基于銥星的海洋浮標數(shù)據(jù)傳輸與定位搜尋系統(tǒng)

1、基于銥星數(shù)傳終端的海洋浮標數(shù)據(jù)傳輸與定位搜尋系統(tǒng)摘要 :介紹了海洋浮標及其應用,分析了銥星 SBD 短數(shù)據(jù)業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸特點, 推薦了一款具有數(shù)據(jù)傳輸和 GPS 定位功能的銥星數(shù)傳終端。 并結合實例闡述了銥 星數(shù)傳終端在海洋資料浮標數(shù)據(jù)傳輸和定位搜尋系統(tǒng)中的應用方案和方法。 關鍵詞 :銥星;SBD 短數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)傳輸;GPS 定位跟蹤;海洋浮標;深海潛標一、 引 言隨著技術的不斷發(fā)展與成熟,海洋環(huán)境監(jiān)測已進入從空間、沿岸、水面及水 下的對立體監(jiān)測時代。海洋浮標是一種現(xiàn)代化的海洋觀測設施。它具有全天候、 全天時穩(wěn)定可靠地收集海洋環(huán)境資料的能力 , 并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動標 示和自動發(fā)送。海洋

2、浮標與衛(wèi)星、飛機、調查船、潛水器及聲波探測設備一起, 組成了現(xiàn)代海洋環(huán)境主體監(jiān)測系統(tǒng), 是海洋觀測, 獲取長周期海洋科學數(shù)據(jù)的重 要調查手段。海洋浮標 , 一般分為水上和水下兩部分:水上部分裝有多種氣象要素 (風速、 風向、 氣溫、 氣壓和溫度等 的傳感器; 水下部分有多種水文要素 (波浪、 海流、 潮位、海溫傳感器以及海洋環(huán)境化學參數(shù)(鹽度、 pH 值、葉綠素、營養(yǎng)鹽、 濁度測量傳感器。海洋資料浮標,包括深海潛標,都是價格昂貴的設備。由于海域環(huán)境非常 復雜,易造成浮標或潛標的故障,特別是浮標或潛標的丟失,構成重大損失。因 此,浮標的定位、跟蹤和搜尋,與觀測數(shù)據(jù)的采集傳輸一樣,都十分重要。 目

3、前的海洋資料浮標實時數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中,采用過多種數(shù)據(jù)通信方式,包 括短波通信、INMARSAT-C 衛(wèi)星通信以及 GPRS/CDMA通信等。各種通信方式各有 優(yōu)點和局限性:短波通信抗干擾能力差、誤碼率高、數(shù)據(jù)接收率低;INMARSAT-C 衛(wèi)星通信可靠性高, 數(shù)據(jù)接收率達 95%上, 但通信費用較高; GPRSP/CDMA通信費用較低,但通信信號受到浮標到岸邊距離的限制。衛(wèi)星通信具有大范圍、 無盲區(qū)的網絡覆蓋優(yōu)勢, 尤其適合在地理環(huán)境復雜、 地域偏僻、 海洋以及基礎設施落后的地區(qū)進行通信傳輸。 目前較為成熟、 且運行 良好、用廣泛使用的商業(yè)衛(wèi)星移動通信網絡系統(tǒng)有 Inmarsat 海事衛(wèi)星、 I

4、ridium 銥星系統(tǒng)。特別是銥衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)因其所具有的 " 無縫隙 " 全球覆蓋,極低的 通信延時,良好通信質量的獨特性能,日益受到人們的關注。而 Iridium 銥星系 統(tǒng)提供的 SBD (Short Burst Data數(shù)據(jù)業(yè)務,更具有快速,靈活,低廉,高效的 特點,(類似于地面移動通信系統(tǒng)提供的短信息 SMS 業(yè)務,逐漸收到青睞和 采用。 通過 SBD 數(shù)據(jù)業(yè)務方式, 可以實現(xiàn)全球范圍內小數(shù)據(jù)量的雙向數(shù)據(jù)傳輸, 是傳輸海上浮標數(shù)據(jù)的理想通信手段。采用基于銥星突發(fā)短數(shù)據(jù)SBD業(yè)務的銥星數(shù)傳 GPS 終端,來構建多用的途 海洋浮標數(shù)據(jù)采集與定位跟蹤監(jiān)測系統(tǒng), 既可進

5、行海洋浮標觀測數(shù)據(jù)的采集, 以 及浮標的監(jiān)控監(jiān)測, 也可作為標志浮標跟蹤搜索, 以及營救遇難船只, 適用范圍 廣泛。二、銥星數(shù)傳 GPS 終端銥星數(shù)傳 GPS 終端(DTU 是信號覆蓋全球,高可靠、低成本、使用方便 的衛(wèi)星通訊設備,是提供全球范圍內數(shù)據(jù)傳輸和定位跟蹤服務的理想解決方案。 本產品是基于銥衛(wèi)星通信網絡的數(shù)據(jù)撥號業(yè)務(Data Call 和 SBD 短數(shù)據(jù)業(yè) 務的數(shù)據(jù)傳輸設備。產品是基于銥衛(wèi)星通信網絡數(shù)據(jù)撥號業(yè)務(Data Call 和 SBD 短數(shù)據(jù)業(yè)務的 數(shù)據(jù)傳輸設備。借助銥星撥號業(yè)務,銥星數(shù)傳 GPS 終端可實現(xiàn)與另一臺銥星數(shù) 傳終端、 或 PSTN (公共電話交換網絡 上數(shù)據(jù)

6、設備的連接 , 從而提供了 2.4Kpbs 速率的雙向數(shù)據(jù)傳輸通道。借助 SBD 短數(shù)據(jù)業(yè)務,銥星數(shù)傳 GPS 終端可與預 先綁定的其他銥星數(shù)傳 GPS 終端,用戶服務器和郵箱 之間,實現(xiàn)小數(shù)據(jù)量的 雙向傳輸。產品內嵌銥星 Modem , GPS 接收機和相關協(xié)議,用戶無需了解繁瑣的銥星 傳輸過程,通過終端 RS232串口,就可實現(xiàn)全球范圍內的數(shù)據(jù)通信和定位跟蹤服務。本產品非常適合于地面通信網絡覆蓋不到的區(qū)域(海洋、高空、極地、沙漠 等,以及通信設施落后,安全性差的國家和地區(qū)。 銥星數(shù)傳 GPS 終端三、基于銥星終端的浮標數(shù)據(jù)傳輸與定位搜尋系統(tǒng)方案該系統(tǒng)能夠把數(shù)據(jù)傳輸給安裝了“浮標數(shù)據(jù)采集和跟

7、蹤監(jiān)測管理”軟件裝在 一起的專用服務器。該服務器既可以裝在船上(船站 ,又可以裝在陸上的辦公 室(岸站 。系統(tǒng)可以在任何時候采集和跟蹤少則幾個,多達上千個海洋浮標。對于規(guī)模較小的系統(tǒng), 監(jiān)控中心無論是船站還是岸站, 可采用終端對終端的 簡單形式。一臺銥星終端作為主站,其他幾個(5個終端作為浮標子終端。這 種形式較為靈活,方便。適合于海洋浮標數(shù)量較少的應用場合。對于規(guī)模較大的系統(tǒng), 監(jiān)控中心通常是岸站, 可采用 DirectIP 方式。 這種方 式下,用戶首先要有一個固定 IP 的用戶服務器。銥星網關(銥星運營商與用 戶服務器之間通過 TCP/IP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。而銥星網關則作為前端浮標銥星終

8、端與用戶服務器之間的橋梁。這種形式便于組成分布 /集中式的系統(tǒng)管理結構,監(jiān)控中心可采用 CS (客戶端 /服務器的架構,這樣方式對于監(jiān)測點較多,實時 性要求高的應用尤為適合, 特別適用于對于海洋浮標數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽? 是具有普 遍性的應用形式。基于銥星數(shù)傳 GPS 終端的, 海洋浮標數(shù)據(jù)采集與定位搜尋監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如 下: 銥星終端通過 RS232連接器與海洋浮標數(shù)據(jù)設備 TDE 連接, 每當接收到一 幀 TDE 的數(shù)據(jù),或需要發(fā)送 GPS 位置時,銥星終端將以 SBD 方式啟動發(fā)送。 信息首先發(fā)送到銥衛(wèi)星上, 銥衛(wèi)星然后轉發(fā)該信息至地面銥星網關, 銥星網關通 過互聯(lián)網 TCP 協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到

9、事先綁定岸站用戶服務器上。同樣,岸站用戶 服務器發(fā)送指令信息到銥星網關,銥星網關按照 SBD 方式,自動將該指令信息 發(fā)送到相應的浮標銥星終端上。浮標內,銥星數(shù)傳 GPS 終端與浮標 DTE 通過 RS232連接,銥星終端可按如 下方式工作:1:當浮標浮出水面,采用 SBD 方式,可向岸站或船站發(fā)送一次位置數(shù)據(jù)和 觀測數(shù)據(jù)。2:浮標浮出水面以后,可根據(jù)預先設定或實時指令,采用 SBD 方式,定時 向岸站或船站發(fā)送位置數(shù)據(jù)。3:每當潛入水下時,浮標則停止向岸站或船站發(fā)送,進入休眠狀態(tài),節(jié)省電力。4:岸站或船站可采用 SBD 方式,隨時向浮標發(fā)送控制指令或查詢指令,以 確認浮標的狀態(tài)。5:浮標浮出水面以后,如果需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大,也可采用數(shù)據(jù)撥號方 式,連接成功后,可向岸站或船站發(fā)送數(shù)據(jù)。四、系統(tǒng)優(yōu)勢1:采用銥星衛(wèi)星網絡,網絡全球覆蓋,沒有盲區(qū);2:銥星 SBD 具有準實時的特性,秒級的數(shù)據(jù)傳輸延時,實時性強; 3:具有極高的傳輸可靠性;4:支持雙向數(shù)據(jù)傳輸,并支持多點同時傳輸;很好地滿足浮標系統(tǒng)對數(shù)據(jù) 采集、定位搜尋和監(jiān)控的需求。5:系統(tǒng)容量可大可小,擴容性能好,新的海洋浮標可以隨時加入