北斗衛(wèi)星通信技術中水文氣象數據的傳輸

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摘要：北斗通信技術在水文氣象觀測數據遙報中的應用是十分重要的，彌補了GPRS/CDMA的缺陷，保證了數據傳輸的實時性、穩(wěn)定性。

關鍵詞：北斗衛(wèi)星通信；水文氣象；交換協議；數據傳輸

一、引言

隨著國家沿海經濟的發(fā)展，以及國家對南沙及西沙群島的科學開發(fā)，目前用于沿海的各類型監(jiān)測系統日益繁多，因此需要一種適用于偏遠海區(qū)、全天候、全地形的數據傳輸方式，來滿足各海域的監(jiān)測系統的建設要求。北斗衛(wèi)星通信技術作為一種我國自主研發(fā)、具有完全獨立的自主知識產權的新型的通信技術，由于覆蓋范圍廣、不受地形條件的影響、實時性，保密性、穩(wěn)定性強的特點完全符合我國海洋監(jiān)測數據傳輸要求，因此推廣并使用北斗衛(wèi)星通信技術在水文氣象數據傳輸中的應用顯得十分重要。

二、GPRS/CDMA無線通信技術

GPRS/CDMA是基于GSM與3G之間的2.5代無線通信技術，是我國水文氣象觀測及環(huán)境監(jiān)測數據傳輸主要方式。GPRS/CDMA通信方式允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接受數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源，從而提供了一種傳輸快，成本低，永遠在線的無線數據傳輸業(yè)務，特別適用于頻繁而少量的數據傳輸。目前移動通信網絡已經發(fā)展的相對成熟，使用資費較低，傳輸數據速度隨著3G網絡的迅猛發(fā)展更到了很大程度的提高。對于大部分地區(qū)（比如珠江口水域及我國大部分沿海區(qū)域）使用GPRS/CDMA通信方式具有一定的優(yōu)點。但對于人煙稀少的海島，偏遠海區(qū)，由于移動基站少會存在信號弱，以及靠近邊境各地區(qū)GPRS/CDMA信號交匯干擾，移動通信網絡就會存在不穩(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在水文氣象觀測數據遙報中應用顯得十分重要，彌補了GPRS/CDMA的缺陷，保證了數據傳輸的實時、穩(wěn)定性。

三、“北斗衛(wèi)星”系統的功能

1．“北斗衛(wèi)星”系統是我國自行研制、具有完全自主知識產權的區(qū)域性衛(wèi)星導航系統。該系統主要由空間衛(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三大功能。覆蓋范圍包括了中國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)星通信系統具有短報文收發(fā)功能，無需人值守的特點。用戶通過短報文可以實現無人值守的水文觀測站點的數據傳輸。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數據傳輸的穩(wěn)定性。

四、北斗衛(wèi)星短報文通訊

短報文通訊是“北斗衛(wèi)星導航系統”的一大特色，即可為用戶機與用戶機、用戶機與地面中心站之間提供每次最多120個漢字或1,680bit的短報文通訊服務。每個用戶機都有唯一的一個ID號，并采用1戶1密的加密方式，通訊均需經過地面中心站轉發(fā)。其流程是：（1）短報文發(fā)送方首先將包含接收方ID號和通訊內容的通訊申請信號加密后通過衛(wèi)星轉發(fā)入站；（2）地面中心站接收到通訊申請信號后，經脫密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經衛(wèi)星廣播給用戶；（3）接收方用戶機接收出站信號，解調解密出站電文，完成一次通訊。與定位功能相似，短報文通訊的傳輸時延約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用

1．工作原理根據需求，在用戶層完成水文氣象信息交換協議的制定，通過制定符合北斗通信系統的協議來進行水文氣象信息數據轉換。北斗氣象通信終端的工作模式為通信終端進入“自主工作模式”，ARM處理器將接收到的水文氣象數據進行選擇性數據壓縮，并完成北斗協議轉換，轉化為符合用戶需求的短報文水文氣象數據，然后通過北斗衛(wèi)星發(fā)送至北斗通信接收端，通信接收端把數據上傳至用戶服務器。2．方案設計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年廣州海事測繪中心完成了四尺巖燈樁的水文設備的安裝，并投入使用，四尺巖采用傳統的GPRS/CDMA通信模塊將采集器的數據發(fā)回廣州海事測繪中心服務器。由于四尺巖礁位處海中央，四尺巖水域海面被香港、澳門，大陸三方信號覆蓋，經常出現各方信號相互干擾、移動通信信號不穩(wěn)定、數據傳輸中斷現象。為改變這一現狀，維護四尺巖水文站的日常穩(wěn)定運行，針對四尺巖水文站位置特殊的現狀，制定基于北斗衛(wèi)星通信數據傳輸的設計方案.

六、結論

基于北斗衛(wèi)星的報文通信為水文氣象數據傳輸提供了一種科學、有效的傳輸方案，同時可以很好地解決偏遠海區(qū)信號覆蓋少、及各種復雜信號相互干擾的問題。本文提出了北斗通信技術在水文觀測遙報實現方案，并針對了四尺巖水文站通信的復雜情況，通過北斗衛(wèi)星通信技術可有效解決存問題。伴隨著北斗衛(wèi)星通信技術的的快速發(fā)展，它在水文氣象觀測、海域環(huán)境監(jiān)測中的應用有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

[1]彭偉，徐俊臣，杜玉杰等.基于北斗系統的海洋環(huán)境監(jiān)測數據傳輸系統設計[J].海洋技術，2009，03.

[2]孟憲偉，范曉東.北斗衛(wèi)星通信在自動氣象站數據傳輸中的應用[J].衛(wèi)星應用，2014，03.

作者:周爭橋 單位:交通運輸部南海航海保障中心廣州海事測繪中心