中的應(yīng)用是十分重要的，彌補(bǔ)了GPRS/CDMA的缺陷，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星通信；水文氣象；交換協(xié)議；數(shù)據(jù)傳輸

一、引言

隨著國(guó)家沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)南沙及西沙群島的科學(xué)開發(fā)，目前用于沿海的各類型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日益繁多，因此需要一種適用于偏遠(yuǎn)海區(qū)、全天候、全地形的數(shù)據(jù)傳輸方式，來滿足各海域的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要求。北斗衛(wèi)星通信技術(shù)作為一種我國(guó)自主研發(fā)、具有完全獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型的通信技術(shù)，由于覆蓋范圍廣、不受地形條件的影響、實(shí)時(shí)性，保密性、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)完全符合我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸要求，因此推廣并使用北斗衛(wèi)星通信技術(shù)在水文氣象數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用顯得十分重要。

二、GPRS/CDMA無線通信技術(shù)

GPRS/CDMA是基于GSM與3G之間的2.5代無線通信技術(shù)，是我國(guó)水文氣象觀測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸主要方式。GPRS/CDMA通信方式允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種傳輸快，成本低，永遠(yuǎn)在線的無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，特別適用于頻繁而少量的數(shù)據(jù)傳輸。目前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展的相對(duì)成熟，使用資費(fèi)較低，傳輸數(shù)據(jù)速度隨著3G網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展更到了很大程度的提高。對(duì)于大部分地區(qū)（比如珠江口水域及我國(guó)大部分沿海區(qū)域）使用GPRS/CDMA通信方式具有一定的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于人煙稀少的海島，偏遠(yuǎn)海區(qū)，由于移動(dòng)基站少會(huì)存在信號(hào)弱，以及靠近邊境各地區(qū)GPRS/CDMA信號(hào)交匯干擾，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)存在不穩(wěn)定及發(fā)生中斷的情況。因此，覆蓋范圍廣、全天候、全地形的北斗通信技術(shù)在水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)遙報(bào)中應(yīng)用顯得十分重要，彌補(bǔ)了GPRS/CDMA的缺陷，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)、穩(wěn)定性。

三、“北斗衛(wèi)星”系統(tǒng)的功能

1．“北斗衛(wèi)星”系統(tǒng)是我國(guó)自行研制、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由空間衛(wèi)星、地面中心站和用戶終端三部分組成，具有雙向通信、快速定位和精密授時(shí)三大功能。覆蓋范圍包括了中國(guó)全境及亞洲大部分地區(qū)，具體為5°~55°N、70°~145°E。2．北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有短報(bào)文收發(fā)功能，無需人值守的特點(diǎn)。用戶通過短報(bào)文可以實(shí)現(xiàn)無人值守的水文觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。3．北斗衛(wèi)星具有高精度、穩(wěn)定，抗干擾的特性，能有效保證各水文氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

四、北斗衛(wèi)星短報(bào)文通訊

短報(bào)文通訊是“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”的一大特色，即可為用戶機(jī)與用戶機(jī)、用戶機(jī)與地面中心站之間提供每次最多120個(gè)漢字或1,680bit的短報(bào)文通訊服務(wù)。每個(gè)用戶機(jī)都有唯一的一個(gè)ID號(hào)，并采用1戶1密的加密方式，通訊均需經(jīng)過地面中心站轉(zhuǎn)發(fā)。其流程是：（1）短報(bào)文發(fā)送方首先將包含接收方ID號(hào)和通訊內(nèi)容的通訊申請(qǐng)信號(hào)加密后通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)入站；（2）地面中心站接收到通訊申請(qǐng)信號(hào)后，經(jīng)脫密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經(jīng)衛(wèi)星廣播給用戶；（3）接收方用戶機(jī)接收出站信號(hào)，解調(diào)解密出站電文，完成一次通訊。與定位功能相似，短報(bào)文通訊的傳輸時(shí)延約0.5s，通訊的最高頻度也是1s一次。

五、北斗衛(wèi)星通信在四尺巖水文站的應(yīng)用

1．工作原理根據(jù)需求，在用戶層完成水文氣象信息交換協(xié)議的制定，通過制定符合北斗通信系統(tǒng)的協(xié)議來進(jìn)行水文氣象信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。北斗氣象通信終端的工作模式為通信終端進(jìn)入“自主工作模式”，ARM處理器將接收到的水文氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性數(shù)據(jù)壓縮，并完成北斗協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化為符合用戶需求的短報(bào)文水文氣象數(shù)據(jù)，然后通過北斗衛(wèi)星發(fā)送至北斗通信接收端，通信接收端把數(shù)據(jù)上傳至用戶服務(wù)器。2．方案設(shè)計(jì)四尺巖礁位于桂山錨地以北，榕樹頭出海航道以西，位列香港水域以西，，地理位置為緯度22°08′41″經(jīng)度113°46′30″，位處于桂山島以西海中央，距離桂山島陸地最近2.3海里，2011年廣州海事測(cè)繪中心完成了四尺巖燈樁的水文設(shè)備的安裝，并投入使用，四尺巖采用傳統(tǒng)的GPRS/CDMA通信模塊將采集器的數(shù)據(jù)發(fā)回廣州海事測(cè)繪中心服務(wù)器。由于四尺巖礁位處海中央，四尺巖水域海面被香港、澳門，大陸三方信號(hào)覆蓋，經(jīng)常出現(xiàn)各方信號(hào)相互干擾、移動(dòng)通信信號(hào)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸中斷現(xiàn)象。為改變這一現(xiàn)狀，維護(hù)四尺巖水文站的日常穩(wěn)定運(yùn)行，針對(duì)四尺巖水文站位置特殊的現(xiàn)狀，制定基于北斗衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案.

六、結(jié)論

基于北斗衛(wèi)星的報(bào)文通信為水文氣象數(shù)據(jù)傳輸提供了一種科學(xué)、有效的傳輸方案，同時(shí)可以很好地解決偏遠(yuǎn)海區(qū)信號(hào)覆蓋少、及各種復(fù)雜信號(hào)相互干擾的問題。本文提出了北斗通信技術(shù)在水文觀測(cè)遙報(bào)實(shí)現(xiàn)方案，并針對(duì)了四尺巖水文站通信的復(fù)雜情況，通過北斗衛(wèi)星通信技術(shù)可有效解決存問題。伴隨著北斗衛(wèi)星通信技術(shù)的的快速發(fā)展，它在水文氣象觀測(cè)、海域環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]彭偉，徐俊臣，杜玉杰等.基于北斗系統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].海洋技術(shù)，2009，03.

[2]孟憲偉，范曉東.北斗衛(wèi)星通信在自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2014，03.

作者:周爭(zhēng)橋 單位:交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州海事測(cè)繪中心